球状圧子を用いた微小硬さ試験による原子炉燃料被覆管ジルカロイ4とM5のPWR環境下酸化皮膜の機械的特性評価

Evaluation of mechanical properties of oxide layers of fuel cladding material Zircaloy-4 and M5 oxidized under PWR condition using Nano indentation with spherical indenter

柴田 晃 ; 涌井 隆  ; 中村 夏紀 ; 二川 正敏  ; 前川 克廣*; 那珂 通裕 

Shibata, Akira; Wakui, Takashi; Nakamura, Natsuki; Futakawa, Masatoshi; Maekawa, Katsuhiro*; Naka, Michihiro

現在広く使用されている核燃料被覆管材料ジルカロイ4は、より耐食性のあるM5等のZr-Nb合金への置き換えが進められている。しかしながらZr-Nb合金のジルカロイ4に対する相対的に良好な耐食性の根源は未だ明らかになっていない。Zr-Nb合金の良好な耐食性の根源を明らかにするため、M5とジルカロイ4の酸化皮膜の評価を行った。球状圧子を用いた微小硬さ試験を行い、荷重-深さ曲線に対し有限要素解析を援用しカルマンフィルタを用いた逆解析から材料定数を同定する手法よりM5とジルカロイ4の酸化皮膜の力学的特性を求め、他の手法による観察結果と比較した。その結果、M5の酸化皮膜はジルカロイ4の酸化皮膜に比較すると延性的であることが判明した。

Nuclear reactor fuel cladding material has been gradually replaced from Zircaloy-4 to Zr-Nb alloys such as M5. To reveal the origin of good corrosion resistance of Zr-Nb alloys, evaluation on oxide layer of fuel cladding tube Zircaloy-4 and M5 was performed. Nano-indentation with spherical indenter was performed on oxide layer of those materials. Test results of the indentation were evaluated by the inverse analysis using Kalman filter and Finite Element Method. The results analysis shows that the oxide layer of M5 has more ductility compare from that of Zircaloy 4. Thus, oxide layer of Zircaloy4 could be injured by smaller strain compare from that of M5.