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論文

ナトリウム冷却高速炉に用いる改良9Cr-1Mo鋼製品の製作性と強度特性,2; 長尺薄肉小径伝熱管

若井 隆純; 鬼澤 高志; 小原 智史; 中島 崇*; 横山 哲夫*; 伊勢田 敦朗*; 小雲 信哉*; 二神 敏*

耐熱金属材料第123委員会研究報告, 52(2), p.171 - 181, 2011/07

先進ループ型ナトリウム冷却高速炉(JSFR)の蒸気発生器に適用予定の密着型2重伝熱管の製作性見通しを得ることを目的として、過去に製造実績のない改良9Cr-1Mo鋼製薄肉小径伝熱管の製作性見通しを、国内メーカーの有する既存の工業規模製造設備を用いた試作によって得るとともに、試作管に対する機械的試験や金属組織観察を通じて、所要の性能が具備されていることを確認した。また、試作管を用いて密着2重伝熱管を試作し、長さ15mまでの製作性見通しを得た。さらに、密着2重伝熱管に求められる内外管間の空隙幅,面圧及び等価熱伝導率を測定し、種々の製作パラメータについて検討するとともに、今後の課題を抽出した。

論文

改良9Cr-1Mo鋼溶接継手のクリープ強度特性評価

若井 隆純; 永江 勇二; 高屋 茂; 小原 智史; 伊達 新吾*; 山本 賢二*; 菊地 浩一*; 佐藤 健一郎*

耐熱金属材料第123委員会研究報告, 52(2), p.147 - 159, 2011/07

FBR温度領域におけるType-IV損傷の顕在化について検討することを目的として改良9Cr鋼溶接継手長時間クリープ試験,クリープ疲労試験,破断後の溶接継手試験片の観察・分析等の強度データ取得及び破壊形態調査を実施した。

論文

オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手の金属組織と残留応力に及ぼす実機での高温長時間使用と補修溶接の影響

小原 智史; 高屋 茂; 若井 隆純; 浅山 泰; 鈴木 裕士; 齊藤 徹; Martin, L.*

検査技術, 16(3), p.24 - 30, 2011/03

高速増殖炉(FBR)の実用化に向けて、経済性向上の一方策として、プラントを長寿命化しトータルコストを低減することが検討されている。この観点からFBRの溶接継手及び補修溶接継手の経年化評価手法の確立は重要である。本研究では、仏国の高速炉Phenixの二次系配管で使用された経年化溶接継手(304SS-304SS)並びに上記条件で使用された経年化材(304SS)に新材(316LSS)を溶接した補修溶接継手(304SS-316LSS)の金属組織変化を評価した。加えて、RESA及びRESA-IIを用いてそれら継手の残留応力を測定した。実験結果から、各継手の金属組織及び残留応力は高温使用環境下及び補修溶接によってそれぞれ変化し、この変化は硬さの分布と傾向が一致した。現在、各継手に対し幾つかのクリープ試験を継続しており、金属組織や機械的性質の長時間安定性について今後評価していく必要がある。

論文

Creep strength evaluation of welded joint made of modified 9Cr-1Mo steel for Japanese Sodium Cooled Fast Reactor (JSFR)

若井 隆純; 永江 勇二; 鬼澤 高志; 小原 智史; Xu, Y.*; 大谷 知未*; 伊達 新吾*; 浅山 泰

Proceedings of 2010 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2010) (CD-ROM), 9 Pages, 2010/07

This paper describes a proposal of provisional allowable stress for the welded joints made of modified 9Cr-1Mo steel applicable to the structural design of Japanese Sodium Cooled Fast Reactor (JSFR). In the welded joints of ferritic heat resistant steels including modified 9Cr-1Mo steel, creep strength may obviously degrade especially in long-term region. This phenomenon is known as "Type-IV" damage. Though obvious strength degradation has not observed at 550$$^{circ}$$C yet for the welded joint made of modified 9Cr-1Mo steel, it is proper to suppose strength degradation must take place in very long-term creep. Therefore, taking strength degradation due to "Type-IV" damage into account, the allowable stress applicable to JSFR pipe design was proposed based on creep rupture test data obtained in temperature acceleration conditions. Available creep rupture test data were analyzed by region partition method. For conservativeness, allowable stress was proposed provisionally considering design factor for each region. Present design of JSFR hot leg pipe of primary circuit was evaluated using the proposed allowable stress. As a result, it was successfully demonstrated that the compact pipe design was assured.

