Influence of temperature histories during reactor startup periods on microstructural evolution and mechanical properties of austenitic stainless steel irradiated with neutrons

原子炉起動時の温度履歴が中性子照射したオーステナイト系ステンレス鋼のミクロ組織変化及び機械的特性に及ぼす影響

笠原 茂樹; 橘内 裕寿*; 知見 康弘; 茶谷 一宏*; 越石 正人*; 西山 裕孝 

Kasahara, Shigeki; Kitsunai, Yuji*; Chimi, Yasuhiro; Chatani, Kazuhiro*; Koshiishi, Masato*; Nishiyama, Yutaka

BWR炉内構造物用オーステナイト系ステンレス鋼の中性子照射温度は、炉の起動時に室温近傍から約290Cに遷移するのに対し、近年のJMTRを用いたBWR模擬照射では、150C程度まで昇温した後に照射を開始する制御方法が採用されている。このような温度履歴の違いがステンレス鋼のミクロ組織変化と機械的特性に及ぼす影響を検討するため、BWR起動時の温度履歴を模擬したJMTR照射材と昇温後に照射を開始した材料に対して、290Cでの引張試験、室温でのビッカース硬さ試験、及びFEG-TEMを用いたミクロ組織観察を行った。その結果、温度履歴の相違は格子間原子クラスターの形成に影響し、特にBWR温度履歴模擬材のフランクループ径は昇温後に照射した場合に比べて大きいことが判った。また温度履歴の相違の影響は、0.2%耐力と硬さの上昇よりもひずみ硬化能と延性低下において明確に観察された。以上の結果から、原子炉起動時の温度履歴の相違は損傷量1 dpa以上のステンレス鋼においても認められ、特にフランクループとマクロな変形挙動の関係を考慮する必要性が示唆された。

This paper addresses influence of two different temperature profiles during startup periods in the Japan Materials Testing Reactor and a boiling water reactor upon microstructural evolution and mechanical properties of austenitic stainless steel irradiated with neutrons to about 1 dpa and 3 dpa. Tensile tests at 290C and Vickers hardness tests at room temperature were carried out, and their microstructures were observed by FEG-TEM. Influence of difference in the temperature profiles was observed obviously in interstitial cluster formation, in particular, growth of Frank loops. The influence was also found certainly in loss of strain hardening capacity and ductility, although the influence on the yield strength and the Vickers hardness was not clearly observed. As a result, Frank loops, which were observed in austenitic stainless steel irradiated at doses of 1 dpa or more, were considered to contribute to deformation of the austenitic stainless steel.