高速炉炉心用酸化物分散強化型フェライト鋼の材料特性 第5報 ナトリウム浸漬材及びニッケル拡散模擬材の機械的強度特性[中間報告]

Material Properties of Oxide Dispersion Strengthened (ODS) Ferritic Steels for Core Materials of FBR; Mechanical Strength Properties of Sodium Exposed and Nickel Diffused Materials [Interim Report]

加藤 章一 ; 桜井 方*; 吉田 英一

Kato, Shoichi; Sakurai, Tadashi*; Yoshida, Eiichi

酸化物分散強化型フェライト鋼(ODS鋼)は、高温強度特性及び耐照射スエリング特性の両者に優れていることから、実用化戦略調査研究における実用化炉の長寿命燃料被覆管材料として期待されている。本研究では、国産ODS鋼の機械的強度特性に及ぼすナトリウム環境の影響を確認することを目的に、最長1万時間のナトリウム浸漬後の引張試験及びナトリウム浸漬中の内圧クリープ試験を実施した。ナトリウム浸漬はオーステナイト系ステンレス鋼で構成されるナトリウムループを用いて実施した。ナトリウム条件は、温度650と700度C、流速110 sup-4 m/s未満、及びナトリウム中溶存酸素濃度2ppm以下である。また、高流速下でナトリウムを介したステンレス鋼からのニッケル溶出に伴うODS鋼表面へのニッケル拡散を模擬したニッケル拡散模擬材を用いて、引張試験とアルゴンガス中内圧クリープ試験を実施した。 本試験において得られた結果を要約すると、以下のとおりである。(1)極低流速のナトリウム条件下では、700度Cの高温域まで良好な耐ナトリウム環境性を示し、引張強度及び引張破断延性に及ぼすナトリウムの影響は無視できるものと考えられる。また、極低流速ナトリウム中の内圧クリープ強度及びクリープ破断延性はアルゴンガス中と同等であり、クリープ特性に対するナトリウム環境の影響は認められなかった。(2)ニッケル拡散模擬材の引張強度は、熱時効材と同等であり、ODS鋼表層部のニッケル拡散に起因する明瞭な強度低下は生じないことを確認した。また、クリープ強度に対するニッケル拡散の影響については、現在、調査試験を継続中である。(3)ニッケル濃度分布の分析結果から、ODS鋼のニッケル拡散係数を試算した。その700度C以下では一般的なフェライト鋼よりも大きな値を示すことが分かった。

An oxide dispersion strengthened(ODS) ferritic steel have excellent resistance to swelling and superior creep strength, they are expected to be used as a long-life cladding material in future advallced fast reactor. In this study, sodium environmental effect on the ODS steel developed by JNC were clarified through tensile test after sodium exposure for maximum 10,000hrs and creep-rupture test in sodium at elevated temperature. The exposure to sodium was conducted using a sodium test loop constituted by austenitic steels. For the conditions of sodium exposure test, the sodium temperatures were 923K and 973K, the oxygen concentration in sodium was below 2ppm and sodium flow rate on the surface of specimen was less than 110 sup-4 m/s. Further the specimen with the nickel diffused was prepared, which is simulate to nickel diffusing through sodium from the surface of structural stainless steels. The main results obtained were as follows;(1)The results showed excellent sodium-resistance up to a high temperature of about 973K in stagnant sodium conditions, and its considered that the effects of sodium environment on tensile properties were negligible. In case of stagnant sodium condition, creep-rupture strength in sodium was equal to the in argon gas, and no sodium environmental effect was observed. The same is true for the creep-rupture ductility. (2)The tensile properties of nickel diffused test specimens at high temperatures simulating microstructure change were equal to that of the thermal aging process specimens. These tensile tests suggest that sodium environmental effects can be ignored. However, the effect of nickel diffusion on creep strength are not clear at present and experimental investigation are being conducted. (3)The coefficient of nickel diffusion in the ODS steel can be estimated based on the results of nickel concentration measurement. This value is larger than that of the diffusion coefficient for typical alpha-Fe steel at temperature below 973