Effects of thermal aging on microstructure and hardness of stainless steel weld-overlay claddings of nuclear reactor pressure vessels

原子炉圧力容器ステンレスオーバーレイクラッドの微細組織と硬さに対する熱時効の影響

武内 伴照   ; 鹿窪 勇太*; 松川 義孝*; 野沢 康子*; 外山 健*; 永井 康介*; 西山 裕孝 ; 勝山 仁哉  ; 山口 義仁 ; 鬼沢 邦雄 ; 鈴木 雅秀*

Takeuchi, Tomoaki; Kakubo, Yuta*; Matsukawa, Yoshitaka*; Nozawa, Yasuko*; Toyama, Takeshi*; Nagai, Yasuyoshi*; Nishiyama, Yutaka; Katsuyama, Jinya; Yamaguchi, Yoshihito; Onizawa, Kunio; Suzuki, Masahide*

400Cにおいて100時間から10,000時間まで熱時効した原子炉圧力容器ステンレスオーバーレイクラッド鋼の微細組織と固さについて、アトムプローブ及びナノインデンテーション法を用いて調べた。フェライト相において、スピノーダル分解によるCrの濃度変調は100時間時効までに急速に進展する一方、NiSiMnクラスタは2,000時間時効で数密度が増加し10,000時間時効においては粗大化した。フェライト相の硬さは時効初期において急速に上昇し、NiSiMnクラスタの形成ではなくCr濃度変調の程度と良い相関にあった。これらの結果から、フェライト相の硬化の主因がスピノーダル分解によるCr濃度変調であることが示唆された。

Microstructures and hardness of stainless steel weld overlay cladding of reactor pressure vessels subjected to the thermal aging at 400 C for 100-10,000 h were investigated using atom probe tomography and nanoindentation technique. The Cr concentration fluctuation in the -ferrite phase caused by spinodal decomposition rapidly progressed by the 100 h aging while NiSiMn clusters increased in number density at 2,000 h and coarsened at 10,000 h. The hardness of the -ferrite phase also rapidly increased at the short aging time. The Cr concentration fluctuation and the hardness were in good correlation with the degree of the Cr concentration fluctuation rather than the formation of the NiSiMn clusters. These results strongly suggested that the dominant factor of the hardening of the -ferrite phase by the thermal aging was Cr spinodal decomposition.