Microstructural development of multi-pass TIG welded F82H steels under dual-ion irradiation

低放射化フェライト鋼F82H多層盛TIG溶接部のデュアルイオン照射後の微細組織発達

荻原 寛之; 谷川 博康; 水井 智博*; 岸本 弘立*; 香山 晃*

Ogiwara, Hiroyuki; Tanigawa, Hiroyasu; Mizui, Tomohiro*; Kishimoto, Hirotatsu*; Koyama, Akira*

核融合炉ブランケットシステムにおける低放射化フェライト鋼の溶接・接合技術の最適化は重要な課題である。第一壁は、核融合反応により、高温・重照射下で弾き出し損傷と核変換ヘリウム生成に伴う核変換損傷を被るため、第一壁の溶接部位での照射効果の解明は、重要な課題となる。本研究では、低放射化フェライト鋼F82Hの多層盛TIG溶接部を対象としたデュアルイオン照射を行い、溶接パスに対応した照射後微細組織変化を明らかにすることを目的としている。特に、高温重照射環境で重要な課題であるスウェリング挙動について検討した。15mm厚のF82H-TIG溶接材(溶接パス5回,溶接後熱処理720C1h)の断面に対し、デュアルイオン照射をした。照射条件は、6.4MeV Feを用いて、470C,最大20dpaのシングルイオン照射を行った。デュアルイオン照射では、1.0MeV Heをエネルギーデェグレーダを透過させ、鉄イオンに対し、1510appm He/sの条件で同時照射した。非照射材の溶接金属部での硬さ試験の結果、溶接パス増加に伴い、硬さは増加した。デュアルイオン照射材の微細組織観察の結果、溶接パス増加に伴い、スウェリングは低減される傾向にあった。本研究を通して、耐スウェリング特性に優れた溶接法(入熱量の低減した溶接法)の提案及び耐照射特性を考慮した厚板溶接の施工法の改良のための照射後微細組織データを得ることができた。

Reduced-activation ferritic/martensitic steels for first wall and blanket structural component applications in a fusion reactor required joining by welding, and effects of displacement damage and helium production on mechanical properties and microstructures are important to these applications. In the fabrication of blanket modules, the joints of a first wall/side walls will be applied to a multi-pass tungsten inert gas (TIG) welding. The objectives of this work are to clarify the helium effects on swelling behavior and the microstructural evolution in the region welded by a multi-pass TIG welding. F82H steels were irradiated at 470 C up to high dose 20 dpa by using 6.4 MeV Fe and/or energy-degraded 1.0 MeV He. The damage rate is 3.010 dpa/s, and the helium injection rate is 1510 appm He/s. Microstructure and Vickers hardness profiles across base metal, heat affected zone (HAZ) and fusion zone (FZ) were examined before irradiation experiments. The amount of hardness in FZ increased in increments of number in welding passes. The swelling resistance varied with the type considered due to the phase transformation that occur during the heating and cooling cycles of the fusion welding process. In dual-ion irradiated FZ, cavities were observed to a region from one pass to fourth passes and not fifth passes, and amount of swelling decreased in increments of number in welding passes. The tempered zone offered the largest amount of swelling across HAZ.