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論文

Corrosion-erosion test of SS316L grain boundary engineering materials (GBEM) in lead bismuth flowing loop

斎藤 滋; 菊地 賢司*; 濱口 大; 手塚 正雄*; 宮城 雅徳*; 粉川 博之*; 渡辺 精一*

Journal of Nuclear Materials, 431(1-3), p.91 - 96, 2012/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:34.41(Materials Science, Multidisciplinary)

鉛ビスマス材料試験ループ1号(JLBL-1)の第5期3600時間試験運転において、配管内部に取り付けられた試験片の腐食評価を行った。ループの運転温度は高温部が450$$^{circ}$$C、低温部が350$$^{circ}$$Cで温度差は100$$^{circ}$$Cである。試験片取り付け部の流量は約1L/min.である。試験片取り付け部は内径9mmのSS316L配管に溝を切り、10mm$$times$$10mm$$times$$1mmtの試験片を4枚取り付けた。試験片の材質はSS316L母材及びSS316L粒界制御(GBE)材である。運転終了後の試験片の光学顕微鏡による断面観察の結果、大きな減肉が観察された。SS316L母材,GBE材の減肉量は、それぞれ片面約390$$mu$$m及び190-270$$mu$$mであり、いずれも一様に減肉しつつも、局所的には平坦でなかった。SEM観察,EDX分析の結果、鉛ビスマスによる結晶粒界浸食は、母材,GBE材ともに断面のSEM観察上は数$$mu$$m程度であったが、鉛ビスマスの拡散領域深さは母材が20$$mu$$m程度、GBE材が10$$mu$$m以下で明らかな違いが見られた。これは、粒内への拡散深さは同じでも、GBE材では粒界の連続性を遮断する効果により粒界拡散を抑えた効果によると考えられる。いずれの試料でも酸化物層は観察されなかった。

論文

Mechanical properties and microstructural stability of 11Cr-ferritic/martensitic steel cladding under irradiation

矢野 康英; 山下 真一郎; 大塚 智史; 皆藤 威二; 赤坂 尚昭; 柴山 環樹*; 渡辺 精一*; 高橋 平七郎

Journal of Nuclear Materials, 398(1-3), p.59 - 63, 2010/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:44.37(Materials Science, Multidisciplinary)

11Crフェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)についてFFTF/MOTAで炉内クリープ破断試験を823Kから943Kで実施した。また、引張及び急速加熱バースト試験用の被覆管は照射温度693から1013K、照射量3.5から102dpaで高速実験炉「常陽」を用いて照射された。引張及び急速加熱バースト試験では、照射温度873K以下での強度低下は確認されなかったが、照射温度903K以上では顕著な強度低下がみられた。一方、炉内クリープ破断強度は、すべての照射温度で炉外のクリープ強度と同等あるいはそれ以上の強度を示した。このクリープ破断特性は、短時間強度と異なる挙動を示すことが明らかとなった。

論文

Effects of fast reactor irradiation conditions on tensile and transient burst properties of ferritic/martensitic steel claddings

矢野 康英; 吉武 庸光; 山下 真一郎; 赤坂 尚昭; 小野瀬 庄二; 渡辺 精一*; 高橋 平七郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 44(12), p.1535 - 1542, 2007/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:34.67(Nuclear Science & Technology)

高速実験炉「常陽」で燃料照射をした高強度フェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)及びHT9M被覆管の照射後強度試験、具体的には、引張及び急速加熱バースト試験を実施し、両鋼の照射後強度特性評価を行った。

論文

Mechanical properties and microstructural stability of advanced ferritic/martensitic steel under irradiation

矢野 康英; 山下 真一郎; 赤坂 尚昭; 渡辺 精一*; 高橋 平七郎

Proceedings of 9th China-Japan Symposium on Materials for Advanced Energy Systems and Fission & Fusion Engineering jointed with CAS-JSPS Core-university Program Seminar on Fusion Materials, System and Design Integration, p.2 - 5, 2007/10