論文

オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手の金属組織と残留応力に及ぼす実機での高温長時間使用及び補修溶接の影響

小原 智史; 高屋 茂; 若井 隆純; 浅山 泰; 鈴木 裕士; 齊藤 徹*; Martin, L.*

保全学, 9(1), p.32 - 38, 2010/04

高速増殖炉(以下、FBR)の実用化に向けて、経済性向上の一方策として、プラントを長寿命化しトータルコストを低減することが検討されている。この観点から、FBRの溶接継手及び補修溶接継手の経年化評価手法の確立は重要である。本研究では、仏国の高速炉(Phenix)の二次系配管で526-545$$^{circ}$$Cで約88,000h使用された304SS-304SS溶接継手並びに上記条件で使用された304SSに新材の316LSSを溶接した補修溶接継手の金属組織変化を評価した。加えて、RESA及びRESA-IIを用いてそれら継手の残留応力を測定した。実験結果から、各継手の金属組織及び残留応力は高温使用環境下及び補修溶接によってそれぞれ変化し、この変化は硬さの分布と傾向が一致した。現在、各継手に対し幾つかのクリープ試験を継続しており、金属組織や機械的性質の長時間安定性について今後評価していく必要がある。

論文

9Cr-W-Mo-V-Nb鋼の長時間クリープ特性に及ぼす熱処理の影響

小原 智史; 若井 隆純; 浅山 泰; 山田 芳之*; 中澤 崇徳*; 山崎 政義*; 本郷 宏通*

鉄と鋼, 96(4), p.172 - 181, 2010/04

高クロム鋼の高温強度特性の長時間安定性の向上に向けた検討として、既存高クロム鋼に対し広範囲かつ系統的に変化させた熱処理を施し、クリープ破断特性に及ぼす熱処理の影響について評価した。また、それら熱処理の影響の長時間有効性について検討するとともに、FBR用高クロム鋼の熱処理条件の最適化に向けた検討を行った。

論文

9Cr-W-Mo-V-Nb鋼の高温引張及び衝撃特性に及ぼす熱処理の影響

小原 智史; 若井 隆純; 浅山 泰; 山田 芳之*; 中澤 崇徳*

鉄と鋼, 95(5), p.417 - 425, 2009/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.9(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

本論文では、FBR用高クロム鋼の開発の一環として、FBR用高クロム鋼の最適熱処理条件の探索を目的に、9Cr-W-Mo-V-Nb鋼の高温引張及び衝撃特性に及ぼす熱処理の影響を調査し、諸特性と金属組織との関係を評価するとともに、熱処理によって変化した強度特性の影響因子についても評価した。また、これら試験結果から、FBR用高クロム鋼の熱処理条件の最適化に向けた検討を行った。

論文

Influence of normalising temperature on MX precipitation behaviour in high-chromium steel

小原 智史; 鬼澤 高志; 若井 隆純; 浅山 泰

Proceedings of Workshop on Structural Materials for Innovative Nuclear Systems (SMINS), p.115 - 126, 2008/07

本研究は、ナトリウム冷却高速炉用高クロム鋼におけるMX炭窒化物の析出挙動と機械的性質に及ぼす焼ならし温度の影響について検討したものである。一般に、高クロム鋼においてV及びNb添加量を加えると強度が大きく増加する。これは、高クロム鋼にVやNbを添加すると、焼戻し処理中に数十nmレベルの微細なMX型炭窒化物が高密度分散析出することで析出強化機構が向上することに起因する。しかしながら、MXはV及びNb添加量だけではなく、熱処理条件によっても析出挙動が異なる。したがって、V及びNbが添加された高クロム鋼においては、MXの析出挙動を把握するためV及びNbの添加量だけではなく、熱処理条件についても検討しなければならない。本発表では、MXの分散組織並びに優れた機械的性質を得るための最適な熱処理条件を探索した結果を報告する。

