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Cu-Cr-Zr合金の強度特性に及ぼす熱処理条件の影響

Effect of the heat treatment conditions onto characteristics of Chromium-Zirconium Copper

青木 庄治*; 和田 正彦*; 山道 哲雄*; 毛利 憲介; 榎枝 幹男; 廣瀬 貴規; 鈴木 一彦

Aoki, Shoji*; Wada, Masahiko*; Yamaji, Tetsuo*; Mori, Kensuke; Enoeda, Mikio; Hirose, Takanori; Suzuki, Kazuhiko

ITERにおいてブランケット,ダイバータ等で代表されるITER真空容器内構造機器に使用される構造材料の一つとして、析出強化型銅合金であるクロムジルコニウム銅合金が検討されている。本合金は、溶体化処理と直後の焼き入れ冷却によりCr, Zrを過飽和固溶体化し、その後の時効処理により微細なCr, Zr系析出物を析出させる方法で、高強度を得ている。ブランケットの製作においては、析出強化済の本合金を部材としてそのまま使用するこれまでの使用方法とは異なり、強度の低下を招く高温下での異種材料接合処理を施す必要があるため、高強度を再び得るために新たにこれら一連の析出強化処理を製品に施す方法を採っている。しかし、製品であるがため焼き入れ速度の差異により本合金の強度が大幅に変化することが危惧されている。そこで、本研究では、本合金の性能を引き出すために必要となる熱処理条件を把握することを目的として、本合金における幅広い熱処理条件下での機械的特性及び導電率の特性変化の調査を実施した。具体的には、溶体化焼き入れ速度の条件を0.05K/s-141K/sで変化させ738Kの時効処理を施した試験片の各状態(溶体化時の過飽和固溶体化状態,時効時の時効析出状態)における導電率を測定するとともに引張試験により強度を測定した。その結果、溶体化焼き入れ速度が強度に極めて大きな影響を与えることが判明し、ブランケットの製品強度を保証するうえで溶体化焼き入れ速度の管理がいかに重要であるかが、改めて明確になった。

Chromium-zirconium copper (Cu-Cr-Zr) as precipitation hardened copper alloy is examined as one of the structural materials used for the ITER in vacuum vessel components (blanket and divertor etc.). The precipitation hardening in Cu-Cr-Zr is made by the solution treatment with rapid cooling to obtain the supersaturated solid solution of chromium and zirconium in copper, and the subsequent aging treatment to grow the refined precipitate consists of chromium and zirconium respectively. While the parts have been assembled and used by copper alloys already precipitation hardened in general use, the blanket parts will be done by the innovative method with the thermomechanical treatment set of the precipitation hardening at the same time as dissimilar material junction in the ITER blanket. In this research, the mechanical and electrical conductivity properties change was investigated under the wide range of thermomechanical treartment conditions in order to comprehend the conditions necessary to fulfill the excellent characteristics in Cu-Cr-Zr. Therefore, the influence of the quenching cooling rate condition after solution treatment and the other conditions on Cu-Cr-Zr was inspected by measuring electrical conductivity as the indication of the solution treatment state i.e. the supersaturated solid solution or the precipitation state and measuring the tensile test properties of the specimens that are prepared by the set of the solution treatments with some quenching cooling rate conditions and following aging treatments.

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