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報告書

軽水炉の応力腐食割れ(SCC)事象とその評価手法; 炉内構造物・配管の高経年化事象予測に向けたSCC評価手法技術資料集(受託研究)

山本 正弘; 加藤 千明; 佐藤 智徳; 中野 純一; 宇賀地 弘和; 塚田 隆; 加治 芳行; 辻川 茂男*; 服部 成雄*; 吉井 紹泰*; et al.

JAEA-Review 2012-007, 404 Pages, 2012/03

JAEA-Review-2012-007.pdf:36.72MB

我が国の軽水炉は運転開始から20年以上経過したものが多くを占め、経年劣化に対応した技術を確立して安全に運転していくことが望まれている。特にSCCについては、これまでに幾つかのトラブル事象が報告されており、対応技術やメカニズムに関する数多くの研究例がある。今回、それらをできるだけ広く集めて整理し、体系的にレビューした。具体的には、軽水炉に発生したSCC事例とその評価の現状、SCC発生・進展因子に関する評価法の研究と知見の現状、SCC・腐食環境のモニタリング技術の現状等について調査を行った。調査した結果は、炉型(BWR, PWR),材料(ステンレス鋼,Ni基合金)及びSCC評価法(ラボと実機)について、横断的かつ総合的に検討を行い、それらの共通点,相違点を理解しやすい図表として整理し、相対的な比較を行いやすいようにまとめた。これらの整理した結果を元に、今後検討すべき課題を抽出し、また実機において留意していくべき事象に関してまとめた。ラボ試験における加速条件の評価においては、最新の解析技術を駆使したミクロな解析と統計的な手法を含めた計算機的な予測やモデル化技術が今後重要になることを示した。また、実機の状況を運転中に把握し、SCCが顕在化する以前の兆候をモニタリングする手法の重要性を示し、今後実用化を含めた検討が必要であることを示した。

論文

Stress corrosion cracking behavior of type 304 stainless steel irradiated under different neutron dose rates at JMTR

加治 芳行; 近藤 啓悦; 青柳 吉輝; 加藤 佳明; 田口 剛俊; 高田 文樹; 中野 純一; 宇賀地 弘和; 塚田 隆; 高倉 賢一*; et al.

Proceedings of 15th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems - Water Reactors (CD-ROM), p.1203 - 1216, 2011/08

引張特性と照射誘起応力腐食割れ進展挙動に及ぼす中性子照射速度の影響について検討するために、304ステンレス鋼を用いたき裂進展(CGR)試験,引張試験,微細組織観察を実施した。試験片は、JMTRにおいて沸騰水型原子炉模擬高温水中で2つの照射速度で約1dpaまで照射した。照射硬化は照射速度に伴い増加するが、CGRに及ぼす影響は小さい。降伏応力の増加はフランクループの数密度の増加に起因する。粒界における照射誘起片析挙動に及ぼす照射速度の効果は小さい。さらに、結晶塑性シミュレーションにおけるき裂先端近傍の局所塑性変形挙動に及ぼす照射速度効果も小さいことがわかった。

論文

Effects of alloy composition of carbon steel on the flow accelerated corrosion and oxide film properties in neutral water condition

佐藤 智徳; 宇賀地 弘和; 塚田 隆; 内田 俊介

Proceedings of 14th International Conference on Environmental degradation of Materials in Nuclear Power Systems (CD-ROM), p.985 - 995, 2009/08

流れ加速型腐食(FAC)の理論予測の高度化のためには、水化学,材料及び流況の各パラメータの個々の影響を理解する必要がある。本研究では、炭素鋼に含まれる合金元素のFACへの影響を評価するために、さまざまな濃度の合金元素を含む炭素鋼試験片の腐食速度を測定した。また、表面分析により形成酸化皮膜の評価を行った。合金元素として、Cr, Ni, Cuを選択し、含有量をパラメータとして炭素鋼の腐食速度を評価した。取得された結果を以下に示す。(1)Crを0.03%含む炭素鋼で、FACは十分に抑制された。(2)ニッケルを含む炭素鋼では、FACは抑制された。CrのFAC抑制効果はNiによるFAC抑制効果より大変大きいことが確認された。(3)Ni添加された炭素鋼ではヘマタイトリッチな酸化皮膜が確認されたのに対し、Cr添加された炭素鋼では、マグネタイトのみが確認された。(4)FACにおけるCuの明確な影響は確認されなかった。