口頭

高温長時間延性・靭性の向上を目的としたV/Nb添加高クロム鋼に及ぼす熱処理の影響

小原 智史; 鬼澤 高志

no journal, , 

高速炉における物量削減や機器のコンパクト化による設計自由度及び経済性の向上を目的として、火力発電等において多くの実績を持つ高クロム鋼をベースに、高速炉に適した高クロム鋼の開発が進められている。これら高クロム鋼は、MoやW等の母相への固溶による固溶強化機構やV, Nb添加によりMX型炭窒化物を析出させる析出強化機構により機械的特性を向上させているが、それら強化機構の高速炉温度域における長時間有効性及び安定性は十分に明らかとなっていない。そのため、これら高クロム鋼を高温長時間供用した場合、機械的特性が低下し、取替もしくは強化機構を再生させるような補修が必要となる可能性がある。そこで、本研究では、析出強化機構を熱処理により再生させることを目的に、析出強化元素であるV, Nbを添加した高クロム鋼に対して補修熱処理を施し、強度と組織の観点から補修熱処理の検討を行った。また、補修熱処理後の機械的特性をさらに向上させるために、焼ならし温度の上昇とともに析出強化に寄与するMX量が増加する報告より、補修熱処理後の焼ならし温度を変化させ、組織及び機械的特性に及ぼす焼ならし温度の影響について調査した。その結果、熱間圧延時温度と同等の補修熱処理により、粗大化したMXを再度微細化させ、MXによる析出強化機構を再生させることができた。また、焼ならし温度の上昇によりMX粒子を微細化させ、析出密度を増加させることができた。

口頭

高クロム鋼におけるMX析出挙動に及ぼす焼ならし温度の影響

小原 智史; 鬼澤 高志; 若井 隆純; 青砥 紀身

no journal, , 

MX析出強化機構の長時間安定性を評価するために試作したV, Nb添加量を抑えた高クロム鋼について、焼ならし・焼戻し状態で微細に分散析出したMXにより強化された組織を実現する熱処理条件を検討した。その結果、本供試材においては、焼ならし温度の上昇に伴い析出強化への寄与は小さいと考えられる粗大未固溶MXは減少し、逆に微細なMXが増加することから、高温焼ならしにより微細分散したMXにより強化された組織が得られることがわかった。

口頭

9Cr-W-Mo-V-Nb鋼の高温引張特性及び靭性に及ぼす熱処理の影響

小原 智史; 山田 芳之*; 中澤 崇徳*

no journal, , 

焼ならし及び焼戻し熱処理条件を広範囲に変化させたW含有高クロムフェライト系耐熱鋼において、高温引張特性と靭性に及ぼす熱処理の影響について評価を行った。引張強度は、焼ならし温度の上昇とともに増加し、焼戻し時間及び時間の増加により低下する。シャルピー衝撃試験においては、焼ならし温度の上昇とともに延性脆性破面遷移温度が上昇し、上部棚吸収エネルギーは低下した。一方、焼戻し温度の上昇や時間の増加とともに遷移温度は低下し、吸収エネルギーは増加した。

口頭

9Cr-W-Mo-V-Nb鋼における高温強度に及ぼす熱処理の影響

小原 智史; 山田 芳之*; 中澤 崇徳*; 山崎 政義*; 本郷 宏通*

no journal, , 

FBR用高Cr鋼開発の一環として、焼ならし及び焼戻し熱処理条件を広範囲に変化させた高Crフェライト系耐熱鋼において、高温強度特性に及ぼす熱処理の影響について評価し、諸特性と合金元素の固溶・析出挙動並びに組織との関係について検討した。さらに、クリープ試験を行い熱処理により変化した高温強度特性の高温長時間有効性についても検討した。その結果、以下のことがわかった。(1)焼ならし温度の上昇に伴い0.2%耐力及び引張強さ、さらにはクリープ強度も増加した。これら高温強度の増加には、焼ならし温度の上昇によって焼戻し過程に析出するMX量の増加が寄与する。(2)焼戻し温度の上昇及び時間の増加に伴い高温強度は減少した。これは、おもに焼戻し処理により転位組織の回復、さらには析出物の粗大化が促進されたことによると推察できる。(3)650$$^{circ}$$C-20000hを超えるクリープ破断試験片の組織観察結果から、粒内に微細なMXをはじめとする炭化物が多く観察された。このことから、MX量の増加による高強度化は高温長時間に渡り有効であり、優れた高温長時間安定性が要求されるFBR用高Cr鋼の強化機構として有望であると考えられる。

