9Crまたは12Cr系酸化物分散強化鋼の高温力学特性と微細組織

High temperature mechanical properties and microstructure in 9Cr or 12Cr oxide dispersion strengthened steels

光原 昌寿*; 栗野 晃一*; 矢野 康英  ; 大塚 智史   ; 外山 健*; 大沼 正人*; 中島 英治*

Mitsuhara, Masatoshi*; Kurino, Koichi*; Yano, Yasuhide; Otsuka, Satoshi; Toyama, Takeshi*; Onuma, Masato*; Nakashima, Hideharu*

本研究では、高速炉通常運転時におけるODS鋼被覆管の使用環境に近い700または750Cのクリープ試験と、事故時を模擬した900から1350Cでの時効処理または高温引張試験での酸化物の成長挙動を確認した。9Cr-ODS鋼のクリープ試験後の組織では、初期状態と比較し、酸化物の成長や数密度の低下が無く、酸化物の分散強化がクリープ変形中に有効に機能していることが分かった。12Cr-ODS鋼のクリープ試験後の組織においては、亜粒界のような転位下部構造の発達はほとんど観察されず、粒内に可動転位が均一に観察された。転位密度は応力の増加とともに増える傾向であった。9Cr-ODS鋼の引張延性は、900から1100Cまで温度上昇とともに低下したが、1200Cで上昇し、1250Cで劇的に低下し、1300Cで再び増加する傾向を示した。12Cr-ODS鋼では、温度の上昇とともに減少する傾向を示した。9Cr-ODS鋼の1200から1300Cにおける複雑な引張特性の変化にはデルタフェライト相の形成が影響していると推察される。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。

Oxide Dispersion Strengthened (ODS) ferritic steel, a candidate material for fast reactor fuel cladding, has low thermal expansion, good thermal conductivity, and excellent resistance to irradiation damage and high temperature strength. The origin of the excellent high-temperature strength lies in the dispersion of fine oxides. In this study, creep tests at 700 or 750C, which are close to the operating temperatures of fast reactors, and high-temperature tensile tests at 900 to 1350 C, which simulate accident conditions, were conducted on 9Cr ODS ferritic steels, M11 and MP23, and 12Cr ODS ferritic steel, F14, to confirm the growth behavior of oxides. In the M11 and F14 creep test samples, there was little oxide growth or decrease in number density from the initial state, indicating that dispersion strengthening by oxides was effective during deformation. After creep deformation of F14, the development of dislocation substructures such as dislocation walls and subgrain boundaries was hardly observed, and mobile dislocations were homogeneously distributed in the grains. The dislocation density increased with increasing stress during the creep test. In the high-temperature ring tensile tests of MP23 and F14, the strength of both steels decreased at higher temperatures. In MP23, elongation decreased with increasing test temperature from 900 to 1100 C, but increased at 1200 C, decreased drastically at 1250 C, and increased again at 1300 C. In F14, elongation decreased with increasing temperature. It was inferred that the formation of the -ferrite phase was responsible for this complex change in mechanical properties of MP23 from 1200 to 1300 C.