報告書

中性子照射下高温水中応力腐食割れ試験用き裂進展・発生試験ユニットの技術検討,1(受託研究)

出雲 寛互; 知見 康弘; 石田 卓也; 川又 一夫; 井上 修一; 井手 広史; 斎藤 隆; 伊勢 英夫; 三輪 幸夫; 宇賀地 弘和; et al.

JAEA-Technology 2009-011, 31 Pages, 2009/04

JAEA-Technology-2009-011.pdf:4.38MB

軽水炉の炉内構造材料の照射誘起応力腐食割れ(IASCC)に対する健全性評価においては、照射後試験(PIE)によるデータの拡充が進められている。しかし、実際の炉内でのIASCCは材料と高温高圧水が同時に照射の影響を受ける現象であるため、照射下試験データとの比較によりPIEで取得されたデータの妥当性を確認する必要がある。照射下き裂進展試験において、低照射量領域の中性子照射の影響を適切に評価するためには、破壊力学的な有効性の観点から、従来より大型の試験片に対応できるき裂進展試験ユニットの開発が必要となる。そこで技術検討を行った結果、従来の単軸方式からテコ式に変更することによって、目標荷重を負荷できる見通しが得られた。また、き裂発生試験ユニットに関しては、リニア可変差動トランス(LVDT)を採用するユニット構造を検討し、今後さらに技術検討を進めるべき項目を抽出した。

論文

Effects of alloy composition and flow condition on the flow accelerated corrosion in neutral water condition

佐藤 智徳; 宇賀地 弘和; 塚田 隆; 内田 俊介

Proceedings of 16th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC-16) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/10

流れ加速型腐食(FAC)は炭素鋼の表面酸化被膜の溶出が、高い表面流速により加速される現象である。本研究では、チューブ型の炭素鋼試験片によるFAC速度のその場測定により、150$$^{circ}$$C中性純水中でのFACにおける炭素鋼の合金元素の影響を評価した。結果は以下のとおりである。(1)炭素鋼標準材でのFAC速度は流速の1.2乗に依存した。(2)FACは0.03%以上Crを含む炭素鋼では測定下限以下まで低減された。(3)0.1%Niを含む炭素鋼ではFACの低減が確認された。(4)NiによるFAC低減効果と、Crによる低減効果の違いを表面被膜の化学組成分析により確認した。(5)CuのFACへの影響は確認されなかった。また、流速がFAC速度に与える影響についての試験結果も報告する。

論文

Experiments simulating IGSCC under irradiation in BWR

塚田 隆; 加治 芳行; 宇賀地 弘和; 三輪 幸夫; 中野 純一; 佐藤 智徳; 内田 俊介

Proceedings of 16th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC-16) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/10

粒界型応力腐食割れ(IGSCC)は、沸騰水型軽水炉(BWR)の構造材料における主要な材料損傷現象であるため、BWR炉内の環境条件におけるIGSCC挙動を調べるための炉内照射下試験,照射後試験等の各種試験が行われている。本論文では、それらの実験手法を特徴により整理し、実験技術上の課題について検討した。さらに、具体的な試験技術として著者らがオーステナイトステンレス鋼を供試材として実施した、材料試験炉(JMTR)における照射下SCCき裂進展試験、及び過酸化水素注入により炉内高温水の放射線分解を模擬した腐食試験について、試験法の概要と課題について述べた。実機の炉内環境を模擬するには多くの技術的制約があるが、各種の実験手法の特徴を組合せることにより、IGSCC挙動の機構論的な理解を進めることができると考えられる。

論文

In-core SCC growth behavior of type 304 stainless steel in BWR simulated high-temperature water at JMTR

加治 芳行; 宇賀地 弘和; 塚田 隆; 中野 純一; 松井 義典; 川又 一夫; 柴田 晃; 近江 正男; 永田 暢明*; 堂崎 浩二*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(8), p.725 - 734, 2008/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.69(Nuclear Science & Technology)

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は、高経年化軽水炉のステンレス鋼構造物における重要課題の一つである。中性子照射量レベル約1$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$まで予備照射した304型ステンレス鋼のコンパクトテンション型試験片を使用して材料試験炉(JMTR)において沸騰水型原子炉(BWR)模擬環境条件で炉内IASCC進展試験を実施してきた。IASCC進展速度に及ぼす中性子/$$gamma$$線照射,応力,高温水環境の同時作用効果について検討するために、同じ電気化学電位条件下で種々の溶存酸素環境での照射済試験片を用いた炉外IASCC試験を実施した。本論文では、炉内SCC進展試験結果について議論し、IASCCにおける同時作用効果の観点から炉外試験結果との比較検討を行った結果、電気化学腐食電位が同じ条件では、IASCC進展速度に及ぼす照射,応力,高温水環境の同時作用効果は小さいことを示した。

報告書

IASCC照射試験にかかわるキャプセルの製作,2; き裂発生試験用キャプセル(共同研究)

井手 広史; 松井 義典; 川又 一夫; 田口 剛俊; 金澤 賢治; 小沼 勇一; 渡邊 浩之; 井上 修一; 出雲 寛互; 石田 卓也; et al.

JAEA-Technology 2008-012, 36 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-012.pdf:10.09MB

軽水炉の炉内構造物材料に使用されているオーステナイト系ステンレス鋼には、高線量の中性子照射を受けると照射誘起応力腐食割れが発生することが知られており、原子力プラントの高経年化対策のためにはその挙動の解明が重要な課題となっている。これまでの研究では中性子照射済試料の照射後試験を行うことにより評価してきたが、IASCCの適切な評価のためには、軽水炉内の環境を模擬した温度,水環境及び照射条件下で試験を行うことが必要である。そこで、照射下での応力腐食割れ試験を行うために、照射下試験用の飽和温度キャプセルを開発した。照射下応力腐食割れ試験には、き裂進展試験,き裂発生試験等があり、本報ではこのうちき裂発生試験を行ったキャプセルについてまとめたものである。

報告書

IASCC照射試験にかかわるキャプセルの製作,1; き裂進展試験用キャプセル(共同研究)

井手 広史; 松井 義典; 川又 一夫; 田口 剛俊; 金澤 賢治; 小沼 勇一; 渡邊 浩之; 井上 修一; 出雲 寛互; 石田 卓也; et al.

JAEA-Technology 2008-011, 46 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-011.pdf:19.39MB

軽水炉の炉内構造物材料に使用されているオーステナイト系ステンレス鋼には、高線量の中性子照射を受けると照射誘起応力腐食割れが発生することが知られており、原子力プラントの高経年化対策のためにはその挙動の解明が重要な課題となっている。これまでの研究では中性子照射済試料の照射後試験を行うことにより評価してきたが、IASCCの適切な評価のためには、軽水炉内の環境を模擬した温度,水環境及び照射条件下で試験を行うことが必要である。そこで、照射下での応力腐食割れ試験を行うために、照射下試験用の飽和温度キャプセルを開発した。照射下応力腐食割れ試験には、き裂進展試験,き裂発生試験等があり、本報ではこのうちき裂進展試験を行ったキャプセルについてまとめたものである。

論文

Development of in-pile SCC test technique and crack initiation behavior using pre-irradiated austenitic stainless steel at JMTR

宇賀地 弘和; 加治 芳行; 松井 義典; 遠藤 慎也; 川又 一夫; 塚田 隆; 永田 暢秋*; 堂崎 浩二*; 瀧口 英樹*

Proceedings of 15th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-15) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/04

