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

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*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(3), p.288 - 298, 2023/03

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2096147

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。

Development of high-grade VPS-tungsten coatings on F82H reduced activation steel

徳永 知倫*; 渡辺 英雄*; 吉田 直亮*; 長坂 琢也*; 笠田 竜太*; Lee, Y.-J.*; 木村 晃彦*; 時谷 政行*; 光原 昌寿*; 檜木 達也*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 442(1-3), p.S287 - S291, 2013/11

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2012.11.004

VPS-W coating formed on F82H kept at about 873K in conventional plasma spray conditions has inhomogeneous texture; namely mixture of disarranged area composed of large re-solidified/un-melted grains, fine randomly oriented grains and pores, and well ordered area composed columnar grains. Heat load test indicate that elimination of the disarranged area is necessary to improve the heat load resistance of VPS-W. One can get W coating with texture of homogeneous columnar crystal grains by eliminating the re-solidified/un-melted large particles. Optimization of the W powder size was also effective to reduce number of randomly oriented fine grains and pores.

V,Nb添加10Crフェライト系耐熱鋼中の析出物の3次元形態観察

光原 昌寿*; 池田 賢一*; 波多 聰*; 中島 英治*; 若井 隆純

九州大学超高圧電顕室研究報告,32, 2 Pages, 2008/08

高Crフェライト系耐熱鋼において析出強化に寄与するV/Nb炭窒化物に対し、ADF(Annular Dark-Field)-STEM (Scanning Transmission Electron Microscope)法と電子線トモグラフィーを組合せて、3次元観察を行い、析出物の形態や分布を明らかにした。また、観察された析出物による強化機構について検討した。

V添加10Crフェライト鋼におけるラス境界析出物の3D電子線トモグラフィー観察

光原 昌寿*; 池田 賢一*; 波多 聰*; 中島 英治*; 若井 隆純

まてりあ, 46(12), P. 800, 2007/12

https://ci.nii.ac.jp/naid/10020007505

Vを添加した10Crフェライト系耐熱鋼において、ラス組織安定化に有効なラス境界上析出物に注目し、その元素分析と3次元形態観察を行った。その結果、塊状とフィルム状の2種類の異なる組成の析出物がラス境界に生成しているが、後者の方が被覆率が高いことがわかった。このような高被覆性析出物は、クリープ変形中のラス組織の回復抑制に有効であり、V添加によるクリープ強度向上の主要因と推察される。

高Crフェライト系耐熱鋼の法によるクリープ寿命評価とそのパラメータに及ぼすVNb添加量の効果

吉田 悠*; 光原 昌寿*; 池田 賢一*; 中島 英治*; 若井 隆純

耐熱金属材料第123委員会研究報告, 47(10), p.109 - 113, 2006/07

VとNbの添加が高Crフェライト系耐熱鋼におけるクリープ挙動及び寿命に与える影響を調査し、その傾向をつかむために、VNb添加量を変化させた11種の材料に対し、クリープ試験を行った。そのデータを法により解析し、方位像顕微鏡による結晶方位解析結果と併せて、組織と法の二つのパラメータの相関について検討を行った。その結果、法による余寿命評価の有効性と、VNb添加量が法パラメータに及ぼす影響が大きいことが示された。また、Nb添加に伴い、マルテンサイト組織が変化することがわかった。

分散強化型フェライト鋼の強度特性評価,5

吉田 冬樹*; 中島 英治*

PNC TJ9606 97-001, 43 Pages, 1997/03

PNC-TJ9606-97-001.pdf:1.7MB

将来の高速炉炉心材料として有望視されている酸化物分散強化型(Oxide Dispersion Strengthened ; ODS)フェライト鋼は、フェライト母相中に微細に分散したYO粒子の分散強化により優れた高温強度を有する材料である。分散強化合金は、金属母相中に微細に分散した第二相粒子が転位の移動を妨げることにより強度の上昇を図るものであり、特に第二相粒子として酸化物を用いた場合は、酸化物粒子が高温でも安定であることから高温強度の改善に優れている。この高温での強化機構については、運動する転位と粒子の相互作用の形態からオローワン機構(斥力型相互作用)とスロロビッツ機構(引力型相互作用)が考えられており、引力型相互作用のなかで、粒子と母相との界面で転位の応力場が完全に緩和される場合は、そのときの強度上昇はボイド強化応力に等しくなると考えられている。ODSフェライト鋼は優れた高温強度を有するが、一方、製造した被覆管では強度の異方性が大きく内圧強度が低いという問題がある。この問題解決の方策の一つとして、相変態(マルテンサイト変態)を利用して組織制御を行い、結晶粒形状の等軸化を図ることが考えられる。そこで本研究では、このマルテンサイト変態を利用したODSフェライト鋼(以下、ODSマルテンサイト鋼)の高温変形挙動と分散強化機構を明らかにするために、600C700Cの温度範囲、210210sのひずみ速度範囲で高温圧縮試験と応力瞬間負荷試験を行った。また、転位の粒子からの離脱過程の活性化エネルギーを理論的に求め、しきい応力に温度依存性が生じる可能性を検討した。得られた結果を以下に示す。1)YO粒子を有するODSマルテンサイト鋼のひずみ速度の応力指数は2235であった。また、得られた変形の活性化エネルギーは742kJ/molであった。この変形挙動は、YO粒子を有するODSフェライト鋼の変形挙動に類似している。2)分散パラメータにより算出したオローワン応力とボイド強化応力は応力瞬間負荷試験法より求めたしきい応力に一致した。したがって、ODSマルテンサイト鋼の分散強化機 構はスロロビッツ機構であると考えられる。3)粒子から転位が離脱するのに必要なエネルギーは熱振動のエネルギーに比べ非常に大きかった。したがって、しきい応力にはほとんど温度依存性がないと結論される。

