BWR下のSUS304L鋼で生じる粒内応力腐食割れに及ぼす結晶粒微細化の影響

Effect of grain refinement on transgranular stress corrosion cracking in SUS304L under boiling water reactor conditions

広田 憲亮   ; 中野 寛子  ; 武田 遼真; 井手 広史  ; 土谷 邦彦 ; 小林 能直*

Hirota, Noriaki; Nakano, Hiroko; Takeda, Ryoma; Ide, Hiroshi; Tsuchiya, Kunihiko; Kobayashi, Yoshinao*

SUS304Lステンレス鋼の0.2%耐力に関する比較分析により、ひずみ速度が低下するほど、温度が上昇するほど、0.2%耐力は著しく低下することが明らかとなった。一方で結晶粒径を68.6mから0.59mに微細化した場合における低ひずみ速度下での0.2%耐力への強度低下率の影響は小さかった。しかし、結晶粒微細化は、室温に比べて原子炉運転温度下での0.2%耐力低下には影響を及ぼした。粒内応力腐食割れ(SCC)を促進する条件下での低ひずみ速度引張試験では、28.4m以下の結晶粒径を持つSUS304Lに対しては、原子炉運転温度下での破断ひずみと同等の値を示したが、粗粒のSUS304Lでは破断ひずみが低下した。微細構造解析では、より結晶粒が微細な材料で87%以上の延性破面が観察され、特に0.59mの結晶粒径を持つSUS304Lでは{111}/3粒界が数多く存在する一方で、結晶粒径が大きくなるにつれてその割合が減少していた。これらの結果は、結晶粒微細化により、{111}/3粒界の増加を通じて、腐食の進行が遅延し、粒内SCCが抑制されたことを示唆している。

A comparative analysis of the 0.2 % yield stress in SUS304L stainless steel revealed that lower strain rates and higher temperatures significantly reduce yield stress. Grain refinement from 68.6 m to 0.59 m minimally impacted the rate of yield stress reduction at slower strain rates. However, finer grains showed a decrease in yield stress at reactor operating temperature compared to room temperature. In slow strain rate tests under conditions promoting intragranular stress corrosion cracking (SCC), SUS304L with grain sizes of 28.4 m or smaller exhibited similar fracture strains comparable to those at reactor operating temperatures, whereas coarse-grained SUS304L showed reduced fracture strain. Microstructural analysis showed that in smaller grains, over 87 % of the fracture surface was ductile. In particular, SUS304L with 0.59 m grains exhibited a higher presence of {111} / 3 boundaries, which decreased with grain growth. These results indicate that grain refinement will suppress intragranular SCC by slowing corrosion progression through increased {111} / 3 boundaries.