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Evaluation of crack growth rates and microstructures near the crack tip of neutron-irradiated austenitic stainless steels in simulated BWR environment

中性子照射オーステナイト系ステンレス鋼のBWR模擬環境下における亀裂進展速度評価と亀裂先端近傍のミクロ組織観察

知見 康弘; 笠原 茂樹; 瀬戸 仁史*; 橘内 裕寿*; 越石 正人*; 西山 裕孝

Chimi, Yasuhiro; Kasahara, Shigeki; Seto, Hitoshi*; Kitsunai, Yuji*; Koshiishi, Masato*; Nishiyama, Yutaka

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)による亀裂進展挙動を理解するため、中性子照射したオーステナイト系ステンレス鋼の亀裂進展試験を実施して亀裂進展速度を評価し、亀裂先端における変形組織と酸化皮膜に着目したミクロ組織観察を実施した。供試材は12$$sim$$14dpaまで中性子照射した316Lステンレス鋼で、BWR模擬水質環境(約288$$^{circ}$$C)下で亀裂進展試験を行った。また亀裂進展試験後、FEG-STEMを用いて亀裂先端のミクロ組織を観察した。試験の結果、腐食電位(ECP)の低減による亀裂進展抑制効果は、文献で示されている約2dpa以下の損傷量の低い材料と比較して顕著ではなかった。また1000時間以上高温水中に浸漬し、高ECPと低ECPの双方の環境に置かれた試験片の亀裂内には酸化物形成が認められたが、低ECP条件下のみを経験した亀裂先端近傍には酸化皮膜の形成がほとんど認められなかった。さらに、亀裂先端近傍には変形に伴う双晶組織が高密度に形成していた。これらの結果より、高損傷量のステンレス鋼の亀裂進展挙動において、局所変形と酸化が支配的な因子であることが示唆された。

In order to understand irradiation-assisted stress corrosion cracking (IASCC) growth behavior, crack growth rate (CGR) tests have been performed in simulated Boiling Water Reactor water conditions at $$sim$$288$$^{circ}$$C on neutron-irradiated 316L stainless steels (SSs) at $$sim$$12-14 dpa. After the tests, the microstructures near the crack tip of the specimens are examined with scanning transmission electron microscope (FE-STEM). In comparison with a previous study at $$<$$$$sim$$2 dpa, this result shows a less benefit of low electrochemical corrosion potential (ECP) conditions on CGR. A crack tip immersed over 1000 hours was filled with oxides, while almost no oxide film was observed near the crack front in the low-ECP conditions. In addition, a high density of deformation twins and dislocations were found near the fracture surface of the crack front. It is considered that both localized deformation and oxidation are possible dominant factors for the SCC growth in highly irradiated SSs.

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