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論文

二相ステンレス鋼の腐食反応の走査型電気化学顕微鏡観察

青木 聡; 谷口 友美*; 酒井 潤一*

材料と環境, 64(9), p.414 - 420, 2015/09

本研究は、走査型電気化学顕微鏡(SECM)を用いて、二相ステンレス鋼(DSS)を構成するフェライト相およびオーステナイト相上における腐食反応をそれぞれ個別にin-situ観察し、DSSの腐食電位(約-0.15V vs.SHE)における優先溶解機構を解明することを目的とした。腐食電位においてフェライト相、オーステナイト相直上に、プローブ電極を固定し、プローブ電極の電位を-0.10Vから貴方向へ電位掃引速度20mV/sで1.4Vまで掃引し、プローブ電流値を測定した。プローブ電位が0-0.70Vの領域では、プローブ電極上で水素の酸化反応が起こったことによるアノード電流が検出され、この電流値はフェライト相上に比べオーステナイト相上でより大きかった。プローブ電位が0.70-1.2Vの領域では、二価の鉄イオンが三価の鉄イオンに酸化されたことによるアノード電流が検出され、この電流値はオーステナイト相上に比べフェライト相上でより大きかった。DSSは腐食電位においてフェライト相が優先的に溶解していた。これらの結果から、DSSの腐食電位における優先溶解機構モデルを各相の内部分極曲線を用いて提案した。

論文

二相ステンレス鋼のすき間腐食成長過程の溶解挙動

青木 聡; 名田 勇史*; 酒井 潤一*

材料と環境, 64(8), p.366 - 372, 2015/08

本研究は、二相ステンレス鋼のすき間腐食成長時の溶解挙動を明らかにすることを目的とした。二相ステンレス鋼を所定の電位に定電位保持し、すき間腐食を成長させた。一定時間経過後、すき間内の腐食部を観察し、その溶解挙動を解析した。また、in-situ観察によって、すき間腐食成長挙動の経時変化を追った。すき間内の腐食部は、外縁部から中心部へ向かって、すなわち進展先端部から起点部に向かって、不働態保持領域、オーステナイト相優先溶解領域、そして両相溶解領域を経てフェライト相優先溶解領域へと遷移するという、4つの領域に区別でき、この腐食形態を維持しながらすき間外縁部に向かい成長した。このような溶解挙動はすき間腐食が発生した全ての保持電位において同様に観察された。この結果は、すき間内外で形成されるマクロセルとIR dropによって説明できる。

論文

ステンレス鋼の耐発銹性に及ぼす不働態皮膜の安定度の影響

富士 浩行*; 青木 聡; 石井 知洋*; 酒井 潤一*

材料と環境, 64(5), p.178 - 182, 2015/05

本研究は発銹の前駆過程である不働態皮膜の破壊に着目し、耐発銹性に及ぼす不働態皮膜の安定度の影響を明らかにすることを目的とした。12ヶ月間大気曝露試験を行った。不働態皮膜の安定度を比較するために、酸性塩化物水溶液中において電位衰退曲線測定および定電位分極試験を行った。その結果、オーステナイトステンレス鋼はフェライトステンレス鋼と比較して高い発銹面積率を示した。この序列は鋼種間の孔食電位や表面に存在する介在物の密度の序列と一致しなかった。それに対して、ステンレス鋼の耐発銹性と不働態皮膜の安定度の序列は一致した。オーステナイトステンレス鋼の耐発銹性がフェライトステンレス鋼よりも劣る要因として、不働態皮膜が塩化物によって破壊されやすく、不働態皮膜の破壊に伴い形成されたミクロピットが発銹の起点となり、発銹部の密度を高めていることが考えられる。

論文

定荷重試験による純Ti及びTi-5Ta合金の水素脆化特性の評価

横山 賢一*; 村田 佑介*; 椎森 芳恵*; 酒井 潤一*; 山本 正弘; 内山 軍蔵; 野島 康夫*; 藤根 幸雄*

腐食防食協会第58回材料と環境討論会講演集, p.11 - 12, 2011/09

使用済核燃料再処理施設で用いられる純Ti、及びTi-5Taについて、水素ぜい化特性を引張試験と、定荷重試験によって評価した。両材料とも、室温付近の水素吸収は試料表面に水素化物を生成するだけで、試料内部への影響は少ないと考えられるが、定荷重試験では弾性範囲域の応力負荷であってもき裂が発生し伝播することを示した。また、Ti-5Ta合金は、純Tiに比べるとき裂の発生と伝播が遅いため水素ぜい化特性に優れることが示唆された。

論文

純Ti及びTi-5Taの放射線照射下での硝酸溶液における水素吸収挙動

椎森 芳恵*; 酒井 潤一*; 横山 賢一*; 本岡 隆文; 内山 軍蔵; 野島 康夫*; 藤根 幸雄*

腐食防食協会第58回材料と環境討論会講演集, p.13 - 14, 2011/09

再処理環境下では水溶液の放射線分解によって水素が発生するが、発生水素量とチタン及びチタン合金の水素吸収量との対応は明らかではない。本研究では、カソードチャージ法によりチタン材に水素添加するとともに、放射線照射による発生水素をチタン材に水素添加することで、発生水素量と水素吸収量の対応の比較検討を行った。放射線照射によって発生した水素のごく一部がチタン材に吸収されることを明らかにした。水素吸収率の差異は金属表面における水素濃度の違いによって生じることが示唆された。

