Effect of high dose/high temperature irradiation on the microstructure of heat resistant 11Cr ferritic/martensitic steels

11Cr系耐熱フェライト/マルテンサイト鋼の微細組織に及ぼす高温・重照射の効果

山下 真一郎   ; 矢野 康英  ; 舘 義昭  ; 赤坂 尚昭

Yamashita, Shinichiro; Yano, Yasuhide; Tachi, Yoshiaki; Akasaka, Naoaki

FFTF及び常陽を用いて11Cr系耐熱フェライト/マルテンサイト鋼を400670Cの温度範囲で約100dpaまで照射した。一部の材料は組織変化挙動に及ぼす熱的効果を明らかにするために、原子炉照射相当の長時間熱時効試験も行った。照射前の組織は、ラスマルテンサイト組織(ラス組織),転位,炭化物で構成されており、旧オーステナイト粒界のほとんどは部分的に炭化物で被覆されていた。照射後組織観察の結果から、照射により誘起される組織が照射温度に応じて次の3つに分類されることが示された。(1)照射温度が400450Cの低温域の場合、フェライト相内に直径30nm以下の微細な転位ループやキャビティが形成するが、ボイドスエリング量としては0.05%に留まる程度であった。(2)温度が500600Cの中温域で照射されると炭化物の析出が支配的な組織変化となり、MCやMCが旧オーステナイト粒界を広範囲に被覆することで、粒界強化やラス組織回復の遅滞化に寄与していることが明らかとなった。(3)照射温度が650Cを超える高温になった場合、ラス組織の完全回復,炭化物の著しい粗大化に加え、再結晶粒の形成,成長が同時に生じてしまうことが明らかとなった。この組織変化は、650C以上では不可避な組織変化と考えられ、機械的特性の著しい劣化と密接な関係があると推察される。

The heat resistant 11Cr ferritic/martensitic steels were irradiated at 400-670 C up to 100 dpa in FFTF and JOYO. The microstructures of unirradiated 11Cr ferritic/martensitic steels consist of laths, dislocation, and carbide. Almost of the prior austenitic boundaries (PABs) were partially decorated with carbides. It was observed from the results of post irradiation microstructural examinations that the irradiation-induced microstructures were classified into the following three types depending on irradiation temperature; (1) When irradiated at 400-450 C, both dislocation loops and cavities with less than 30 nm in diameter were formed in the ferrite phase. On the other hand, the void swelling was about 0.05%. (2) In the case of irradiation at moderate temperature (500-600 C), the precipitates formation MC carbide was primarily dominated. It was a most noticeable microstructural feature that the carbides; MC and MC grew and covered the PABs at this temperature range. (3) Finally, when irradiation temperature was above 650 C microstructures were drastically-changed. Microstructural observations revealed that formation and growth of equi-axial grain occurred in addition to recovery of laths, growth of carbides simultaneously at high temperature. This remarkable microstructural change might be closely related to a severe degradation in the mechanical properties.