PNC-FMS被覆管の照射後引張特性に及ぼす高速中性子照射効果の影響を組織面から調査した。試験片は高速実験炉「常陽」の材料照射リグを用いて照射した。照射温度は、773$$sim$$1013Kで、照射量は11$$sim$$102dpaであった。組織の安定性については、北海道大学超高圧電子顕微鏡を用いた電子線照射試験により中性子照射後の組織との比較検討を行った。

論文

Detection of Radiation-Enhanced Diffusion by Means of Neutron Irradiated Diffusion Couples of Fe-Cr-Ni System

赤坂 尚昭; 田中 康介; 大貫 惣明*; 高橋 平七郎*; 渡辺 精一*

Effects of Radiation on Materials (ASTM STP 1447), 516- Pages, 2003/00

中性子照射環境下で生じるFe-Cr-Ni系ステンレス鋼の溶質元素照射促進拡散現象を解析し、ステンレス鋼の主要構成元素であるCrおよびNiの照射下平均実効相互拡散係数を評価した。照射下では溶質原子の拡散が促進され、その拡散係数は拡散元素、ステンレス鋼の組成および照射温度に対し依存性を有し、その原因は溶質原子と相互作用し拡散を促進する効果を有する点欠陥のフラックスの量が異なるためであることが示唆された。

論文

Boundary structure of Mo/Si multilayers for soft X-ray mirrors

石野 雅彦; 依田 修; 葉石 靖之*; 有元 史子*; 武田 光博*; 渡辺 精一*; 大貫 惣明*; 阿部 弘亨

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 41(5A), p.3052 - 3056, 2002/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:57.17(Physics, Applied)

軟X線反射鏡用Mo/Si多層膜の構造を評価するため、高分解能断面TEM観察及びX線回折測定を行った。また、TEM観察から示唆される多層膜モデルを用いて、X線反射率測定結果に対するシミュレーション計算を行い、多層膜の界面構造及び各層の膜厚,密度を定量的に評価した。その結果、Mo層の結晶性であり、Mo層厚が8nm以下のときは、Mo結晶粒径が層厚に一致することを見いだした。また、Mo/Si多層膜の界面に形成される混合層は、Si層側に形成されること,混合層の層厚は、Mo層とSi層の膜厚比にかかわらず約1.4nmであることがわかった。そして、Mo-on-Si界面に形成される混合層の層厚と密度は、Si-on-Mo界面に形成される混合層よりも大きく、Mo層とSi層の密度は、それぞれのバルク密度に比べて僅かに小さいことを見いだした。

論文

Effect of stress and impurities on preferential amorphization on grain boundaries in polycrystalline silicon

武田 光博*; 大貫 惣明*; 渡辺 精一*; 阿部 弘亨; 楢本 洋; P.R.Okamoto*; N.Q.Lam*

Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 540, p.37 - 42, 1999/00

共有結合系物質のSi多結晶体でのイオン照射による相安定性について論ずるため、Siの結晶粒界での非晶質化過程に対する、不純物及び応力の効果について電子顕微鏡を用いて調べた結果である。引張応力の印加や不純物としてのB添加は、いずれも照射欠陥の易動度を下げて、粒界での非晶質化を抑制することを明らかにした。

報告書

ODS鋼の電子線による照射特性評価,3; 動燃-北海道大学共同研究平成9年度成果報告書

高橋 平七郎*; 渡辺 精一*; 赤坂 尚昭; 坂口 紀夫*; 木下 博嗣*; 鵜飼 重治

PNC-TY9600 98-003, 45 Pages, 1998/03

PNC-TY9600-98-003.pdf:1.08MB

酸化物分散強化型フェライト鋼(ODSフェライト鋼)の照射特性に関する検討の一環として、微細分散した酸化物界面のシンク効果を考慮したモデル計算から、Crの照射誘起粒界偏析に及ぼす微細分散粒子の効果を検討した。結晶粒内に分散粒子が高密度に存在する場合、粒界近傍におけるCrの照射誘起偏析を抑制することが確認された。微細分散粒子の照射誘起偏析に及ぼす効果は、結晶粒内における点欠陥濃度の低下に伴う誘起偏析の抑制、及び結晶粒界の点欠陥捕獲半径の現象に伴う偏析領域の縮小であることがモデル計算により示唆された。また、照射誘起偏析に対する計算コードの高度化、及び高精度化について、オーステナイト系ステンレス鋼(Fe-Cr-Ni)を対象に検討した。Fe-Cr-Ni合金中でのNi原子の移動機構はドラッグ型格子間原子の移動であることがモデル計算、ならびに電子線照射実験の面から明らかにされた。さらに、実用鋼における誘起偏析挙動を予測するため、照射誘起偏析モデルに関して、いくつかの拡張を行い、電子線照射実験と比較より、モデルの妥当性を検討した。

