High-temperature creep properties of 9Cr-ODS tempered martensitic steel and quantitative correlation with its nanometer-scale structure

9Cr-ODS鋼の高温クリープ特性とナノ組織の定量的相関性

大塚 智史   ; 静川 裕太 ; 丹野 敬嗣  ; 今川 裕也 ; 橋立 竜太 ; 矢野 康英  ; 鬼澤 高志  ; 皆藤 威二 ; 大沼 正人*; 光原 昌寿*; 中島 英治*

Otsuka, Satoshi; Shizukawa, Yuta; Tanno, Takashi; Imagawa, Yuya; Hashidate, Ryuta; Yano, Yasuhide; Onizawa, Takashi; Kaito, Takeji; Onuma, Masato*; Mitsuhara, Masatoshi*; Nakashima, Hideharu*

原子力機構では、ナトリウム冷却高速炉(SFR)用燃料被覆管材料として9Cr-酸化物分散強化型(ODS)鋼の開発を進めている。燃料被覆管材料にとって、クリープ特性は重要特性の一つである。よって、SFRに9Cr-ODS鋼を導入するためには、9Cr-ODS鋼の炉内クリープ強度の信頼性高い予測評価が不可欠である。本研究では、700Cでの9Cr-ODS鋼のクリープ強度とナノ組織の定量的相関性について調査を行った。また、9Cr-ODS鋼照射材のナノ組織解析に基づく炉内クリープ特性予測の可能性について議論を行った。9Cr-ODS鋼の700Cでのクリープ破断寿命は、そのナノ組織と密接な相関を有することがわかった。9Cr-ODS鋼のクリープ破断寿命とナノ組織の相関を既存のクリープモデルに基づき解析し、両者をつなぐ相関式を示した。本相関式の信頼性を高めるためには、9Cr-ODS鋼の2次クリープ速度の応力指数と酸化物分散状態の関係を明らかにする必要がある。

JAEA has been developing 9Cr-oxide dispersion strengthened (ODS) tempered martensitic steel(TMS) as a candidate material for the fuel cladding tubes of sodium-cooled fast reactors(SFRs). The reliable prediction of in-reactor creep-rupture strength is critical for implementing the 9Cr-ODS TMS cladding tube in the SFR. This study investigated the quantitative correlation between the creep properties of 9Cr-ODS TMS at 700 C and the dispersions of nanosized oxides by analyzing the creep data and the material's nanostructure. The possibility of deriving a formula for estimating the in-reactor creep properties of 9Cr-ODS TMSs based on an analysis of the nanostructure of neutron-irradiated 9Cr-ODS TMSs was also discussed. The creep properties of 9Cr-ODS TMS at 700 C closely correlated with the dispersion of nanosized oxide particles. The correlation between creep-rupture lives and nanosized oxide particle dispersion was determined using existing creep models. The elucidation of correlation between the stress exponent of secondary creep rate and the nanostructure is essential to enhance future modeling reliability and formulation.