Effects of one-dimensional migration of self-interstitial atom clusters on the decreasing behaviour of their number density in electron-irradiated -iron

阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*; 大貫 惣明*

Philosophical Magazine, 100(1), p.110 - 125, 2020/00

https://doi.org/10.1080/14786435.2019.1673913

超高圧電子顕微鏡(HVEM)を用いた電子照射下その場観察実験により、純鉄における格子間原子集合体の数密度は照射初期にピークに達し、その後連続的に減少することが明らかになった。HVEMその場観察実験では薄膜試料が用いられるため、格子間原子集合体は一次元(1D)運動により表面で消失することが考えられる。そこで本研究では、実験で明らかになった格子間原子集合体の1D運動機構に基づく解析モデルを導出し、格子間原子集合体の1D運動が数密度減少に及ぼす影響を調べた。その結果、残留不純物に捕獲され静止状態にある格子間原子集合体は、電子照射による弾き出しが引き金となって1D運動を生じ、残留不純物への再捕獲を免れた割合だけ表面消失を生じ、それにより数密度が連続的に減少することが示された。残留不純物への捕獲確率はランダムウォーク理論を用いて評価することができ、用いた薄膜試料における残留不純物濃度と同程度の場合に、実験で観察された格子間原子集合体の数密度の減少挙動をよく再現することが示された。

Vacancy effects on one-dimensional migration of interstitial clusters in iron under electron irradiation at low temperatures

佐藤 裕樹*; 阿部 陽介; 阿部 弘亨*; 松川 義孝*; 叶野 翔*; 大貫 惣明*; 橋本 直幸*

Philosophical Magazine, 96(21), p.2219 - 2242, 2016/06

https://doi.org/10.1080/14786435.2016.1194533

超高圧電子顕微鏡を用いることにより、110300Kの温度範囲で純鉄における格子間原子集合体の一次元(1D)運動の電子照射その場観察を行った。全ての温度において、ほとんどの1D運動は不規則な時間間隔で離散的な位置変化を示した。1D運度頻度は温度に依存せず、電子照射強度に比例した。これは、1D運動が電子照射により生じることを示唆している。一方、1D運動距離は照射強度に依存せず、低温では1D運動距離が極めて短くなることが明らかとなった。さらに、分子静力学法を用いて、格子間原子集合体とランダム分布した空孔との相互作用エネルギーを評価した結果、空孔濃度がよりも高い場合には相互作用エネルギーのゆらぎが格子間原子集合体をトラップすることが分かった。これらの結果から、1D運動の阻害に寄与するのは、250K以上では残存不純物であり、空孔が熱的に移動できない低温では、電子照射により蓄積した高濃度空孔との弾性的相互作用であることを提案した。

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 2; Effect of minor alloying elements

大貫 惣明*; 橋本 直幸*; 鵜飼 重治*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 皆藤 威二; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9306_1 - 9306_5, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の微量合金元素の影響について強化した結果について報告する。

Hardening mechanisms of reduced activation ferritic/martensitic steels irradiated at 300 C

谷川 博康; Klueh, R. L.*; 橋本 直幸*; Sokolov, M. A.*

Journal of Nuclear Materials, 386-388, p.231 - 235, 2009/04

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2008.12.094

低放射化フェライト鋼は、573K 5dpaの照射によって、さまざまな照射硬化・照射脆化を示すが、これらの現象は従来考えられてきたような、照射による転位組織発達のみで説明できないことがわかっている。本論文では、F82H, ORNL9Cr、及びJLF-1といった代表的な低放射化フェライト鋼を対象に、詳細な微細組織解析を実施し、その現象解明を試みた。その結果、転位組織変化に加え、主要析出物分布の変化が明らかになったほか、析出物のアモルファス化、及びナノ析出物の生成が明らかになり、これらの現象が、573K熱平衡状態に達しようとする過渡現象として解釈しうる可能性が示された。

Microstructure property analysis of HFIR-irradiated reduced-activation ferritic/martensitic steels

谷川 博康; 橋本 直幸*; 酒瀬川 英雄*; Klueh, R. L.*; Sokolov, M. A.*; 芝 清之; 實川 資朗; 香山 晃*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.283 - 288, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.053

低放射化フェライト鋼は、核融合炉ブランケット構造材料の候補材料である。これまでの研究により、300C5dpaの中性子照射による鋼の延性脆性遷移温度がF82H(Fe-8Cr-2W-V-Ta)に比べて、ORNL9Cr-2WVTa及びJLF-1(Fe-9Cr-2W-V-Ta-N)が小さいことが明らかになっている。これらの違いは、照射硬化の影響のみでは説明することができない。また一方、Cr量の違いとして解釈できるものでもない。本研究では、これらの鋼の衝撃特性変化の違いについて、その要因を探るべく、微細組織解析を行った、その結果について報告している。

On the effects of fatigue precracking on the microstructure around precrack in 1TCT fracture toughness specimen of F82H-IEA

谷川 博康; 橋本 直幸*; Sokolov, M. A.*; Klueh, R. L.*; 安堂 正己

Fusion Materials Semiannual Progress Report for the Period Ending (DOE/ER-0313/35), p.58 - 60, 2004/04

