事故を模擬して超高温で加熱したODS鋼のマクロ組織と強度評価

Evaluations of macro structure and strength of ODS steels heated to ultra-high temperature simulating accident situations

丹野 敬嗣  ; 藤田 江示; 矢野 康英  ; 大塚 智史   ; 中島 英治*; 光原 昌寿*; 大沼 正人*; 外山 健*; 皆藤 威二 

Tanno, Takashi; Fujita, Koji; Yano, Yasuhide; Otsuka, Satoshi; Nakashima, Hideharu*; Mitsuhara, Masatoshi*; Onuma, Masato*; Toyama, Takeshi*; Kaito, Takeji

高温強度に優れる酸化物分散強化型(ODS)鋼を燃料被覆管に適用することで、事故時を含む超高温域までの燃料破損リスクを低減し、プラントの安全性向上が期待される。強化相として分散している酸化物粒子は、他の耐熱合金の強化相として用いられる炭窒化物や金属間化合物と比較して安定と考えられるが、事故時に想定される超高温域まで組織や強度が維持されることを実際に確認することが重要である。本研究では、ODS鋼の超高温に対する限界性能を評価するため、事故を模擬した超高温加熱処理を実施し、その後のマクロ組織と強度の評価を行った。マクロ組織については、1250Cまで概ね安定であり結晶粒が微細であったが、1300C以上では粗大化していた。一方、硬さについては、1250C以上で低下していることが分かった。なお、本研究は、文部科学省原子力システム研究開発事業JPMXD0219214482の助成を受けたものである。

By applying oxide dispersion-strengthened (ODS) steel, which has excellent high-temperature strength, to the fuel cladding tube, it is expected that the risk of fuel pin rupture up to the ultra-high temperature range including accidents will be reduced and the safety of the plant will be improved. Oxide dispersoids as a reinforced phase in ODS steels are considered to be more stable than carbonitrides and intermetallic compounds used as reinforced phases in other heat-resistant alloys. It is important to actually ensure that the metallographical structure and strength are maintained up to the ultra-high temperature. In this study, in order to evaluate the performance limit of ODS steel against ultra-high temperature, extreme heat treatments simulating accident situations were carried out, and then the macrostructure and strength were evaluated. Regarding the macrostructure, it was generally stable up to 1250 C and the crystal grains were fine, but it was coarsened at 1300 C or higher. On the other hand, it was found that the hardness decreased at 1250 C or higher. This theme was supported by JPMXD0219214482, a nuclear power system research and development project of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology.