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論文

Microstructural study of irradiated isotopically tailored F82H steel

若井 栄一; 三輪 幸夫; 橋本 直幸*; Robertson, J. P.*; Klueh, R. L.*; 芝 清之; 安彦 兼次*; 古野 茂実*; 實川 資朗

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part.1), p.203 - 211, 2002/12

 被引用回数:23 パーセンタイル:81.34(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉構造材や核破砕ターゲット材は高エネルギー粒子との衝突によって弾き出し損傷が生じるだけでなくHやHeなどが生成する。このため本研究では$$^{10}$$Bを添加したF82H鋼や$$^{54}$$Feを用いて作製したF82H鋼を用い、中性子照射中にHeやHを生成させてこれらが組織に及ぼす影響を検討した。照射はHFIR炉で2.8から51dpaまで250$$^{circ}$$Cから400$$^{circ}$$Cで行った。250$$^{circ}$$C照射で水素が生成した材料では転位ループの数密度がわずかに増加するとともに、転位ループのバーガースベクトルの3割程度を(1/2)$$<$$111$$>$$タイプから$$<$$100$$>$$タイプのループに変化した。また、キャビティ形成を助長した。300$$^{circ}$$Cや400$$^{circ}$$C照射でHeが生成した場合、転位ループの数密度はわずかに増加し、キャビティの数密度も増加した。照射温度に依存する微細組織変化の解析から、微細組織と照射硬化または延性脆性遷移温度シフトの間の関係を考察し、照射による延性脆性遷移温度シフトの増加の原因は転位ループ形成による硬化だけに起因しているものではなく、転位ループ上に形成した$$alpha$$'析出物にも関係していることを指摘した。

論文

Recent progress and future R&D for high-chromium iron-base and chromium-base alloys

菱沼 章道; 高木 清一*; 安彦 兼次*

Physica Status Solidi (A), 189(1), p.69 - 78, 2002/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:54.45(Materials Science, Multidisciplinary)

高クロム鉄基合金またはクロム基合金は、現在の代表的工業材料であるオーステナイト鋼やフェライト鋼に比べて優れた高温強度と耐食性を有し次世代の有力な先進材料の一つである。しかしながら、これらの材料は一般的に脆いという大きな欠点があり、その本質的な開発研究はこれまでほとんど行われてこなかった。しかし、最近この脆性が高純度化によって克服される可能性が示され、これらの合金の開発研究が本格的に開始されようとしている。また、原子力材料への応用でも、優れた低放射化性や熱伝導度などから注目されつつある。本レビュー報告書では、クロム基合金を中心に、その魅力ある特性を従来材と比較して概括する。同時に、耐熱合金、耐食材料、原子力材料への適用の可能性及び高純度化によるその脆性の克服に関する現状と今後の展望を概説する。

論文

Microstructural evolution of Fe-Cr-W model alloys during Fe$$^{+}$$ ion irradiation

若井 栄一; 菱沼 章道; 阿部 弘亨; 高木 清一*; 安彦 兼次*

Materials Transactions, JIM, 41(9), p.1176 - 1179, 2000/09

鉄イオン照射下で高純度Fe-(18-50)Cr,Fe-50Cr-(5-8)W合金の組織発達と相変態挙動を調べた。薄膜試料を用いて、透過型電子顕微鏡内で300keVの鉄イオン照射を行い、組織の発達過程をその場観察した。また、時効した組織も同様に調べた。Fe-Cr合金では500$$^{circ}$$C照射で転位ループが観察されたが、析出物形成は観察されなかった。Fe-50Cr-W合金では照射によって、転位ループが形成したが、ラーベス相が550~700$$^{circ}$$Cの範囲で形成した。低温側では1分程度でラーベス相が形成した。また、670~800$$^{circ}$$C照射では$$sigma$$相が形成した。これらの析出物形成の原因を調べるために、粒界近傍の溶質原子の偏析を調べたところ、$$sigma$$相が形成されない温度ではCr濃度が低下し、W濃度が増加したが、$$sigma$$相が形成する温度ではこれらの濃度変化がみられなかった。他方、熱処理のみではラーベス相が短時間では形成しないことや700$$^{circ}$$Cで1000時間時効しても$$sigma$$相が形成しないことから、照射により引き起こされる局所的な濃度変化や拡散速度の上昇がラーベス相の形成を著しく促進させ、また、$$sigma$$相形成にも大きな影響を及ぼしたと考えられる。

論文

Damage structures and mechanical properties in high-purity Fe-9Cr alloy irradiated by neutrons

若井 栄一; 菱沼 章道; 宇佐美 浩二; 加藤 康*; 高木 清一*; 安彦 兼次*

Materials Transactions, JIM, 41(9), p.1180 - 1183, 2000/09

中性子照射した高純度と低純度のFe-9Cr合金の微細組織と引張及び衝撃特性が調べられた。照射はJRR-3M(Modified Japan Research Reactor-3)炉にて、255$$^{circ}C$$または290$$^{circ}C$$で0.3dpaまで行った。照射による降伏応力の増分は高純度と低純度材料でそれぞれ225MPaと170MPaとなり、それは高純度材料の方が大きくなった。また、それらの延性の低下は高純度材で著しい低下が見られた。衝撃特性に関しては、高純度材料は低純度材料に比べて、延性脆性遷移温度の上昇が大きく、175$$^{circ}C$$であった。透過型電子顕微鏡観察ではこれらのFe-9Cr合金に転位ループが形成していて、その数密度は低純度材料の方がやや高かった。また、高純度材料では、ループ上に$$alpha$$'相に類似した析出物が観察された。降伏応力の増加に対する転位ループの障壁力を分散型障壁物のモデルで評価すると、その強度因子は高純度材の方がやや大きいことがわかったが、これは転位ループ上に形成した析出物が起因していると考えられる。以上のような照射による機械的特性の変化は、転位ループの硬化だけでは説明できず、ループ上の析出物の形成がそれらに大きな影響を及ぼしていると考えられる。

論文

Effects of neutron irradiation on tensile properties in high-purity Fe-(9-50)Cr and Fe-50Cr-xW alloys

若井 栄一; 菱沼 章道; 三輪 幸夫; 大内 朝男*; 磯崎 誠一*; 高木 清一*; 安彦 兼次*

Materials Transactions, JIM, 41(1), p.136 - 140, 2000/01

高純度Fe-(9-50%)Cr及びFe-50Cr-(0-8)W合金の引張特性に対して中性子照射の効果を調べた。これらの合金はSS-3タイプの形状の引張試験片にし、加工層を取り除いた後に、原子炉(JRR-3M)において、400、500、600$$^{circ}$$Cの3温度で約0.4dpaの弾き出し損傷量まで照射された。照射後、多くの試験の場合、照射と同じ温度で、真空中にて4.4$$times$$10$$^{-4}$$s$$^{-1}$$の引張速度で引張試験を行った。この照射によって、これらの合金の降状強度と引張強度は増加した。また、照射によるそれらの強度の増分はこれらに添加したクロム量及びタングステン量の増加に伴い、大きくなる傾向になった。これらの合金の引張特性は多くの場合、延性的な挙動を示したが、500$$^{circ}$$C以下で照射されたFe-50CrとFe-50Cr-W合金においてのみ、それらの引張試験において、延性が生じないまま、脆性破断が生じた。これらの合金の引張特性は脆性的な挙動を示した温度及びクロム量の領域が状態図における約500$$^{circ}$$C以下での脆性領域に非常に近いことから、照射によって形成される$$alpha$$'相と格子間型転位ループに密接に関係していると考えられる

論文

Phase transformation of high-purity Fe-50Cr-xW alloys during Fe$$^{+}$$ ion irradiation

若井 栄一; 菱沼 章道; 阿部 弘亨; 三輪 幸夫; 高木 清一*; 安彦 兼次*

Proc of Ultra-High-Purity Metallic-Base Materials (UHPM-98), p.35 - 45, 1998/00

高純度Fe-50Cr-5W、8W合金を用い、照射下の相変態挙動を550$$^{circ}$$C~800$$^{circ}$$Cの温度領域で調べた。照射は300keVのFe$$^{+}$$イオンを0.16dpa/sの欠陥生成速度で、最大約300dpaまで照射を行った。ラーベス相は550~700$$^{circ}$$Cまで形成したが、照射温度の上昇に伴い、その数密度が減少した。また、シグマ相は670$$^{circ}$$C以上の温度で粒内に均一に形成した。670$$^{circ}$$Cと700$$^{circ}$$Cでは、それ以外に微細な結晶(サイズは約100nm)が形成した。一方、非照射材を時効した場合(700$$^{circ}$$Cで1000hrまたは82%圧延した後に700$$^{circ}$$Cで10hr時効)、シグマ相は形成されず、ラーベス相のみが形成した。したがって、600$$^{circ}$$C以下の温度では照射によって、ラーベス相の形成が促進されるが、温度の上昇とともに、その形成はだんだん抑制される傾向にあることが分かった。またシグマ相の形成は、照射によって誘起されたものである。照射下でのラーベス相とシグマ相の形成は照射誘起偏析と密接な関係があることが判明した。

論文

Neutron-irradiation effects on charpy impact and tensile properties of low-and high-purity Fe-9Cr alloys

菱沼 章道; 若井 栄一; 高木 清一*; 安彦 兼次*

Proc. of Int. Conf. on Ultra-high purity base metals (UHPM-98), p.27 - 33, 1998/00

高クロム合金は、耐食性、高温強度特性に優れていることから、その合金の開発が待たれている。そのためには、この合金の最大の欠点である脆さを克服する必要がある。本研究では、高純度化の観点から脆さを克服すること及び不純物に大きく影響される照射挙動を明らかにし原子力材料としての開発基盤を確立することの一環として、純度の異なるFe-9Cr合金のシャルピー及び引張特性に及ぼす中性子照射効果を調べた。シャルピー試験によるDBTTの変化に関しては、高純度材の照射による上昇が大きく、また、引張強度の上昇も大きいことがわかった。この原因は照射中に生じる転移ループと析出物の挙動とも密接に関連している。

論文

Effects of neutron irradiation on tensile properties in high-purity Fe-Cr alloys

若井 栄一; 菱沼 章道; 沢井 友次; 加藤 康*; 磯崎 誠一*; 高木 清一*; 安彦 兼次*

Physica Status Solidi (A), 160(2), p.441 - 448, 1997/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:67.48(Materials Science, Multidisciplinary)

鉄-クロム系合金を使用する際の注意点の一つとして$$alpha$$'相の析出と関連した457$$^{circ}$$C脆性がある。この$$alpha$$'相の析出は、また中性子照射によっても大きく影響を受ける。本研究では純度の異なる鉄-クロム系合金(9Crから30Crまで)を中性子照射し、引張特性の変化を調べ、また照射によるミクロ組織変化の観察と併せて解析を行っている。一般に照射によって合金の強度は増加し、延性は低下した。照射によるこの強度の増加は、不純物濃度、クロム濃度が高い試料ほど著しかった。763Kでは、引張試験中に急峻な応力の低下が見られた試料もあり、これは高純度で高クロム濃度の試料で著しく、また$$alpha$$'様の析出物はこれらの試料でよく観察された。電子顕微鏡観察では、この析出物が照射によって形成された転位ループ近傍に優先的に発生していることが認められた。

口頭

フェライト合金における物性値とCr含有量の関係

若井 隆純; 菱沼 章道*; 安彦 兼次*

no journal, , 

超高純度Fe-Cr合金を含む、種々のCr含有量のフェライト系合金に対し、熱伝導率,熱膨張率及び縦弾性係数を測定し、Cr含有量とそれらの値との関係を調べた。

口頭

Development of high-Cr steel for FBR structure having both high temperature strength and long-term stability; Possibility of alloys with ultra high purity

若井 隆純; 菱沼 章道*; 高木 清一*; 安彦 兼次*

no journal, , 

This paper studies applicability of ultra high purity (UHP) alloys to the structural materials for the sodium cooled fast reactor (SFR). Although, for the demonstration plant, conventional modified 9Cr-1Mo steel will be employed as the main structural material, innovative structure material having excellent high temperature strength and long-term microstructure stability is required for the future plant. The authors performed a series of mechanical tests of the alloys with UHP. As a result, it was clarified that some UHP alloys showed sufficient high temperature strength and liquid sodium resistance comparable to conventional steels. The authors also investigated the influence of trace elements on the mechanical properties and on the microstructure stability for long time, by using scanning electron microscopy. Laves phase was observed uniformly in grains of UHP alloys because there were few nucleation sites on grain boundaries. It was clarified that precipitation behavior of Laves phase strongly depends on the amount of trace elements. The long-term stability and efficiency of solid solution strengthening mechanism can be enhanced by UHP alloying technology. In some cases, strength and ductility were improved both together by UHP alloying technology. Although the further experimental validation of efficiency and stability of such mechanism is needed and economic competitiveness of UHP alloys with conventional steels carefully should be considered, there are some possibilities to improve the material characteristics suitable for SFR components by UHP alloying technology.

口頭

高純度高Cr合金を用いたナトリウム冷却高速炉構造材料開発のための研究

若井 隆純; 安彦 兼次*; 菱沼 章道*

no journal, , 

FR構造材料の開発を目的として、高純度高Cr合金に対する材料特性試験及び分析を行った。その結果、これらの合金が優れたクリープ強度や高温長時間組織安定性を有する可能性が示された。このことから、高純度金属をベースにした合金開発によって、SFR構造材料として優れた性質が実現する可能性があることが示された。

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