論文

イオンビームのマイクロドシメトリーに関する研究

南波 秀樹; 青木 康; 柴田 裕実*; 吉田 陽一*; Side, Y.*; 田川 精一*; 永井 士郎; 渡辺 宏

東京大学原子力研究所総合センター平成元年度重照射管理部門年報, p.21 - 23, 1989/00

本報は、現在、東京大学原子力研究総合センター重照射管理部門のイオンビームを用いて行っている「イオンのマイクロドシメトリーに関する研究」の平成元年度の研究報告書であり、ナノセカンドのパルスイオンビームによる液体炭化水素からの発光の時間分解測定のマイクロドシメトリーへの適用について述べられている。本報は和文の「経過報告」、ならびに英文の「成果報告」よりなり、「経過報告」は本研究の研究目的、研究経過、学会発表等について、また「成果報告」は、本研究における昨年度の研究成果についてまとめたものである。

口頭

粒界制御オーステナイト系ステンレス鋼の照射特性,1

谷川 隆亮*; 坂口 紀史*; 渡辺 精一*; 木下 博嗣*; 粉川 博之*; 川合 將義*; 山下 真一郎

no journal, , 

粒界制御処理(高密度の対応粒界の導入)により耐食性の向上を実現した粒界制御オーステナイト系ステンレス鋼の照射下適応性を検討するために、電子線照射並びにヘリウムイオン照射試験を行い、結晶粒界近傍における照射特性を調査した。照射前における粒界制御オーステナイト系ステンレス鋼の方位像顕微鏡(OIM:Orientation Image Microscopy)観察から、対応粒界密度が8割以上であること、及びランダム粒界ネットワークが対応粒界により効率よく分断化されていること、などを確認した。一方、電子線照射したSUS316L粒界制御材のランダム粒界と{111}$$Sigma$$3対応粒界,非対称$$Sigma$$3対応粒界の粒界近傍の濃度分布測定から、{111}$$Sigma$$3対応粒界では照射に伴う組成変動はわずかしか生じなかったのに対し、ランダム粒界,非対称$$Sigma$$3対応粒界では程度の違いはあるもののCr濃度の低下とNi偏析の傾向が認められた。ヘリウムイオン照射試験後に行った各種粒界の濃度分布測定からも、他の粒界に比較して{111}$$Sigma$$3対応粒界で偏析が十分に抑制されていることが明らかになった。

口頭

粒界工学による高性能FBR炉心材料の創製,1; 材料試作

山下 真一郎; 矢野 康英; 遠藤 正樹*; 坂口 紀史*; 渡辺 精一*; 宮城 雅徳*; 佐藤 信也*; 佐藤 裕*; 粉川 博之*; 川合 將義*

no journal, , 

高速炉用に開発されたオーステナイト系ステンレス鋼(PNC316)は、耐照射性と高温特性を兼備した材料として高速実験炉「常陽」や高速原型炉「もんじゅ」などで使用されている。この材料のさらなる高性能化には、耐照射性に関する本質的挙動解明に加えて、抜本的特性改善を期待し得る革新的技術の導入が必要と考えられている。われわれの研究グループでは、このような背景のもと、商用オーステナイト系ステンレス鋼のバルク特性(例えば、腐食特性など)の改良に実績のある「粒界工学的制御法」に注目し、PNC316への同手法の適用性を検討した。検討手順としては、まず初めに、系統的に熱処理条件(温度及び時間)を変え、結晶方位像顕微鏡法(OIM:Orientation Imaging Microscopy)を用いて溶体化のための最適条件を検討した。次いで、加工度と熱処理の組合せ条件を系統的に変え、溶体化の場合と同様、OIMによる粒界性格分布解析結果をもとに、高対応粒界密度が安定的に得られる加工熱処理条件範囲について検討した。これらの総合的な検討の結果、安定的に高対応粒界密度状態が得られる加工熱処理条件範囲を特定し、同手法の適用性に将来的な見通しを得た。

