PNC-FMS鋼ラッパ管/SUS316鋼の異材溶接技術開発(I)-フェライト生成量調査および衝撃特性評価-

Development of dissimilar welding technique between PNC-FMS wrapper tube and SUS316 steel (1); Investigation of ferrite formation and evaluation of charpy impact property

畠山 耕一; 水田 俊治 ; 鵜飼 重治  

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PNC-FMS鋼は、オーステナイト鋼に比べ格段に耐スエリング性に優れることから実用化段階の燃料集合体ラッパ管部材への適用を目指して開発を行っている。フェライト・マルテンサイト鋼であるPNC-FMS鋼は、SUS316鋼製の集合体上下部構造部材との異材溶接部位においてフェライト相が生成する可能性があり、生成したフェライトによる靭性の低下が懸念される。本研究では、PNC-FMS鋼の成分範囲内でフェライト量が最大、最小、中間である母材3種類を用いて、TIG溶接、EB溶接を適用した場合のフェライトの生成量を調査した。また、フェライト相の生成量と熱時効に伴う靭性特性の変化について評価し、以下の結果を得た。(1)フェライト相の生成は、成分組成と溶接方法の組み合わせで抑制できる。つまり、1)成分中央材の場合は、EB溶接を行うことでフェライトの生成量を約1%に抑制できる。2)成分範囲内でNi当量最大/Cr当量最小の場合は、TIG溶接、EB溶接何れにおいてもフェライトの生成成を完全に抑制できる。(2)フェライト量とシャルピー衝撃値の関係について調査し、下記事項を確認した。1)フェライト量が増加すると延性脆性遷移温度(Ductile Brittle Transition Temperature:DBTT)は上昇する。2)時効によるDBTTの上昇は、最大でも23であった。3)DBTTは、結晶粒度の影響を受け、細粒(粒度番号11)であればDBTTは低い。4)上部棚エネルギー(Upper Shelf Energy:USE)は、フェライト量に依存しない。

Ferritic/Martensitic steel (PNC-FMS) with superior resistance to swelling is being developed as wrapper tube for the long-life core of large-scale fast breeder reacor. If the ferrite phase would be formed at heat affected zone(HAZ)in welding between PNC-FMS wrapper tube and SUS316 steel,and thus toughness degradation would be suspected due to ferrite formation. In this study, the formation of the ferrite in applying TIG welding and EB welding are investigated using base metal of 3 types, which are Ni max./Cr min., Ni min./Cr max. and the center of chemical composition in the specification. The effect of the amount of the ferrite formation and characteristics of toughness change with thermal aging were evaluated. The results are summarized as follows. (1)The ferrite generation can be suppressed in the combination of welding process and chemical composition. (a)In case of specification center, the ferrite formation can be suppressed about 1% by EB welding. (b)In case of Ni max./Cr min. in the specification, the ferrite formation can be perfectly suppressed even in TIG welding or EB welding.