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Effect of irradiation on corrosion behavior of 316L steel in lead-bismuth eutectic with different oxygen concentrations

異なる酸素濃度の鉛ビスマス液体金属中における316L鋼の腐食挙動に及ぼす照射効果

大久保 成彰  ; 藤村 由希; 友部 政勝*

Okubo, Nariaki; Fujimura, Yuki; Tomobe, Masakatsu*

加速器駆動システム(ADS)において、核破砕ターゲットの隔壁であるビーム窓の材料は、過酷な条件下で重照射に晒される。ビーム窓材では、鉛ビスマス流れ環境下で高エネルギー中性子、あるいは陽子線照射により、弾き出し損傷と腐食とが同時に起こる。ADSで用いられる材料には、液体鉛ビスマス合金(LBE)内での液体金属脆化(LME)や液体金属腐食(LMC)に耐えるための共存性が必要である。本研究では、自己イオン照射した316Lに対して、照射後LBE中腐食試験によりLMC挙動を調べた。316L試料に対して、10.5MeVまで加速した鉄イオンを、450$$^{circ}$$Cにて最大50dpaまで照射を行った。低酸素濃度のLBE中、450$$^{circ}$$Cで腐食試験を行った結果、未照射部では、酸化皮膜は観察されずに局所腐食が見られた一方で、照射部は鉄/クロム系の酸化皮膜で覆われていた。また、高い酸素濃度のLBEの場合、未照射部は、鉄/クロム系酸化物の1層であった一方で、照射部は鉄酸化物と鉄/クロム系酸化物の2層酸化皮膜で覆われていた。316Lにおいて、自己イオン照射による残存空孔等の照射損傷が試料表面での鉄と酸素の拡散が促進されたことにより、酸化層の形成が促進したと考えられる。

In an accelerator driven system (ADS), the beam window material of the spallation neutron target is heavily irradiated under severe conditions. Displacement damage and corrosion occur simultaneously because of high-energy neutron and/or proton irradiation in the lead-bismuth flow. The materials used in ADSs need to be compatible with the liquid metal, which is lead-bismuth eutectic (LBE), to prevent issues such as liquid metal embrittlement (LME) and liquid metal corrosion (LMC). In this study, the LMC behavior after ion irradiation of 316L austenitic steel is considered for self-ion irradiations followed by the corrosion tests. The 316L specimens were irradiated by 10.5 MeV-Fe$$^{3+}$$ ions at temperature of 450$$^{circ}$$C up to 50 displacement per atom (dpa). After the corrosion test at 450$$^{circ}$$C in LBE with low oxygen concentration, the surface of the non-irradiated area was not oxidized but corrosive morphology with pits, whereas the irradiated area was covered by an iron/chromium oxide layer. The surface of the irradiated area was covered by the duplex layers of iron and iron/chromium oxides in the case of higher oxygen concentration in LBE. It is suggested that irradiation can advance oxide layer formation because of enhanced Fe diffusion caused by the residual vacancies in 316L steel.

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