口頭

粒界工学による高性能FBR炉心材料の創製,2; 強度特性評価

矢野 康英; 山下 真一郎; 遠藤 正樹*; 坂口 紀史*; 渡辺 精一*; 宮城 雅徳*; 小山田 哲也*; 佐藤 信也*; 佐藤 裕*; 粉川 博之*; et al.

no journal, , 

PNC316等の高速炉用オーステナイト鋼は、耐照射性と高温強度を備えた高速炉炉心材料として高速実験炉「常陽」や高速原型炉「もんじゅ」などで使用されている。このオーステナイト鋼炉心材料のさらなる高性能化のために、基本特性を抜本的に改善し得る革新的技術の導入が必要と考えられている。そこで、われわれの研究グループではこのような背景のもと、商用のオーステナイト系ステンレス鋼のバルク特性(例えば、腐食特性など)の改良に実績のある 「粒界工学的制御法」に注目し、PNC316への同手法の適用性を検討するために、GBEMの引張特性について評価を行った。その結果、以下の評価を得た。GBEMのYS及びUTSは、BMのそれぞれ約70%と約90%であった。この傾向は、室温と500$$^{circ}$$Cの両者の強度で同様であった。伸びは、GBEMとBMでおおむね同程度であった。強度特性は対応粒界割合より結晶粒径に依存していると考えられる。また、BMとGBEMの500$$^{circ}$$Cの応力歪曲線よりGBEMの方がBMに比べ不連続変形が少なかった。この違いは対応粒界割合等に起因することが示唆される。

口頭

オーステナイト系ステンレス鋼における照射効果並びに腐食挙動に及ぼす粒界性質依存性

遠藤 正樹*; 坂口 紀史*; 木下 博嗣*; 渡辺 精一*; 山下 真一郎; 矢野 康英; 川合 將義*

no journal, , 

本研究では、粒界制御材(GBEM)の耐IASCC特性の基礎的調査として、Heイオン照射後の粒界偏析挙動及び腐食挙動を明らかにすることを目的とし、SUS316L GBEMに対し、鋭敏化処理(700$$^{circ}$$C, 120h)あるいはHeイオン照射(400$$^{circ}$$C, 2.2dpa)した後、TEM-EDSを用いて評価した。さらに、10%シュウ酸水溶液中で電解エッチングを行い、再びTEM観察することで粒界部の腐食挙動を調査した。Heイオン照射材に対しシュウ酸水溶液中で電解エッチングを行ったところ、ランダム粒界では粒界腐食により膜厚が減少している様子が観察された。一方、双晶粒界では膜厚の変化は全く見られなかった。さらに、双晶粒界を含む階段状の$$Sigma$$3対応粒界や粒界三重点近傍においては、双晶粒界により粒界腐食のネットワークが分断化されることが明らかとなった。これより、低$$Sigma$$値対応粒界を高密度に含むGBEMは、照射下においても優れた耐粒界腐食特性を示すことが期待される。