本報告は、日米協力に基づき著者が米国オークリッジ国立研究所において、High Flux Isotope Reactor(HFIR)を用いて行った研究の成果である。低放射化フェライト鋼の延性脆性遷移温度評価はマスターカーブ法による評価が中心となるが、F82H鋼の評価においては、遷移温度領域において特異な低靭性データが得られることが問題となっており、本研究によって、その原因と解決法が示唆された。まず予亀裂周辺のミクロ組織は、光学顕微鏡,SEM,方位像顕微鏡(OIM),TEMによって観察された。この一連のクラック前方周辺のTEM試片はFIB加工によって作製された。さらに試験後の破面観察も行われた。光学顕微鏡観察の結果、疲労予亀裂の形成は、始め直線的であるが、そのあと旧オーステナイト粒界に沿って進み、最終端では、23の方向に分かれている傾向にある。SEMとOIMの結果より、予亀裂周辺と予亀裂前方のミクロ組織は、典型的なF82H鋼の疲労組織に見られるようなセル構造を呈していた。さらにクラック前方の領域から得られたTEM像と、逆極点図形は、この構造変化を支持するものである。予亀裂の分離や予亀裂前方のセル構造は、破壊靭性に影響することから、粗大な旧オーステナイト粒を持つ鋼の場合、疲労予亀裂の影響が遷移温度領域における特異な低靭性として現れやすい可能性があることを指摘した。

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

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(02)01261-8

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Bを添加したF82H鋼や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250Cから400Cで行った。250C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。300Cや400C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'析出物にも関係していることを指摘した。

易加工性・耐放射線性維持強化プラスチックの研究,II; 室温および低温における機械特性

宇田川 昂; 江草 茂則; 貴家 恒男; 瀬口 忠男; 小野 利夫*; 川上 和夫*; 大塚 正人*; 山本 泰*; 橋本 修*; 園田 克己*; et al.

JAERI-M 88-047, 27 Pages, 1988/03

JAERI-M-88-047.pdf:1.86MB

電子線照射した5種類のガラス繊維強化プラスチック(GFRP)について、室温および123Kまたは77Kで種々の機械的特性の測定を行なった。

ODS合金中の複合酸化物分散に及ぼす第三元素の効果; 濃度依存性

内多 陽介*; 長井 利泰*; 須田 孝徳*; 橋本 直幸*; 大貫 惣明*; 柴山 環樹*; 山下 真一郎; 赤坂 尚昭

no journal, , 

優れた耐照射性と高温強度を示すODSフェライト鋼は、原子炉心部の構造材料として期待されている。しかし、酸化物粒子のナノ構造やその分散制御の研究は十分ではなく、Ti, Hf, その他の元素が有効なことが判明しつつある。本研究の目的はODS合金中に添加した微量元素の濃度依存性を明らかにすることである。Ti, Hfを0.20.9at%の範囲で添加したFe-9Cr基のODS合金粉末をMA法により作成し、1150C2hrでアニールした。これらにニッケル無電解めっき,機械研磨の後直径3mmのディスクを電解研磨にしてTEM観察用試料とした。Hf, Ti添加によりナノ酸化物粒子の析出が確認され、これらは、電子回折からそれぞれYHfO, YTiOであることがわかった。平均粒径を比較したところ、Hfでは0.2at%, Tiでは0.9at%で最小となった。このことから、粒子分散は元素と濃度に依存して最適値があることがわかった。さらに、複合酸化物の物性と形成原因について検討する予定である。

ナノ粒子分散強化オーステナイト鋼創成の基礎研究,3; 複合酸化物の観察と同定

岡 弘*; 渡部 雅*; 橋本 直幸*; 木下 博嗣*; 柴山 環樹*; 大貫 惣明*; 山下 真一郎; 大塚 智史

no journal, , 

酸化物分散強化型(Oxide Dispersion Strengthened: ODS)鋼は、耐熱性,耐クリープ特性,耐照射性に優れ、高速炉等の有力な候補構造材料として考えられている。従来のODS鋼の研究対象はフェライト系を中心に行われてきたが、工業的使用実績が豊富で耐食性の観点で有利なオーステナイト系への適用実績は皆無に等しい。以上のことから、本研究ではオーステナイト系ステンレス鋼のODS化の基礎・基盤研究として位置付けて、YOとTi,Hfを複合添加した際の微細複合酸化物のHRTEM観察を実施し、その析出挙動について検討した。試作粉末は、PNC316鋼のArガスアトマイズ粉末にYO粉末,Ti,Hf金属粉末を添加し、Ar雰囲気で2448hメカニカルアロイング(MA)することで作製した。さらに、粉末を1150Cで2時間熱処理し、TEM観察を行った。粒子を対象としたTEM観察/EDS分析から、析出頻度の最も高いものはY:Hf=1:1の酸化物であることがわかった。また、これら酸化物の電子線回折像解析から、YHfOの結晶学的データと非常に良い一致を示した。一方、酸化物粒子HRTEM像の面間隔の実測値からもYHfOのそれにほぼ一致することが確認された。これら熱処理で析出した酸化物粒子はファセットを有し、母相との間に特定の方位関係があり、粒子径10nmを境に界面の整合性が変わる可能性が示された。