Alloying Effects on the Corrosion Behavior of Binary Nb-based and Mo-based Alloys in Liquid Li

斉藤 淳一; 加納 茂機; 古井 光明*; 森永 正彦*

Journal of Nuclear Materials, 264, p.216 - 227, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00460-7

高融点金属であるNb及びMoは液体アルカリ金属冷却FBRの構造材料として有望ば材料である。液体Liに対する耐食性は,これまでよく知られていなかった。そこで,本研究では合金設計の指針を得るために,基本的な2元系Nb基及びMo基合金の1200での液体Li中腐食試験をおこなった。試験後の表面状態の観察から,Nb基合金の腐食形態には3種類あり,腐食生成物も2種類(ZrO,Nb2C)あることがわかった。また,EPMA分析の結果,Ta,W添加Nb合金で表面での合金元素濃度が高くなっており,Nbが優先的にLi中に溶解していること,Ru,Hf添加Nb合金では合金濃度が低下しており,合金元素がLi中に溶解していることが明らかになった。Mo基合金の試験後の表面にもZr系の腐食生成物が観察された。また,Hf添加Nb基及びMo基合金ではHfが優先的にLi中に溶解していることがわかった。2元素系Nb基合金元素より,大きな違い

Nb基およびMo基耐熱合金の材料設計と評価

森永 正彦*; 古井 光明*; 真鍋 勝也*; 野田 賢二*; 井上 聡*

PNC TJ9603 96-001, 79 Pages, 1996/03

PNC-TJ9603-96-001.pdf:3.48MB

(目的)高温液体アルカリ金属技術のフロンティア領域を開拓するため,高温(最高1200)液体金属リチウム中で優れた特性を有するNb基およびMo基耐熱合金を創製する必要がある。本研究では,それら合金を開発するため,d電子合金理論に基づく材料設計と設計合金の諸特性評価を行う。(実験方法)(1)加工性:Mo基合金の延性を改善するために,一次選定合金に粒界強化元素を添加した材料を用いて3点曲げ試験を行った。(2)液体Li耐食性:暫定的Nb基一次選定合金を用いて1200の液体Li腐食試験を最長300時間実施し,腐食変化重量を測定した。また,SEMおよびEPMAによって腐食表面を解析した。加えて,2元系Nb基およびMo基合金を用いた同様の解析を併せて行った。(3)800脆化:800および1200でクリープ試験したNb-1Zr合金をいて,硬さ試験,X線回析および組織観察を行った。また,クリープ試験をしていない試料も併せて試験した。(結果および考察)(1)加工性:Mo基合金へのTiの微量添加により加工性が著しく改善した。Moの脆化は粒界に偏析する酸素が原因であるとされている。このことから,Tiの添加により,Mo中の酸素との無害なTi酸化物を形成し,加工性の向上が得られたと考えられる。しかしながら,B,CおよびHfの微量添加は逆に加工性を悪化させる結果となった。(2)液体Li耐食性:暫定的Nb基一次選定合金には,液体Li耐食性に有効なHfが添加されているにも関わらず,その腐食表面には多数のき裂が観察された。特にWの添加に伴うき裂進展が著しかった。すなわち,液体Li耐食性を改善するためにはW量を減少させる必要があることを見出した。一方,Mo基2元系合金は優れた液体Li耐食性を示し,表面のき裂は観察されなかった。なかでもHfおよびTaを添加した合金は表面に粒状物を形成することなく,良好な液体Li耐食性を有することが明らかになった。(3)800脆化:800と1200のクリープ試験材で明瞭な硬さの違いが認められた。しかしながら,X線回析ではいずれの試料においても析出物は検出されなかった。(結論)(1)加工性:Mo基合金の加工性は,Tiの微量添加により著しく改善されることがわかった。(2)液体Li耐食性:Nb基合金の液体Li耐食性は,Wの添加により著しく低下した。一方,Mo基合

Nb基およびMo基耐熱合金の材料設計と評価; 動燃-豊橋技科大, 共同研究成果報告書

森永 正彦*; 斉藤 淳一*; 村田 純教*; 加納 茂機; 古井 光明*; 舘 義昭; 井上 聡*

PNC TY9623 95-001, 165 Pages, 1995/03

PNC-TY9623-95-001.pdf:5.61MB

次世代原子力システムの構造材料には、高温強度特性に優れ、しかも比重が他の高融点金属よりも小さいNbおよびMoが有望視されている。最近の高温液体金属技術の進歩に伴い、これら超耐熱合金の開発は、原子力プラントの高性能化のために不可欠であると思われる。これまでの共同研究によって耐熱合金の設計とその特性評価を行い、暫定的第1次選定合金を選択した。本研究では、暫定的第1次選定合金の加工性、液体Li耐食性ならびに溶接性を明らかにし、原子力システムの要求特性を満たす合金系ならびに添加量の最適選定を行うことを目的とする。(1)加工性:暫定的第1次選定合金を含む種々の実験合金を用いて3点曲げ試験を行い、加工性の予測法を検討した。(2)液体Li耐食性:最長500時間の液体Li腐食試験を実施し、変化重量,腐食解析ならびに成分分析を行った。また純金属の試験も併せて行った。(3)溶接性:暫定的第1次選定合金のTIG溶接を初めて行い、溶接の可否を調査した。(1)加工性:Nb基合金の曲げ降伏応力および曲がり角度は、硬さを介してd軌道エネルギーレベル差(Md)によって予測できる。すなわちNb基合金の加工性に対する設計指針は、合金のデルタMdを0.05以下に設定することである。また、Mo基合金の加工性を良好に保つためには、Reの添加が有効であることを明らかにした。(2)液体Li耐食性:Nb基合金では長時間の腐食により深さ40ミューmの亀裂が観察された。Mo基合金はNb基合金に比べて優れた耐食性を示した。両合金の表面には試料カプセルからの元素移行による粒状晶出物が確認された。液体Li耐食性を向上させるためには、変化重量および1200度Cの液体Liに対する高融点金属の溶解度の観点から、酸化物生成自由エネルギーが大きい元素の添加が有効であることを見い出した。(3)溶接性:暫定的第1次合金は十分に溶接が可能であることを明らかにした。また、NbへのW添加は溶接性を向上させることを示した。対象合金中ではMo-15Re-0.5Zr合金が最も優れた溶接性を有することがわかった。得られた設計指針を用いて、トータルバランスに優れるMo基1次選定合金を以下のように決定した。・Mo基合金・・・・・・Mo-15Re-0.1Zr,Mo-15Re-0.5Zr Nb基合金については、液体Li腐食に伴う亀裂の発生の問題がある。今