Ultra-high temperature creep and transient burst strength of ODS steel cladding tube

ODS鋼被覆管の超高温におけるクリープ及び急速加熱バースト強度特性

矢野 康英  ; 関尾 佳弘  ; 加藤 章一 ; 丹野 敬嗣  ; 井上 利彦 ; 岡 弘   ; 大塚 智史   ; 古川 智弘  ; 上羽 智之 ; 皆藤 威二 ; 鵜飼 重治*

Yano, Yasuhide; Sekio, Yoshihiro; Kato, Shoichi; Tanno, Takashi; Inoue, Toshihiko; Oka, Hiroshi; Otsuka, Satoshi; Furukawa, Tomohiro; Uwaba, Tomoyuki; Kaito, Takeji; Ukai, Shigeharu*

ODS鋼は、その高温強度と耐照射性の観点から高速炉の長寿命被覆管として期待されている。被覆管として適用するうえでは、安全設計のために超高温での被覆管の強度データが必要であるが、われわれが報告した超高温での引張データがあるのみである。そこで、事故時の安全設計に資する目的で、超高温でのクリープと様々な昇温速度での急速加熱バースト試験を実施した。9Cr-ODS鋼のクリープ挙動は、通常の耐熱鋼で確認される腰折れが見られなかった。また、PNC-FMS被覆管と比較し、9Cr-ODS鋼被覆管の急速加熱バースト強度は全ての条件で高いことが明らかになった。これらの挙動データを用いて、被覆管の破断評価方法について検討を行った。本研究成果の一部は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、北海道大学が実施した平成2528年度「事故時高温条件での燃料健全性確保のためのODSフェライト鋼燃料被覆管」の研究開発を含む。

ODS steels have been noticed as a prospective candidate for long-life fuel claddings of FR due to their high temperature strength and radiation resistance. It is necessary to acquire data on tensile strength and creep rupture resistance of core materials at ultra-high temperature for use in safety design. The authors reported some data of tensile properties of ODS steel cladding at ultra-high temperatures, however, there are few data on creep rupture strength. In this study, ultra-high temperature creep rupture strength and transient burst properties with wide range of heating rates have been investigated for ODS claddings. Internal creep rupture tests for 9Cr-ODS claddings were carried out at temperatures between 650 and 1000C, and ring creep tests were performed at 1000C. The temperature-transient-to-burst tests were performed on both steel cladding tubes. Creep-rupture curves for 9Cr-ODS claddings were linear shape as a function of long rupture time, although it is well known that those curves for conventional martensitic steels have a sigmoidal shape to long rupture times. The failure temperatures for 9Cr-ODS steels decreased with decreasing the heating rate in a manner to similar to PNC-FMS claddins. However, transient burst strengths for 9Cr-ODS were much higher than those for PNC-FMS at all conditions. Using these data, discussions were carried out on a technique for evaluating rupture life of ODS steel cladding after various load-time-temperature histories.