分散強化型フェライト鋼の強度特性評価(2)

中島 英治*; 吉澤 明展*; 藤田 剛志*; 吉田 冬樹*; 吉永 日出男*

PNC TJ9606 94-001, 59 Pages, 1994/03

PNC-TJ9606-94-001.pdf:3.19MB

Y2O3粒子を有するODSフェライト鋼の高温強度の異方性の原因を明らかにするために、650度Cで応力瞬間負荷試験によってしきい応力を測定するとともに、高温強度におよぼす粒界すべりの影響を検討した。以下に得られた結論をまとめて示す。1)応力瞬間負荷法で求めたしきい応力は、負荷時間の増加とともにオローワン応力からボイド強化応力に変化した。この現象は転位と粒子の引力型相互作用で良く説明できる。2)粒界が応力軸に対して45度傾いた場合、変形によって明瞭な粒界すべりが観察された。この場合、しきい応力が存在し、その値は応力瞬間負荷試験で得られたしきい応力とほぼ一致した。したがって、ODSフェライト鋼の粒界すべりは粒内変形と関連していることが知られた。

VNb添加12Cr-1Mo鋼の法解析

吉田 悠*; 光原 昌寿*; 池田 賢一*; 中島 英治*; 若井 隆純

no journal, , 

近年、耐熱鋼のクリープ破断寿命を評価し、そのクリープ挙動を解析する技術は多くの方法が提唱されている。その中でも法はクリープひずみと時間の関係を定式化し、クリープ曲線を推定する方法であるが、パラメータの数が少なく、非常に簡便なことから注目されている。法は加速クリープ域においてひずみとひずみ速度の関係が経験的に表せることを用いて、クリープ寿命を仮想的初期ひずみ速度とひずみ速度加速因子の2つのパラメータにより表現する解析法である。これらのパラメータは析出物の有無やその大きさに依存することが知られている。耐熱鋼の有効なクリープ強化機構としてMXによる析出強化がある。MXの構成元素であるVNbの組成比に関連したMXのタイプや析出量の違いが、法のパラメータに対して及ぼす影響について調査するで法に対する知見を深めることができる。そこで本研究では異なるVNb添加量を持つ12Cr-1Mo鋼のクリープデータに対し法を適用し、組織観察をふまえてクリープ挙動について検討を行った。

VNb添加高Crフェライト系耐熱鋼のクリープ変形に伴うマルテンサイト組織変化

吉田 悠*; 光原 昌寿*; 池田 賢一*; 中島 英治*; 若井 隆純

no journal, , 

クリープ後期での破断に至る組織変化及び破断過程に、MX(VNbの炭窒化物粒子)がどのように寄与するかについて、VNb添加量をパラメトリックに変化させた試作鋼のクリープ破断材に対するTEMによる観察及びOIMによる結晶方位解析を実施して考察した。その結果、破断に至る大きな塑性変形の過程に及ぼす初期組織や析出物の析出状態の影響は小さいこと、さらにこれらの試作鋼のクリープ寿命はラスマルテンサイト組織の崩壊が始まるまでの組織安定性に支配されることなどを見通した。

フェライト系耐熱鋼の値に及ぼす微細構造の影響

光原 昌寿*; 吉田 悠*; 池田 賢一*; 中島 英治*; 若井 隆純

no journal, , 

MX型析出物の構成元素であるVとNbを添加した高Crフェライト系耐熱鋼において、V及びNb添加量による組織の微細構造変化を調査し、微細構造の変化に対応した値の遷移から、添加元素によるクリープ強化が値に及ぼす影響について考察した。その結果、V添加によりラス境界上の塊状及びフィルム状の析出物がラス境界の移動を抑制することによって、一方、Nb添加によりラス内の微細な析出物による転位運動の阻害によって、それぞれクリープ強度が向上していることが明らかになった。また、VとNbの複合添加の場合、それぞれの強化元素による強化の加算が成り立つことがわかった。