論文

Design of the injection bump system of the 3-GeV RCS in J-PARC

高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 山崎 良成; 入江 吉郎; 木代 純逸; 酒井 泉*; 川久保 忠通*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.1358 - 1361, 2006/06

 被引用回数:16 パーセンタイル:60.98(Engineering, Electrical & Electronic)

J-PARC 3-GeV RCSにおける入射バンプシステムは、水平シフトバンプ電磁石4台,水平ペイントバンプ電磁石4台,垂直ペイント電磁石2台で構成されている。本論文では、入射バンプシステムにおける電源,電磁石の設計について報告する。

論文

Design of the shift bump magnets for the beam injection of the 3-GeV RCS in J-PARC

高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 植野 智晶*; 山崎 良成; 入江 吉郎; 木代 純逸; 酒井 泉*; 川久保 忠通*; 唐司 茂樹*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.1366 - 1369, 2006/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:43.82(Engineering, Electrical & Electronic)

J-PARC 3-GeV RCSにおける入射システムは、4台の水平シフトバンプ電磁石を用いて、周回ビームと入射ビームを合流する。その水平シフトバンプ電磁石の設計を3次元磁場解析により行った。本論文では、その結果について報告する。

論文

Design of the pulse bending magnets for the injection system of the 3-GeV RCS in J-PARC

高柳 智弘; 入江 吉郎; 神谷 潤一郎; 渡辺 真朗; 渡辺 泰広; 植野 智晶*; 野田 文章*; Saha, P. K.; 酒井 泉*; 川久保 忠通*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.1048 - 1050, 2005/00

J-PARCにおける3-GeV RCSの入射システム用パルス電磁石の設計を行った。入射システムは、入射用バンプ軌道を形成する水平シフトバンプ電磁石4台、ペインティング入射に使用する水平ペイントバンプ電磁石4台、及び、垂直ペイント電磁石2台で成り立っている。入射エネルギーは400MeVで、ビームエネルギーは1MWに達する。運転は25Hzで行う。水平シフトバンプ電磁石の位置における入射ビーム,ペインティングビーム、及び、周回ビームを含むビームの通過エリアは、横388mm,縦242mmと非常に広範囲を占める。そのため、水平シフトバンプ電磁石は非常に大きなギャップを必要とし、また、ビームロスを小さくするために磁場精度が要求される。そこで、3次元磁場解析により、0.26Tの磁場で0.4%以下の有効磁場領域を達成し得る設計を行った。

口頭

再処理施設における経年変化研究,8; 放射線照射下での硝酸塩溶液における水素発生とチタンの水素吸収

本岡 隆文; 山本 正弘; 上野 文義; 石島 暖大; 内山 軍蔵; 野島 康夫*; 藤根 幸雄*; 酒井 潤一*; 椎森 芳恵*; 宮坂 優斗*

no journal, , 

再処理施設の経年変化に関する研究として、チタン合金製機器の水素脆化を評価するため、放射線照射下における硝酸塩溶液からの水素発生量とチタンの水素吸収量を測定した。硝酸イオン濃度が高いほど水素発生量は低下した。発生した水素のごく一部がチタンに吸収されていることを明らかにした。水素脆化の評価には吸収水素の蓄積を考慮した長期予測モデルの検討が必要である。

口頭

Hydrogen absorption behavior of titanium alloys by cathodic polarization

石島 暖大; 本岡 隆文; 上野 文義; 山本 正弘; 内山 軍蔵; 酒井 潤一*; 横山 賢一*; 多田 英司*; 水流 徹*; 野島 康夫*; et al.

no journal, , 

チタン及びTi-5mass%Taは耐硝酸性に優れるため、使用済核燃料再処理施設で使用されているが、放射線分解水素吸収による水素脆化が懸念される。本研究では硝酸中における、チタン及びTi-5%Taの水素吸収及び水素脆化特性を評価するため、カソードチャージ法及びカソードチャージ下におけるSSRTを実施した。その結果、水素化物は金属表面に生成するが、金属内部に成長し難いことが明らかとなった。また、SSRTにおいてチタン及びTi-5%Taは脆化感受性を示さなかった。これらの結果は、チタン及びTi-5%Ta製機器は放射線分解水素を吸収できるが、表面の水素化物に阻害され内部に拡散しないことを示唆すると考えられる。また、表面だけに水素化物が生成するため、チタン及びTi-5%Taは硝酸中にて水素脆化感受性を示し難いものと考えられる。

