照射下における高Ni鋼の耐ボイドスエリング特性に関する研究

Void swelling resistance of high-nickel alloy during irradiation

井上 利彦 ; 山下 真一郎   ; 山県 一郎 ; 皆藤 威二 ; 井岡 郁夫  

Inoue, Toshihiko; Yamashita, Shinichiro; Yamagata, Ichiro; Kaito, Takeji; Ioka, Ikuo

高Ni鋼は、良好な耐スエリング特性を有していることから燃料被覆管材料として開発されている一方、照射や高温熱時効に伴う延性の低下が課題であり、'(Ni(Ti, Al))析出物の粗大化や粒界での再析出が延性低下の要因の一つとされている。これら課題を克服するため、原子力機構ではNimonic PE16で利用している'析出型とは異なる炭窒化物析出型の高Ni鋼(15Cr-35Ni鋼)と、'よりも安定と考えられる"(NiNb)を加えた'/"析出型の高Ni鋼(15Cr-43Ni鋼)の2鋼種を開発し、特性評価を進めている。本研究では、耐スエリング特性や照射下での微細組織安定性の評価を目的として、系統的な条件での照射試験が可能な原子力機構高崎量子応用研究所イオン照射施設(TIARA)にてイオン照射を行った。平成25年度までに照射温度550650C、照射量100dpa及び照射温度700C、照射量250dpaの照射データを取得しており、平成26年度には、15Cr-35Ni鋼の加工熱処理条件を最適化して10%冷間加工を追加工した鋼種を評価対象に加え、冷間加工による高転位密度が照射欠陥のシンクサイトとして有効に働き、耐スエリング特性が改善することを確認した。

Precipitation-strengthened high-nickel alloys have been developed for fast reactor fuel cladding material because of their intrinsic good dimensional stability. Nimonic PE16 is known as the representative high-nickel alloy, and it is a material strengthened by an intermetallic compound such as ordered phase -prim (Ni (Ti, Al)) formed in the matrix. The most important issue in development of high-nickel alloy is considered to be the improvement of mechanical properties at elevated temperature: the significant ductility is lost due to irradiation at high temperature. The cause of this problem was believed to be the re-distribution of ordered phase -prime and solute segregation to defect sink sites, such as grain boundary, dislocation and void surface, during irradiation. In this study, several types of precipitation-strengthened high-nickel alloys were developed and then the phase stability (precipitate stability and swelling resistance) in these alloys during irradiation was evaluated by using TIARA facility. The void swelling of 15Cr-35Ni-28, which is the high-nickel alloy with a same chemical composition of 15Cr-35Ni and 10% cold working, is lower than that of 15Cr-35Ni. It is considered that the effect of cold working improves its void swelling resistance and that dislocations induced by cold working would be effective sink sites for point defects.