CMIR-5及びMARICO-1で照射したPNC-FMS鋼及びODSマルテンサイト鋼の照射後シャルピー衝撃特性評価

The Evaluation of irradiation effect on charpy impact properties of the PNC-FMS and the ODS martensitic steel irradiated in JOYO/CMIR-5 and MARICO-1

矢野 康英  ; 吉武 庸光 ; 阿部 康弘

Yano, Yasuhide; Yoshitake, Tsunemitsu; Abe, Yasuhiro

実用化段階の高速炉炉心材料としては、耐スエリング性能の観点からフェライト系ステンレス鋼が有望である。そのためサイクル機構では、被覆管材として酸化物分散強化型鋼(Oxide Dispersion Strengthened: ODS)(12Crフェライト系と9Crマルテンサイト系の2鋼種を開発)を、ラッパ管材としては高強度フェライト/マルテンサイト鋼(PNC-Ferritic/Martensitic Steel;PNC-FMS)をそれぞれ候補材料として開発を進めている。 フェライト系ステンレス鋼を高速炉炉心材料として適用するうえでは、中性子照射に伴う材料の脆化が課題であり、その挙動評価が重要な評価項目となる。そこで、フェライト鋼の照射脆化の評価に資するために、「常陽」MK-II炉心材料照射用反射体CMIR-5及び温度制御型材料照射装置MARICO-1で照射したPNC-FMS鋼(2WFK)とODSマルテンサイト鋼(H35)のミニチュアサイズ及びハーフサイズシャルピー衝撃試験を行い、両鋼の照射後衝撃特性を評価した。本試験を通して得られた主な結果は以下の通りである。(1)本照射条件範囲(最大照射量: 1.810の26乗n/平方メートル、温度範囲:376659度C)において、すべての2WFK照射材は、照射量より照射温度に依存して衝撃特性が変化した。すなわち、照射温度が400500度Cでは、顕著な衝撃特性の変化が見られなかったのに対し、659Cの照射材では明らかな衝撃特性の低下が観察された。(2)熱時効材の結果を考慮すると、照射温度495Cの2WFK照射材の衝撃特性に顕著な変化が見られなかったのは、熱時効による改善と照射による低下が相殺されたためと考えられる。また、照射温度659Cの2WFK照射材では、650C熱時効材の衝撃特性と比較して、顕著な低下が見られた。これは、熱時効効果に加えて照射誘起析出や照射促進拡散等の照射による組織変化に起因するものと推察される。このような2WFK衝撃特性変化は、熱時効及び照射に伴う組織変化挙動、特に析出挙動から解釈できると考えられる。(3)H35では、シャルピー衝撃特性に著しい異方性が見られなかった。これは、/変態を利用した組織改善を図った効果であると考えられる。また、非照射材と比較して、本試験条件範囲では照射に伴う衝撃特性の低

The effect of fast neutron irradiation on impact properties of the PNC-FMS (2WFK) and ODS martensitic steel (H35), which were irradiated in the JOYO/CMIR-5 and MARICO-1, were investigated, because it was well known that irradiation-embrittlement was one of the most important issue to apply these ferritic steels to FBR core materials. The post irradiation half-sized and miniaturized Charpy impact tests were carried out to understand the impact properties of these ferritic steels. The results obtained in this study are as follows: (1) In all irradiated 2WFK specimens, the impact properties depended on irradiation temperature rather than neutron fluence under these irradiation conditions. The impact properties of 2WFK specimens irradiated at the temperature range of 400 to 500C almost scarcely change, however, those of 2WFK specimens irradiated at 659C obviously decreased. (2) The impact properties of 2WFK specimens irradiated at 495C were similar to those of as-received 2WFK specimen. This indicates that the effects of thermal aging improvement and irradiation degradation canceled each other. Moreover, the impact properties of 2WFK specimens irradiated at 659C decreased more remarkably than those of thermal aged specimens at 650C. It is suggested that these 2WFK impact properties seemed to be understood by microstructure behaviors, especially precipitation behaviors, by means of irradiation and thermal aging. (3) It is suggested that the anisotropy of H35 ODS steel was considerably improved by the / phase transformation, and H35 specimens had superior impact properties even after irradiation because no radiation hardening and no change of impact properties under these irradiation conditions were observed.