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Effects of chemical composition and dose on microstructural evolution and hardening of neutron-irradiated reactor pressure vessel steels

不純物濃度の異なる原子炉圧力容器鋼におけるミクロ組織の中性子照射量依存性

武内 伴照; 蔵本 明*; 外山 健*; 永井 康介*; 長谷川 雅幸*; 義家 敏正*; 勝山 仁哉; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄

Takeuchi, Tomoaki; Kuramoto, Akira*; Toyama, Takeshi*; Nagai, Yasuyoshi*; Hasegawa, Masayuki*; Yoshiie, Toshimasa*; Katsuyama, Jinya; Nishiyama, Yutaka; Onizawa, Kunio

中性子照射した原子炉圧力容器(RPV)鋼において、ミクロ組織と硬さの相関の照射量依存性を陽電子消滅,3次元アトムプローブ,ビッカース微小硬度を用いて調べた。分析試料には、不純物濃度の異なる2種のA533B鋼を、材料試験炉(JMTR)において照射速度を1.6-1.9$$times$$10$$^{13}$$n cm$$^{-2}$$ s$$^{-1}$$とし、ほぼ揃えつつ、照射量を0.32-9.9$$times$$10$$^{19}$$n cm$$^{-2}$$の範囲で約30倍に変じたものを用いた。結果から、高不純物濃度鋼の中照射量から高照射量にかけての緩やかな硬化は、Cu, Si, Ni, Mn主体の溶質ナノクラスターが主因であることが明らかとなった。また、低照射量における急激な硬化は両鋼材ともおもにマトリックス損傷によるものであり、特に単空孔や転位といったサイズの小さな欠陥によるものであることが示唆された。

The dose dependence of the micro structural evolution and its correlation with hardening of the reactor pressure vessel (RPV) steel irradiated with neutrons is investigated. The two kinds of A533B-1 steels of different chemical compositions irradiated at JMTR with the almost same flux from 1.6 to 1.9$$times$$10$$^{13}$$n cm$$^{-2}$$ s$$^{-1}$$ and the wide range of dose from 0.32 to 9.9$$times$$10$$^{19}$$n cm$$^{-2}$$ are studied using the Vickers micro hardness, the positron annihilation, and the three-dimensional local electrode atom probe (LEAP) techniques. Results indicate that the gradual hardening of the high impurities steel from the middle to the late stage is caused by the solute nano-clusters enriched with Cu, Si, Mn, Ni, and P. It is also suggested the rapid hardening of both steels at the early stage of irradiation is caused by mainly matrix defects, especially small size vacancies and/or dislocations.

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