Corrosion resistance of Al-alloying high Cr-ODS steels in stagnant lead-bismuth

高屋 茂; 古川 智弘; 井上 賢紀; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; 木村 晃彦*

Journal of Nuclear Materials, 398(1-3), p.132 - 138, 2010/03

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2009.10.023

ODSフェライト鋼は、優れた高温強度を有し、燃料被覆管の候補材であるが、LBEとの共存性がADS及びLBE冷却FBRにおける一つの課題である。Al添加とCr増加は、共存性に良い影響を与えると考えられるが、Al添加は高温強度の低下を招き、Cr増加は時効脆化が懸念される。そのため、耐食性と高温強度をバランスさせる最適なAl添加量とCr増加量を求める必要がある。本研究では、LBE中溶存酸素濃度10wt%, 650Cの条件で3000時間,LBE中に浸漬された試験片の断面観察をSEM及びオージェ電子分光法により実施した。その結果、複合酸化物/内部酸化層と母材の間に連続的に非常に薄いAl酸化膜が形成され、そのようなAl酸化皮膜がさらなる複合酸化物/内部酸化層の成長を抑制していることがわかった。Al濃度が2から4wt%に増加することにより酸化皮膜の平均厚さが、薄くなる傾向があった一方、Cr濃度への依存性はほとんど確認できなかった。さらに、5000時間の腐食試験を実施した。これらの材料は、10wt%, 650Cの条件でも優れた耐食性を示した。3.5wt%のAl添加は耐食性の向上に大変有効である。

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 1; Introduction and alloy design

木村 晃彦*; 笠田 竜太*; 岩田 憲幸*; 岸本 弘立*; Zhang, C. H.*; Isselin, J.*; Dou, P.*; Lee, J. H.*; Muthukumar, N.*; 奥田 隆成*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9220_1 - 9220_8, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の合金設計について評価した結果について報告する。

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 3; Development of high performance attrition type ball mill

奥田 隆成*; 藤原 優行*; 中井 辰良*; 柴田 憲一*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 藤澤 敏治*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9229_1 - 9229_4, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の高性能アトライタについて強化した結果について報告する。

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 5; Mechanical properties and microstructure

笠田 竜太*; Lee, S. G.*; Lee, J. H.*; 大村 高正*; Zhang, C. H.*; Dou, P.*; Isselin, J.*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9072_1 - 9072_5, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の機械的性質と組織について強化した結果について報告する。

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 8; Ion irradiation effects at elevated temperatures

岸本 弘立*; 笠田 竜太*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; 藤澤 敏治*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9219_1 - 9219_8, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の高温イオン照射効果について強化した結果について報告する。

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 10; Cladding tube manufacturing and summary

鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 林 重成*; 皆藤 威二; 井上 賢紀; 木村 晃彦*; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9232_1 - 9232_7, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の被覆管加工について強化した結果について報告する。

鉛ビスマス中における鉄鋼材料からの主要構成元素の溶解度特性評価に関する研究

佐野 浩行*; 藤澤 敏治*; 古川 智弘; 青砥 紀身

JNC TY9400 2005-007, 27 Pages, 2005/03

JNC-TY9400-2005-007.pdf:1.05MB

鉛ビスマス共晶合金(LBE)は,高速増殖炉における冷却材としての利用が検討されている。ナトリウム冷却炉並みの運転温度を設定した場合,原子炉構成材料の腐食等の課題が生じる。材料の腐食機構を評価していくにあたっては,LBE中の鉄鋼材料の主要金属元素やガス成分の溶解度が基礎データとして必要であり,これまで本研究によって,酸素分圧を制御した条件下において,LBE中の鉄鋼主要構成元素(Fe,CrおよびNi)単体の溶解度特性について明らかにしてきた。しかし,冷却パイプの内表面には雰囲気やLBE中溶存酸素などにより,パイプ構成元素による酸化物層が形成され,これが腐食に対して大きく影響をおよぼすと考えられる。そこで本年度はこれまでの研究をさらに発展させ,酸素分圧制御下のLBE中において鉄鋼材料表面に形成される種々の酸化物からの鋼材構成元素のLBEへの溶解特性の調査を開始した。また,Pb-Bi合金と酸素間の基本的な熱力学的特性を把握するために,まず800 KにおけるPb-Bi-O系の熱力学について検討し,本系状態図を決定するとともに,実験結果と既存の熱力学データを併せて安定状態図を作成した。