口頭

オーステナイト系ステンレス鋼の照射後腐食特性に及ぼす粒界性質依存性

遠藤 正樹*; 坂口 紀史*; 木下 博嗣*; 渡辺 精一*; 粉川 博之*; 山下 真一郎; 矢野 康英; 川合 將義*

no journal, , 

オーステナイト系ステンレス鋼を原子炉構成材料として用いる場合の問題点の一つに照射促進応力腐食割れ(IASCC)が挙げられる。この主原因の一つとして、照射誘起偏析(RIS)による粒界でのCr濃度低下に起因した耐食性の劣化が考えられている。近年、オーステナイト系ステンレス鋼の鋭敏化対策の一つとして、高密度の対応粒界を有する粒界制御材(GBEM)が開発された。本研究では、GBEMの原子力プラントへの応用を見据え、耐IASCC特性の基礎的調査としてHeイオン照射後の粒界偏析挙動と腐食挙動の相関を検討した。商用SUS316L鋼に対し粒界制御処理を施し、鋭敏化処理またはHeイオン照射し、内部組織や粒界近傍の濃度分布をTEM-EDSを用いて評価し、10%シュウ酸水溶液中で電解エッチングを行い、粒界部の腐食挙動を調査した。Heイオン照射材に対しシュウ酸水溶液中で電解エッチングを行ったところ、ランダム粒界では粒界腐食により膜厚が減少している様子が観察された。一方、双晶粒界では膜厚の変化は全く見られなかった。さらに、双晶粒界を含む階段状の$$Sigma$$3対応粒界や粒界三重点近傍においては、粒界腐食のネットワークが双晶粒界により分断化されることが明らかとなった。これら粒界の偏析挙動を調査したところ、粒界腐食が生じたすべての粒界で照射誘起偏析によるCr枯渇が認められた。これより、低$$Sigma$$値対応粒界を高密度に含む粒界制御鋼は、照射下においても優れた耐粒界腐食特性を示すことが期待される。

口頭

11Crフェライト/マルテンサイト鋼の照射下組織安定性と機械的強度特性

矢野 康英; 山下 真一郎; 赤坂 尚昭; 高橋 平七郎; 渡辺 精一*

no journal, , 

PNC-FMS被覆管の照射後強度特性に及ぼす高速中性子照射効果の影響を組織面から調査した。試験片は高速実験炉「常陽」の材料照射リグを用いて照射した。照射温度は、773$$sim$$1013Kで照射量は11$$sim$$102dpaであった。組織の安定性については、北海道大学超高圧電子顕微鏡を用いた電子線照射試験により中性子照射後の組織との比較検討を行った。

口頭

耐照射用オーステナイト鋼粒界制御材料の照射効果

坂口 紀史*; 谷川 隆亮*; 遠藤 正樹*; 渡辺 精一*; 粉川 博之*; 川合 將義*; 山下 真一郎; 矢野 康英

no journal, , 

照射促進応力腐食割れの主原因の一つとして、照射誘起偏析による粒界でのCr濃度低下に起因した耐食性劣化が挙げられる。近年、オーステナイト系ステンレス鋼の鋭敏化対策の一つとして、高密度の対応粒界を有する粒界制御材が開発された。本研究では、粒界制御材の原子力プラントへの応用を見据え、耐IASCC特性の基礎的調査としてHeイオン照射後の粒界偏析挙動と腐食挙動の相関を検討した。供試材としてSUS 316L鋼及び高速炉用PNC316鋼に対して粒界制御処理を施した材料を用いた。これらに対し鋭敏化処理又はHeイオン照射を行い、内部組織と粒界近傍の濃度分布を評価した。さらに、電解エッチングにより粒界部の腐食挙動を調査した。Heイオン照射材に対し電解エッチングを行った結果、ランダム粒界では粒界腐食による膜厚減少が観察された。一方、双晶粒界では膜厚変化は生じなかった。さらに、双晶粒界を含む階段状の$$Sigma$$3対応粒界や粒界三重点近傍では、粒界腐食のネットワークが双晶粒界により分断化されることが示された。これら粒界偏析挙動の調査により、粒界腐食が生じたすべての粒界で照射誘起偏析によるCr枯渇が認められた。これより、低$$Sigma$$値対応粒界を高密度に含む粒界制御鋼は、照射下においても優れた耐粒界腐食特性を示すことが期待される。

口頭

高エネルギー量子場の材料損傷機構研究と高性能材料の開発,4; 粒界制御材料のイオンとHVEM照射とその特性

坂口 紀史*; 遠藤 正樹*; 木下 博嗣*; 渡辺 精一*; 粉川 博之*; 矢野 康英; 山下 真一郎; 川合 將義*

no journal, , 

粒界制御処理により高密度の対応粒界を導入したオーステナイト系ステンレス鋼の耐照射特性をイオン/電子線照射試験により調査した。粒界制御を施すことにより、ランダム粒界ネットワークが対応粒界により効率的に分断化され、照射に伴うCr欠乏に起因した粒界腐食の進展が対応粒界で停止する可能性が示された。