口頭

ジルコニウムの硝酸中における$$gamma$$線照射環境下での放射線分解水素吸収挙動

石島 暖大; 上野 文義; 阿部 仁; 酒井 潤一*; 野島 康夫*; 橋倉 靖明*

no journal, , 

再処理機器材料として耐硝酸性に優れるジルコニウムが一部で採用されているが、一方で水素ぜい化を示すことが知られている。そこで、ジルコニウムの硝酸中における放射線分解水素吸収挙動を検討するため、0, 1, 3、及び7mol/L硝酸に浸漬したジルコニウムに線量率3及び5kGy/hの$$gamma$$線を1000時間照射し、吸収水素量を水素放出曲線より評価するとともに、3kGy/hの$$gamma$$線を照射しながら純水中で定荷重引張試験を1000時間実施した。した。その結果、ジルコニウムは$$gamma$$線照射下で最大約250wppmの水素を吸収すること、またその存在状態は電気化学的な水素チャージによるものと同じく水素化物であることが明らかになった。一方で、定荷重引張試験で延性低下はみられなかった。この結果は、ジルコニウムの燃料再処理溶液環境での水素吸収を示唆する一方、水素化物は金属表面にとどまっていることを示すものであり、実機材料の水素吸収挙動を評価するためには、長期間の運転を考慮し水素吸収量および水素化物成長挙動の評価が必要であると考えられる。

口頭

カソード電解水素チャージによる純Zr表面の剥離挙動の観察

村尾 泰輔*; 酒井 潤一*; 城戸 修*; 横山 賢一*; 石島 暖大; 上野 文義; 阿部 仁

no journal, , 

純Zrにカソード電解水素チャージを行うと、試料表面でブリスターを形成し剥離することがある。再処理機器の爆着異材継手にZrは使用されているため、このような剥離は異材継ぎ手性能の劣化を引き起こすと懸念される。本研究では剥離挙動を明らかにするため、カソード水素チャージしながら純Zr表面の剥離挙動のその場観察を行い剥離と組織との関係を調べた。その結果、水素チャージ開始直後から直径2$$mu$$m以下のブリスターが全面で観察され、その大きさは時間とともに増加した。ブリスターの発生箇所をEBSDで調査した結果、結晶粒界において多くが発生していることが明らかになった。

口頭

水素チャージによる純Zrの表面剥離挙動に及ぼす定荷重及び定ひずみの影響

永友 洸希*; 横山 賢一*; 酒井 潤一*; 石島 暖大; 上野 文義; 阿部 仁

no journal, , 

水素吸収により純Zr試料表面のブリスター生成から剥離までの挙動についての研究が近年行われているが、一方で定荷重負荷下においては、純Ti表面では負荷応力の影響で水素脆化挙動が変化することなどから、純Zr表面の脆化挙動が変化する可能性がある。そこで本研究では、水素チャージによる純Zrの試料表面の剥離挙動に及ぼす定荷重及び定ひずみの影響を調べ、純Tiの脆化挙動と比較検討を行った。その結果、弾性域における純Zrの定荷重及び定ひずみ試験においては、純Tiのそれらと同様に水素吸収量はほとんど変化しない一方、応力の増加と共に表面剥離面積が減少した。また、塑性域における定荷重及び定ひずみ試験においては、水素吸収量が急激に増加し、試料表面の剥離面積が顕著に増加した。

口頭

Preferential dissolution mechanism of ferritic or austenitic phase in crevice corrosion of duplex stainless steels

青木 聡; 名田 勇史*; 酒井 潤一*

no journal, , 

高耐食材料である二相ステンレス鋼といえどもすき間腐食の発生が問題となっており、その重要性が指摘されている。二相ステンレス鋼のすき間腐食では、すき間の入口からすき間奥部までの優先溶解挙動は一様でなく、複雑な溶解挙動を示す。すなわち、すき間の外縁部から内側へかけて順次、不働態領域、オーステナイト相が優先溶解した領域、そしてフェライト相が優先溶解した領域が観察される。本発表では、二相ステンレス鋼のすき間腐食成長段階へ至るまでの腐食部優先溶解挙動の推移の観察、ならびにすき間腐食成長時のすき間内の腐食環境模擬溶液下における二相ステンレス鋼およびフェライト、オーステナイト各相の溶解挙動の解析に基づき、二相ステンレス鋼のすき間腐食における優先溶解機構を解明することを目的とした研究について示す。

口頭

Optical microscopic in-situ observation of crevice corrosion of a duplex stainless steel

青木 聡; 酒井 潤一*

no journal, , 

本研究は光学顕微鏡のその場観察により二相ステンレス鋼のすき間腐食溶解挙動を明らかにし、電気化学測定も併せて実施しそのすき間腐食機構を解明することを目的とした。光学顕微鏡により試料表面のすき間腐食の微小な溶解挙動をその場観察した。すき間腐食成長段階の初期から腐食部の外周部ではオーステナイト相の優先溶解が観察された。その後腐食部の拡がりとともにフェライト相の優先溶解へと切り替わった。すき間部にはすき間内アノードとすき間外カソードのガルバニックセルが大きなIR降下を伴い成立している。IR降下の結果、すき間内の外側から内側へ電位勾配が形成されている。その結果、溶解挙動の変化がすき間内部で観察されたものと考えられる。

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