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は、軽水炉のステンレス鋼構造材の健全性における重要な問題である。実際のIASCCでは照射,応力及び高温水環境が同時に作用するため、照射後試験で再現されたIASCCを実機のIASCC評価に適用するには十分な考慮を要する。そのため、発表者らは照射下IASCC試験技術開発を行った。照射下SCC発生試験としては単軸定荷重(UCL)引張試験法を用い、き裂の発生を試験片の破断として検出する方法あるいは負荷後の試験片の詳細観察を行うことにより、照射下SCC発生挙動の評価を試みた。本研究で得られた結果からは、SCC発生挙動における照射下環境での加速効果が顕著でないことが推論された。

論文

Comparison of SCC growth rate between in-core and EX-core tests in BWR simulated high temperature water

加治 芳行; 宇賀地 弘和; 塚田 隆; 松井 義典; 近江 正男; 永田 暢秋*; 堂崎 浩二*; 瀧口 英樹*

Proceedings of 13th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems (CD-ROM), 12 Pages, 2007/00

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は、軽水炉のステンレス鋼製構造物の高経年化における課題の1つである。中性子照射量1$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$まで予備照射した304系ステンレス鋼のCT試験片を用いて、沸騰水型軽水炉(BWR)模擬環境水質条件で材料試験炉(JMTR)において炉内IASCC進展試験を実施した。SCC進展速度に及ぼす中性子/$$gamma$$線照射,応力,水環境の同時作用効果について検討するために、同じ腐食電位条件下で種々の溶存酸素濃度あるいは過酸化水素添加環境での照射後試験(PIE)を実施した。本論文では、炉内SCC進展試験結果をIASCCに及ぼす同時作用効果の観点からPIEの結果と比較検討した。その結果、SCC進展速度に及ぼす照射の同時作用効果は、腐食電位(ECP)条件がほぼ同等の照射下試験データとDO=32ppm条件での照射後試験データがほぼ一致することから、これまでに取得されたデータの範囲内ではほとんどないことがわかった。

論文

Results of in-pile SCC growth tests in high temperature water at JMTR

塚田 隆; 加治 芳行; 宇賀地 弘和; 永田 暢秋*; 堂崎 浩二*; 瀧口 英樹*

Proceedings of International Conference on Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems 2006 (CD-ROM), 5 Pages, 2006/10

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は軽水炉の炉内構造物の高経年化に伴う課題と考えられている。IASCCを理解するうえで、炉内における中性子/$$gamma$$線照射,応力と高温水の複合作用は重要。そのため、照射下IASCC試験は、IASCCメカニズムを研究するうえで、また照射後試験データの信頼性を評価するための重要な実験の一つである。照射下IASCC試験を実施するために、材料試験炉JMTRに高温水ループ施設を設置した。このループを用いて、BWR模擬環境下で照射キャプセル内において照射下IASCC進展試験を実施することに成功した。その結果、実施した試験の条件においては、SCC進展速度に対する中性子/$$gamma$$線及び応力/水環境の複合作用の影響は小さいと判断された。

論文

In-pile SCC growth behavior of type 304 stainless steel in high temperature water at JMTR

加治 芳行; 宇賀地 弘和; 塚田 隆; 松井 義典; 近江 正男; 永田 暢秋*; 堂崎 浩二*; 瀧口 英樹*

Proceedings of 14th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-14) (CD-ROM), 7 Pages, 2006/07

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は、軽水炉のステンレス鋼製構造物の長期運転において、重要な課題の一つである。一般に、IASCCは高速中性子のしきい照射量以上照射した材料を用いて照射後試験(PIE)により試験が行われている。IASCC研究分野では、照射下でのSCC試験を実施することは大変困難なため、おもに照射材を用いたPIEを実施している。したがって照射下SCC試験の重要な技術として、負荷応力レベル,水化学,照射条件等の効果に関する情報を得るために試験技術の開発を行ってきた。JMTRにおいて、照射済み304ステンレス鋼を用いて照射下IASCC進展試験に成功した。本論文では、IASCCにおける同時作用効果の観点から、照射下SCC進展試験結果とPIEの結果とを比較し議論する。