口頭

粒界組織制御によるFBR炉心材料の高性能化に関する研究

山下 真一郎; 矢野 康英; 坂口 紀史*; 渡辺 精一*; 粉川 博之*; 川合 將義*

no journal, , 

高速炉(FBR)のオーステナイト系炉心材料の一つであるSUS316相当鋼(PNC316)に対して、粒界性格分布を最適化する条件の絞込みを行い、試作材を作成した。この試作材に対して、強度特性,高温組織安定性,照射特性を評価し、従来材料の改良,高性能化について総合的に検討を進めた。粒界性格分布を制御したPNC316では、ランダム粒界と対応粒界を合わせた全粒界長さにおける対応粒界長さの割合が80%以上となり、追加の冷間圧延を施した場合でも70%以上になっていることが示された。一方、試作材(粒界性格制御したPNC316とその冷間加工材)及び参照材(PNC316)に対して実施した二重イオン照射試験,比較評価から、(1)冷間加工の導入によりボイド核形成・成長が抑制されること、また、参照材に比べて(2)析出物の粒内析出割合が増加する傾向にあること等が示され、粒界性格制御したPNC316ではこれらの効果が重畳してボイドスエリングが抑制されていることが明らかとなった。強度特性や高温組織安定性の評価結果を踏まえた総合的な考察から、粒界性格制御法の適用によりPNC316相当以上に耐照射性を高められる可能性が示された。

口頭

粒界制御技術を適用したニッケル基合金PE16の高温引張強度特性評価

関尾 佳弘; 山下 真一郎; 坂口 紀史*; 柴山 環樹*; 渡辺 精一*; 鴇田 駿*; 藤井 啓道*; 佐藤 裕*; 粉川 博之*

no journal, , 

高温安定性が期待されるニッケル基合金の高性能化を目的に、高温・高照射線量に曝される際に問題となる粒界脆化による延性低下が「粒界制御技術」の適用で抑制可能であることを実証する研究の一環として、粒界制御型PE16を試作し、本技術適用による高温引張強度特性(非照射下)への影響を調査した。その結果、粒界制御型PE16とPE16標準材の降伏応力の温度依存性は同様の傾向を示すものの、粒界制御型PE16の降伏応力はPE16標準材と比べて低下し、一様伸びはわずかに増加した。これは本技術熱処理工程に伴う結晶粒粗大化に起因した強度変化であると推察され、結晶粒径を同程度に調整できた場合、粒界制御型PE16の強度特性はPE16標準材と同程度以上に改善されるものと考えられ、本技術適用により良好な高温強度特性を維持しつつ、耐粒界割れ特性の改善が可能となる見通しが得られた。

口頭

Evaluation of mechanical property in grain boundary character distribution-optimized Ni-based alloy

山下 真一郎; 関尾 佳弘; 坂口 紀史*; 柴山 環樹*; 渡辺 精一*; 粉川 博之*

no journal, , 

高密度化した対応粒界の最適分布とそれに伴うランダム粒界ネットワークの分断は、耐粒界腐食性を高める非常に有効な手法の一つであることが最近の粒界構造に関する研究で示されている。耐粒界腐食性に優れるという利点は、原子炉構造材料にとって材料選択上の重要な要素の一つであり、微量元素を含め、化学組成を一切変えることなく、単純な加工・熱処理という冶金学の基本処理のみで取得可能である点は魅力的である。本研究では、粒界工学プロセスの適用により高性能化した原子炉材料として、粒界性格分布を最適化したNi基合金(PE16)を開発し、機械的特性に及ぼす粒界工学プロセスの効果を評価するために引張強度試験を実施した。室温での引張試験の結果、粒界性格制御したPE16の引張強度は、PE16受入材のそれよりも幾分低くなったが、伸び特性においては有意な変化は認められなかった。今後は、各種試験により材料特性評価を行い、粒界性格制御による既存材料の高性能化の可能性を見極める予定である。

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