極低酸素ポテンシャル下LBE中金属元素等の溶解度特性評価に関する研究; 平成14年度共同研究成果報告書

佐野 浩行*; 藤澤 敏治*; 古川 智弘; 青砥 紀身

JNC TY9400 2003-002, 22 Pages, 2003/03

JNC-TY9400-2003-002.pdf:0.57MB

鉛ビスマス共晶合金(LBE)は、高速増殖炉における冷却材としての利用が検討されている。しかし、ナトリウム冷却炉並の運転温度を設定した場合、原子炉構成材料の腐食等の課題が生じる。そこで、極低酸素ポテンシャル下LBE中における主要金属元素等の溶解度特性評価および、鉄鋼材料主要合金元素同士の溶解度特性に及ぼす相互影響評価を目的として、信頼性の高いLBE中の金属元素等の溶解度データ取得に関する研究を実施している。 本年度は、昨年度の研究により得られた検討課題をもとに、LBEの鉄溶解度測定を酸化物平衡法ならびに気相平衡法を用いて酸素分圧を制御し、1273Kを中心とした高温域において行った。また、LBE中の酸素濃度の分析方法について詳細に検討を行い、酸素分析条件を確立した。その結果、酸化物平衡法においては溶解度データが得られたが、相互のデータから熱力学的考察をするには至らなかった。 これらの結果をもとに、(1)LBEの鉄溶解度データの蓄積により熱力学的考察を行うこと、ならびにそれらの知見をもとに、(2)ステンレス鋼の主要構成元素の溶解度測定、および各元素同士の溶解度に及ぼす相互影響評価を行っていく、との次年度の研究に向けた課題整理を行った。

高耐食性スーパーODSフェライト鋼の模擬FP反応試験

大塚 智史; 皆藤 威二; 井上 賢紀; 奥田 隆成*; 木村 晃彦*; 鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 藤澤 敏治*; 阿部 冨士雄*

no journal, , 

高燃焼度化に伴い重要となる燃料-被覆管化学的相互作用(FCCI)に対する耐食性の付与を重要課題の一つと位置付け、鉛ビスマス冷却高速炉(LBE-FR)と超臨界圧水冷却高速炉(SCW-FR)用の高耐食性ODSフェライト鋼被覆管の開発を進めている。原子力機構での従来研究により、FCCIには反応性の高いCs, TeとIが関与すること、及び模擬FPとしてCsOH/CsI混合物を用いた場合に炉内でしばしば観察される内面腐食に近い形態が観察されることがわかっている。本研究では、高耐食性ODSフェライト鋼の成分設計に関する指針を得るため、模擬FPとしてCsOH/CsI混合物を用い、Cs, Iとの反応性に及ぼすCr濃度とAl添加効果の評価を行った。本検討により、Crの増量もしくはAlの減量に伴い耐模擬FP反応性が向上することがわかった。また、Alを添加した場合でもCrを増量すれば、SUS316以上の優れた耐FCCI特性を確保できる見通しが得られた。

原子力システム高効率化に向けた高耐食性スーパーODS鋼の開発,4; 鉛ビスマス中耐食性評価

高屋 茂; 古川 智弘; 青砥 紀身; 井上 賢紀; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; 木村 晃彦*

no journal, , 

「原子力システム高効率化に向けた高耐食性スーパーODS鋼の開発」において、スーパーODS鋼候補材の鉛ビスマス中での耐食性を評価するために実施した長時間腐食試験結果について報告する。