口頭

中性子小角散乱法(SANS)を用いた高速炉用高クロム鋼の析出物定量評価法の開発

小原 智史; 大塚 智史; 若井 隆純; 井上 賢紀; 浅山 泰; 鈴木 淳市; 大沼 正人*

no journal, , 

本研究では、高クロム鋼における析出物を定量評価するために、これまで用いられてきた電子顕微鏡による直接観察(TEM:従来法)に加え、マクロ領域を測定可能な中性子小角散乱法(SANS:高クロム鋼評価において新しい手法)を用いて、析出物のサイズ分布や分散状態を測定した。この結果をもとに、強度との関係を比較・評価し、高クロム鋼における析出物定量評価法について評価した。その結果、これまでTEMによる直接観察結果だけでは困難であった析出物のサイズ分布や分散状態を、SANSを用いることで定量評価できた。また、SANS測定結果から、焼ならし温度の上昇により生じる強度化は、析出物の微細・分散化による析出強化作用の向上が寄与することが明らかとなった。

口頭

中性子残留応力測定法を用いた実機経年化溶接継手及び補修溶接継手の健全性評価に関する基礎的検討

小原 智史; 高屋 茂; 若井 隆純; 浅山 泰; 鈴木 裕士; 齊藤 徹*; Lauernt, M.*

no journal, , 

本研究では、実機プラントにて526から545度で約88,000h使用された経年化溶接継手及び補修溶接継手に対し、組織観察,残留応力測定及び硬さ試験を実施した。それらの結果から、いずれも経年化及び補修溶接に対応した変化が認められた。現在、補修溶接を含めた経年化溶接継手の健全性評価法の開発に向けて、経年化溶接継手及び補修溶接継手に対して、長時間に渡る熱時効試験及びクリープ試験を実施・継続している。今後、強度特性や組織変化、また、補修溶接継手においてはHAZ近傍に着目する予定であり、本研究にて得られた成果は、それら試験の評価を行ううえで有用である。

口頭

量子ビーム利用による高速炉用フェライト鋼のナノ組織評価,1; JRR-3 SANS-J-IIを用いた高Crフェライト系耐熱鋼の析出物分布状態と強度の相関評価

小原 智史; 鈴木 淳市; 若井 隆純; 井上 賢紀; 浅山 泰; 大沼 正人*

no journal, , 

高Crフェライト系耐熱鋼における析出強化作用の最適化を目的に、これまで用いられてきた電子顕微鏡による直接観察に加え、中性子小角散乱法(SANS)を用いた析出物評価を行い、強度との関係について評価した。

口頭

MX強化元素の最適化による高速炉用高Cr鋼開発,3; Nbによる析出強化機構のクリープに対する安定性評価

鬼澤 高志; 若井 隆純; 小原 智史; 浅山 泰

no journal, , 

高温強度と熱的特性に優れる高クロム鋼を主要構造材料として採用することにより、配管の短縮化・物量削減を図り、設計自由度や経済性を向上させることを検討している。高Cr鋼の優れた高温強度は、多くの元素を添加し、それらによる強化機構により達成されているが、高速炉温度域における長時間有効性・安定性は十分明らかにされていない。そこで、高速炉用高Cr鋼の開発の一環として、V, NbによるMX析出強化機構の長時間有効性・安定性に関する検討を目的に、V, Nbの添加量の異なる高Cr鋼を溶製し、種々の試験及び分析を実施している。本報では、最長14700時間までのクリープ試験及びそれら破断材の組織観察から、Nb添加による析出強化の長時間安定性について検討した結果を報告する。

