High-temperature creep deformation in FeCrAl-oxide dispersion strengthened alloy cladding

FeCrAl-ODS合金被覆管の高温クリープ変形

鵜飼 重治  ; 加藤 章一 ; 古川 智弘  ; 大塚 智史   

Ukai, Shigeharu; Kato, Shoichi; Furukawa, Tomohiro; Otsuka, Satoshi

著者が代表者として文部科学省の原子力システム研究開発事業(平成25年度平成28年度)で実施したFeCrAl-ODS合金のクリープ試験結果を解析したものである。本合金は軽水炉事故耐性被覆管として開発したもので、転位と酸化物粒子の弾性相互作用と転位の上昇運動による応力緩和効果を考慮して、転位の酸化物粒子からの離脱応力を求めた。この離脱応力を新たに作成した一般化した歪速度-応力関係図の中にプロットすることで、以下のことを明らかにした。設定応力が離脱応力を越える場合、転位は酸化物粒子を乗越えて変形するが、その場合でも転位の上昇運動による応力緩和が重要である。設定応力が離脱応力に達しない場合、転位は酸化物粒子を乗り越えられず、粒界すべりが起こる。事故時1000Cでは粒界すべり支配の変形となる。以上、軽水炉事故耐性用FeCrAl-ODS合金被覆管について、事故時に経験する1000C高温で、低応力・低歪速度で起こる変形予測に適用可能な高温クリープ構成式を変形メカニズムと共に提示した。

The FeCrAl-oxide dispersion strengthened (ODS) alloy is the promising cladding material for the accident-tolerant fuel (ATF) of the light water reactors (LWR). Ring-creep tests for FeCrAl-ODS alloy cladding were carried out at 973 K and 1273 K. The dislocation detachment stress from the dispersoid was derived by considering the dislocation-dispersoid elastic interaction and the dislocation relaxation effect by climb motion. When the applied stress exceeds the dislocation detachment stress, dislocations overcome the dispersoids with the reduced values of the stress exponent. When the stress is lower than the dislocation detachment stress, grain boundary sliding (GBS) is dominant factor for the low strain rate creep deformation at 1273 K. Based on those findings, new constitutive equations for creep deformation were constructed, which is applicable to low stress, low strain rate and high temperature conditions encountered at the reactor sever accident.