High-temperature strength characterization of advanced 9Cr-ODS ferritic steels

先進9Cr-ODSフェライト鋼の高温強度評価

鵜飼 重治*; 大塚 智史   ; 皆藤 威二 ; 酒瀬川 英雄*   ; 近田 伸芳*; 林 重成*; 大貫 惣明*

Ukai, Shigeharu*; Otsuka, Satoshi; Kaito, Takeji; Sakasegawa, Hideo*; Chikada, Nobuyoshi*; Hayashi, Shigenari*; Onuki, Somei*

ODSフェライト鋼は、973K近傍で優れた高温強度を示すことから、先進高速炉燃料要素の候補材料として注目されている。この9Cr-ODS鋼の優れたクリープ強度は、非平衡のフェライト相(残留フェライト相)により生じることがわかっている。本研究において、ナノインデンターによる残留フェライト相の強度評価を実施し、その降伏応力は1360MPa(室温)と極めて高強度であることがわかった。また、分散強化理論から予測される結晶粒内変形のしきい応力以下でクリープ変形は生じること、このクリープ変形はおもに結晶粒界やパケット境界におけるすべり変形によるものであり、マルテンサイト相に含まれるパケット境界頻度の低下に伴いクリープ強度は向上することがわかった。以上より、9Cr-ODS鋼は、マルテンサイトマトリックスに強化相としての残留フェライト相を含むことで優れた高温強度を発現する材料であり、通常の耐熱鋼と異なり、繊維強化複合材料的な挙動を示すと言える。

Oxide dispersion strengthened (ODS) ferritic steels, which are the most promising candidate materials for advanced fast reactor fuel elements, have exceptional creep strength at 973 K. The superior creep property of 9Cr-ODS ferritic steels is ascribed to the formation of a nonequilibrium phase, designated as the residual ferrite. The yield strength of the residual ferrite itself has been determined to be as high as 1360 MPa at room temperature from nanoindentation measurements. The creep strength is enhanced by minimizing the number of packet boundaries induced by the martensitic phase transformation. The creep strain occurs by sliding at weaker regions such as at the grain boundaries and packet boundaries. It is found that 9Cr-ODS ferritic steels behave as fiber composite materials comprising the harder residual ferrite and the softer tempered martensite.