口頭

9Cr-W-Mo鋼のクリープ特性に及ぼす熱処理の影響

宮下 裕太*; 中澤 崇徳*; 小原 智史; 山崎 政義*; 本郷 宏通*

no journal, , 

高クロム鋼の高温強度特性の高温長時間安定性及び有効性の向上を目的に、既存高クロム鋼において熱処理条件を広範囲かつ系統的に振り分け、クリープ強度特性に及ぼす熱処理の影響について評価した。焼ならし温度の上昇によりクリープ破断強度が増加し、その組織因子としては微細MX量の増加が考えられた。また、焼ならし温度上昇による強度増加の寄与は、長時間側で小さくなる傾向が認められたが、その原因としては、微細MXの粗大・凝集化が考えられた。

口頭

9Cr鋼のクリープ特性に及ぼす合金元素の影響

小原 智史; 若井 隆純; 浅山 泰; 茂木 智*; 宮下 裕太*; 中澤 崇徳*

no journal, , 

高速増殖炉の実用化に向けて、常陽及びもんじゅで用いられてきたオーステナイト系ステンレス鋼に代わる構造材料として、熱膨張係数が低くかつ優れた高温強度を有する高クロム鋼が検討されている。火力発電ボイラー用として使用実績のある高クロム鋼は、高温クリープ強度向上のために固溶強化元素としてW, Moと析出強化元素としてVとNbを添加している。このうち、9Cr-W-Mo-V-Nb鋼における強化機構については幾つかの報告があり、おもにWとMoの固溶強化及びVとNbを構成元素とするMX型炭窒化物による析出強化、さらには高温使用中に析出するLaves相による析出強化とされている。一方、これら強化元素の添加は、ある一定期間は強度特性の向上に寄与するものの、高温長時間側では、固溶していた元素の析出や析出物の凝集粗大化など材料の組織変化が大きく、場合によっては特性の著しい低下を招くことも考えられる。本研究では、強化元素量を低減した低合金9Cr鋼に対して、各強度特性や組織に及ぼす各強化元素の影響について調査し、それらの高温長時間安定性・有効性を評価した。

口頭

ASME Gr.92相当鋼の長時間クリープ特性に及ぼす熱処理の効果

小原 智史; 若井 隆純; 浅山 泰; 山田 芳之*; 中澤 崇徳*; 山崎 政義*; 本郷 宏通*

no journal, , 

FBR用高クロム鋼の熱処理条件の最適化に向けた検討として、既存高クロム鋼に対し広範囲かつ系統的に変化させた熱処理を施し、長時間側のクリープ特性に及ぼす熱処理の効果について評価した。また、長時間側で生じる組織変化を調査し、クリープ破断延性が著しく低下するメカニズムを検討するとともに、長時間側で著しいクリープ破断特性低下を抑制する熱処理条件についても検討した。その結果から、クリープ破断強度を向上させかつ長時間側のクリープ破断延性の著しい低下を抑制する熱処理としては、焼ならしは1150$$^{circ}$$C以下の温度領域において高温が望ましく、焼戻し処理に関しては、低LMP領域、すなわち低温度・短時間の焼戻し処理が適当であることを示した。

口頭

高速増殖実証炉に向けた概念検討と関連技術開発,2; 高速炉構造用高クロム鋼材料強度基準に関する検討

鬼澤 高志; 若井 隆純; 永江 勇二; 小原 智史; 江沼 康弘*; 浅山 泰

no journal, , 

高速増殖実証炉に向けた概念検討と関連技術開発に関するシリーズ発表の一つとして、高速炉構造用高クロム鋼材料強度基準に関する検討と題して報告するものである。高速増殖実証炉では、冷却系全般の構造材料に改良9Cr-1Mo鋼を採用予定である。そのため、改良9Cr-1Mo鋼の材料強度基準を整備し、規格化する必要がある。2016年までに日本機械学会発電用原子力設備規格設計・建設規格第II編高速炉規格に規格化する方針としており、そのための課題抽出及び各課題の検討状況を報告する。

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