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PIE technologies for the study of stress corrosion cracking of reactor structural materials

原子炉構造材料の応力腐食割れ研究のための照射後試験技術

宇賀地 弘和; 中野 純一; 根本 義之; 近藤 啓悦; 三輪 幸夫; 加治 芳行; 塚田 隆; 木崎 實; 近江 正男; 清水 道雄

Ugachi, Hirokazu; Nakano, Junichi; Nemoto, Yoshiyuki; Kondo, Keietsu; Miwa, Yukio; Kaji, Yoshiyuki; Tsukada, Takashi; Kizaki, Minoru; Omi, Masao; Shimizu, Michio

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)はステンレス材料が軽水炉において長時間使用される場合の重要な問題とされている。ホットラボでの実験においては、一般的にIASCCはあるしきい照射量を超えて高速中性子照射を受けた材料で見受けられる。一方、最近では日本の軽水炉プラントにおいて、炉心シュラウドや再循環系配管などの構造材料の応力腐食割れ(SCC)が数多く報告されている。SCCの原因究明のためには、BWRプラントより採取された材料に対してホットラボでの照射後試験が実施されてきた。SCCは、照射や熱時効によって劣化する材料に対して、応力や水化学的環境が重畳して起こる現象であるため、SCCの研究にはさまざまな照射後試験技術が要求される。本論文は、SCC研究のために現在実施しているき裂進展試験,定荷重試験,低ひずみ速度引張試験中のその場観察,電界放射型透過電子顕微鏡,収束イオンビーム加工技術,3次元アトムプローブ,原子間力顕微鏡を用いた金属組織観察などの照射後試験技術について記述したものである。

Irradiation assisted stress corrosion cracking (IASCC) is one of the critical concerns when stainless steel components have been in service in the light water reactors (LWRs) for a long period. In general, IASCC can be reproduced on the materials irradiated over a certain threshold fluence level of fast neutron by the post-irradiation examinations (PIEs) at hot laboratories. On the other hand, recently in the Japanese boiling water reactor (BWR) power plants, many incidents of stress corrosion cracking (SCC) of structural material such as the reactor core shrouds and primary loop recirculation (PLR) system piping were reported. In order to investigate the cause of SCC, PIEs at hot laboratories were carried out on the sample material extracted from BWR power plants. SCC studies require various kind of PIE techniques, because the SCC is caused by a complicated synergistic effects of stress and chemical environment on material that suffered degradations by irradiation and/or thermal aging. In this paper, we describe the PIE techniques adopted recently for our SCC studies, especially the crack growth measurement, uniaxial constant load (UCL) tensile test method, in-situ observation during slow strain rate test (SSRT) and several metallurgical test techniques using the FEtype transmission electron microscopy (FE-TEM), focused ion beam (FIB) processing technique, three Dimensional Atom Probe (3DAP) analysis and atomic force microscopy (AFM).

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