高クロム鋼の材料特性試験(IV); ナトリウム中におけるHCM12A(2001年度材)のクリープ及びクリープ疲労特性(中間報告)

Material Properties of High Cr-Mo Steel (IV); Creep and Creep-Fatigue Properties of HCM12A(2001) in Liquid Sodium (Interim Report)

加藤 章一 ; 吉田 英一; 石上 勝夫*; 矢口 勝己*

Kato, Shoichi; Yoshida, Eiichi; Ishigami, Katsuo*; Yaguchi, Katsumi*

高クロム鋼(12Cr系鋼)は、高温強度特性、熱膨張係数及び熱伝導率等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構造材料として期待されている。本研究では、12Cr系鋼のHCM12A(2001年度材)の機械的強度特性に及ぼすナトリウム環境の影響を評価することを目的に、ナトリウム中でのクリープ試験、クリープ疲労試験及び浸漬試験を実施した。ナトリウム中試験には、オーステナイト系スデンレス鋼を構成材料とするナトリウム試験装置を使用した。ナトリウム浸漬条件は、温度55C及び溶存酸素濃度2ppm以下である。HCM12A(2001年度材)のナトリウム中におけるクリープ強度及びナトリウム中クリープ疲労強度は、加速浸炭雰囲気を含め、同一条件下の大気中と比較して有意差は認められなかった。これは、両者とも材料内部のクリープ損傷が支配的となったためと考えられる。ナトリウム中におけるクリープ及びクリープ疲労寿命は、大気中データをベースにした評価法によって予測可能と考えられる。HCM12A(2001年度材)の腐食速度は、浸漬温度550Cで最大約0.4m/yearであり、従来材のSUS304やMod.9Cr-1Mo鋼とほぼ同等であった。また、「高速原型炉高温構造設計方針」で規定されている腐食速度式により腐食量を保守的に評価できる見通しが得られた。

A high Cr-Mo steel is a candidate for structural materials of future advanced fast reactors, because of good thermal properties and high creep strength. In this study, creep, creep-fatigue and corrosion tests were carried out to confirm the long-term extrapolation of sodium environmental, effects on the mechanical properties of HCM12A (2001). The exposure to sodium was conducted using a sodium test apparatus constituted by austenitic steels. For the conditions of in-sodium test, the sodium temperature was 550 deg-C and the oxygen concentration in sodium was below 2 ppm. The creep and creep-fatigue strength data in sodium, and in the carburized sodium were within the scattered range of those in air under the same conditions. It is considered that the creep damage in the bulk of the material was dominant. The creep and creep-fatigue life calculated using the usual rule for air showed good agreement with the sodium experimental results. The maximum corrosion rate of HCM12A (2001) was 0.4 micro-m/year at 550 deg-C, and it was almost same as SUS304 and Mod.9Cr-1Mo steels. Corrosion allowance of HCM12A (2001), therefore, can be estimated conservatively by the equation defined in "the elevated temperature structural design guide of prototype fast reactor".