Irradiation effect on microstructure of modified SUS316 stainless steel cladding irradiated at elevated temperature to high dose

高温で重照射した改良SUS316相当鋼被覆管の微細組織に及ぼす照射の効果

山下 真一郎   ; 赤坂 尚昭; 西野入 賢治; 高橋 平七郎

Yamashita, Shinichiro; Akasaka, Naoaki; Nishinoiri, Kenji; Takahashi, Heishichiro

原子力機構では高速炉高燃焼度炉心用材料として改良SUS316鋼(PNC316)を開発した。PNC316とは16Cr-14Ni-2.5Mo-0.25P-0.004B-0.1Ti-0.1Nbの化学組成のもので、通常冷間加工度20%の条件で用いられる。照射特性評価のため、これらPNC316被覆管については、現在までに温度775905Kで最大照射量125dpaまでの照射試験を継続して行ってきている。本研究では、照射後試料の微細組織について注意深く詳細に評価した。針状析出物の幾つかを含む低倍像からは、析出物界面に付着する多くのヘリウムバブルが確認された。一方で、針状析出物の代表的な高分解能組織写真(数十nm長で数nm幅)からは、面心立方格子構造(FCC)の母相と析出物に明確な界面構造が示された。電子回折図形及び高分解能像解析の結果から、この特徴的な析出物はFeP型析出物であると同定された。TEM観察結果をベースに総合考察すると、PNC316内部に安定なリン化物が形成することで、これらリン化物がヘリウムバブルの効果的なトラップサイトとして作用し、バブル-ボイド変換期を遅らせていることで、優れた耐照射特性が発現しているものと考えられる。

A modified SUS316 stainless steel (PNC316) for high burn-up fast reactor core application has been successfully developed. The material has a typical composition of 16Cr-14Ni-2.5Mo-0.25P-0.004B-0.1Ti-0.1Nb and is used in the 20% cold-worked condition. To demonstrate irradiation performance of PNC316 cladding irradiation experiments has been successively carried out at the temperature ranging from 775 K to 905 K up to a maximum dose of 125 dpa. In this study, the microstructures of the irradiated specimens were carefully examined. Low-magnification image including some of needle-like precipitates indicates many helium bubbles attaching at the precipitate interface. On the other hand, a representative high-resolution image of the needle-like precipitate with the sizes of a few tens of nanometers long and a few nanometers wide shows a distinct interface structure between FCC matrix and the precipitate. As the results of diffraction pattern and image analyses this characteristic precipitate was identified as FeP phase. Based on the numerous results of TEM examination, it is found that a significant improvement in the swelling resistance of PNC316 was mainly derived from the formation of a stable phosphide that traps helium bubbles and retards the conversion of bubbles to voids.