水素吸収したTa-Zr合金の水素脆化挙動に及ぼす時効の影響

Aging effect for hydrogen embrittlement behavior on Ta-Zr alloy

金田 智寛*; 横山 賢一*; 石島 暖大 ; 上野 文義  ; 阿部 仁 

Kaneda, Tomohiro*; Yokoyama, Kenichi*; Ishijima, Yasuhiro; Ueno, Fumiyoshi; Abe, Hitoshi

使用済核燃料再処理施設では、異種金属の機器を接続するためステンレス/タンタル(Ta)/ジルコニウム(Zr)の異材接合継ぎ手が使われている。これらの材料の内、TaとZrは水素ぜい化を生じやすい事が知られている。一方、接合部ではTaとZrは合金化しており、どちらの水素ぜい化特性に強く影響されるか明らかでは無い。そこで本研究では、Ta-Zr合金の水素ぜい化挙動を明らかにすることを目的とし、0.9%NaCl水溶液中で電気化学的手法により水素を吸収させたTa-50at%Zr合金について吸収された水素の状態、合金の機械的特性の変化、および破壊挙動を検討した。X線回折により水素吸収後合金中にZr水素化物が生成していることが確認された。また、Ta-Zr合金は引張試験で水素吸収による延性低下は示さなかった。一方で、引張試験後の電子顕微鏡観察により試験片表面ではZr水素化物に起因するぜい性割れが観察された。これは、表面でZrに水素が優先的に吸収され、内部まで水素が到達難にくいことを示すものであると考えられる。また、Ta-Zr合金はZrの水素ぜい化特性により強い影響を受けることを示唆すると考えられる。

In spent nuclear fuel reprocessing plant, Zr/Ta dissimilar metal joint is used for connect between different devices. And it is known that Zr and Ta have susceptibility of hydrogen embrittlement. The other hand, Zr and Ta are alloyed in the dissimilar joint and it is not clear that the hydrogen embrittlement behavior of the Zr-Ta alloy. This study aims to elucidate the hydrogen embrittle behavior of the Zr-Ta alloy. Tensile tests and X-ray diffraction (XRD) were carried out after hydrogen charging in 0.9% NaCl solution. The zirconium hydride was detected by XRD analysis but embrittlement was not shown by tensile tests. However, brittle fracture patterns were observed by SEM observation at the fracture surface the specimen after tensile test. It is consider that these results suggest the zirconium hydride that formed by hydrogen charging dominates the hydrogen embrittlement behavior of the Zr-Ta alloy.