論文

Remote-welding technique for assembling In-Pile IASCC capsule in hot cell

川又 一夫; 石井 敏満; 金澤 賢治; 岩松 重美; 近江 正男; 清水 道雄; 松井 義典; 宇賀地 弘和; 加治 芳行; 塚田 隆; et al.

JAEA-Conf 2006-003, p.115 - 125, 2006/05

JMTRホットラボでは、JMTRにて再照射する試験を行うために、ホットセル内において照射済み試験片をキャプセルに組込む、キャプセル組立てを実施している。今回、その技術をもとに、照射下き裂進展試験用キャプセルを組立てる遠隔溶接技術を開発した。セル内において照射下き裂進展試験キャプセルを組立てる技術は照射下き裂進展試験を実施するうえで重要な技術である。本報告では、照射下試験用キャプセルの組立て技術及び開発した溶接装置について紹介する。

論文

PIE technologies for the study of stress corrosion cracking of reactor structural materials

宇賀地 弘和; 中野 純一; 根本 義之; 近藤 啓悦; 三輪 幸夫; 加治 芳行; 塚田 隆; 木崎 實; 近江 正男; 清水 道雄

JAEA-Conf 2006-003, p.253 - 265, 2006/05

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)はステンレス材料が軽水炉において長時間使用される場合の重要な問題とされている。ホットラボでの実験においては、一般的にIASCCはあるしきい照射量を超えて高速中性子照射を受けた材料で見受けられる。一方、最近では日本の軽水炉プラントにおいて、炉心シュラウドや再循環系配管などの構造材料の応力腐食割れ(SCC)が数多く報告されている。SCCの原因究明のためには、BWRプラントより採取された材料に対してホットラボでの照射後試験が実施されてきた。SCCは、照射や熱時効によって劣化する材料に対して、応力や水化学的環境が重畳して起こる現象であるため、SCCの研究にはさまざまな照射後試験技術が要求される。本論文は、SCC研究のために現在実施しているき裂進展試験,定荷重試験,低ひずみ速度引張試験中のその場観察,電界放射型透過電子顕微鏡,収束イオンビーム加工技術,3次元アトムプローブ,原子間力顕微鏡を用いた金属組織観察などの照射後試験技術について記述したものである。

論文

Development of in-pile capsule for IASCC study at JMTR

松井 義典; 塙 悟史; 井手 広史; 飛田 正浩*; 細川 甚作; 小沼 勇一; 川又 一夫; 金澤 賢治; 岩松 重美; 齋藤 順市; et al.

JAEA-Conf 2006-003, p.105 - 114, 2006/05

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は、炉内の照射・高温水・応力が同時に作用する条件で起こる現象であるが、従来のIASCC研究は、照射後試験が中心であった。本来は、その同時作用効果を把握するために、照射下でのSCC試験が最も重要であるが、技術的に困難であったことから、実施できなかった。今回、JMTRでこの技術開発及び照射下試験(き裂進展試験,き裂発生試験)に成功したので、本報で報告する。

論文

Present status of in-pile IASCC growth tests at JMTR

加治 芳行; 宇賀地 弘和; 中野 純一*; 松井 義典; 川又 一夫; 塚田 隆; 永田 暢秋*; 堂崎 浩二*; 瀧口 英樹*

HPR-364, Vol.1 (CD-ROM), 10 Pages, 2005/10

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は、軽水炉のステンレス鋼製構造物の長期運転において、重要な課題の一つである。IASCCの研究分野では、照射下でのSCC試験を実施することは大変困難なため、おもに照射材を用いたPIEを実施している。したがって、照射下SCC試験の重要な技術として、負荷応力レベル,水化学,照射条件等の効果に関する情報を得るために試験技術の開発を行ってきた。本報告では、開発した種々の技術、特に試験片の荷重制御,き裂進展モニタリング技術などについて述べ、JMTRにおける照射済み材料を用いた照射下IASCC進展試験の現状についても述べる。

論文

In-pile SCC initiation and growth testing at JMTR

塚田 隆; 加治 芳行; 宇賀地 弘和; 永田 暢明*; 堂崎 浩二*; 瀧口 英樹*

Proceedings of Symposium on Water Chemistry and Corrosion of Nuclear Power Plants in Asia, 2005 (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は高経年化した軽水炉の炉内構造材にかかわる重要な検討対象である。一般的に、IASCCはあるしきい中性子照射量以上まで照射した材料の照射後試験(PIE)により発生させることができる。しかし、PIEにより発生させたIASCCと実際の炉内で発生するIASCCは、注意深く比較検討する必要がある。なぜならば、実機の炉内では、照射,応力,高温水環境の影響が同時に作用することによりIASCCが発生するが、PIEによりその作用を再現することはできないからである。このため、炉内でのこの同時作用がIASCCに及ぼす影響を調べるため、材料試験炉JMTRの炉内で照射下IASCC試験を実施するための技術開発を開始した。本論文では、開発した技術のうち、炉内で試験片に応力を付加する技術,照射下でき裂の発生・進展をモニタリングする技術、及びそれらの技術を炉内で確証するため熱鋭敏化材を用いて実施した試験の結果を報告する。

論文

Development of test techniques for in-pile SCC initiation and growth tests and the current status of in-pile testing at JMTR

宇賀地 弘和; 加治 芳行; 中野 純一*; 松井 義典; 川又 一男; 塚田 隆; 永田 暢秋*; 堂崎 浩二*; 瀧口 英樹*

Proceedings of 12th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors (CD-ROM), p.319 - 325, 2005/00

ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は軽水炉炉内機器の高経年化における重要な問題となっている。IASCCは中性子照射,応力及び高温高圧水環境が同時に作用して発生する現象であり、IASCCの機構解明のためにはその重畳効果を評価する必要があるが、炉内でのIASCC試験の実施が技術的に困難であるため、従来のIASCC研究は主として中性子照射を受けた材料を用いて炉外における照射後試験により実施されてきた。本研究では、原研大洗研の材料試験炉(JMTR)を用いて、沸騰水型軽水炉(BWR)の炉内環境を模擬した水質,温度及び圧力を高度に制御できる高温高圧水供給装置及び荷重負荷機構を有する照射下試験用キャプセルを開発するとともに、同キャプセルに照射済試験片を再装荷する技術を開発して、日本国内で初となる照射下SCC試験(き裂発生試験及びき裂進展試験)を実施している。本会議では、照射下試験のための技術開発及び照射下試験の現況について報告する。

論文

In-core ECP sensor designed for the IASCC experiments at JMTR

塚田 隆; 三輪 幸夫; 宇賀地 弘和; 松井 義典; 板橋 行夫; 永田 暢秋*; 堂崎 浩二*

Proceedings of International Conference on Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems (CD-ROM), 5 Pages, 2004/10

材料試験炉(JMTR)において照射誘起応力腐食割れ(IASCC)の発生及び進展試験を予備照射した試験片を用いて実施する計画がある。炉内においては、水の放射線分解により環境中に各種のラジカルや過酸化水素などが含まれるため、炉内環境の評価には腐食電位(ECP)が指標として用いられる。JMTR炉内に装荷する照射キャプセル内で使用するためのFe/Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$型のECPセンサーを開発した。センサーの耐久性を調べるため、高温高圧純水中における熱サイクル試験などを実施した。本研究で開発した炉内測定用ECPセンサーには、高温水中での耐久性を向上させるため、セラミックス隔膜と金属ハウジングの接合部を無電解ニッケルメッキにより保護したが、その有効性が示された。

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