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論文

Ultra-high temperature tensile properties of ODS steel claddings under severe accident conditions

矢野 康英; 丹野 敬嗣; 岡 弘; 大塚 智史; 井上 利彦; 加藤 章一; 古川 智弘; 上羽 智之; 皆藤 威二; 鵜飼 重治*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 487, p.229 - 237, 2017/04

 被引用回数:27 パーセンタイル:97.79(Materials Science, Multidisciplinary)

シビアアクシデント時におけるODS鋼被覆管とラッパ管材料の引張特性を調べることを目的に、室温から融点近傍の1400$$^{circ}$$Cまでの引張試験を実施した。900$$sim$$1200$$^{circ}$$Cまでの超高温での引張特性は他の炉心材料と比較し優れた特性を有していたが、それ以上の超高温温度域になると急激な特性低下が認められた。この強度低は、$$gamma$$/$$delta$$変態を伴って、変形メカニズムが伸びの低下を伴う粒界すべりに変化することに起因すると考えられる。一方、12Cr-ODS鋼とFeCrAl-ODS鋼では、1200$$^{circ}$$C以上でも急激な低下は生じず、高い強度を維持していた。本研究成果の一部は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、北海道大学が実施した平成25$$sim$$28年度「事故時高温条件での燃料健全性確保のためのODSフェライト鋼燃料被覆管の研究開発」を含む。

論文

Evaluation on tolerance to failure of ODS ferritic steel claddings at the accident conditions of fast reactors

上羽 智之; 矢野 康英; 大塚 智史; 永沼 正行; 丹野 敬嗣; 岡 弘; 加藤 章一; 皆藤 威二; 鵜飼 重治*; 木村 晃彦*; et al.

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 7 Pages, 2017/04

酸化物分散強化型(ODS)フェライト鋼は、高速炉燃料要素用に開発している長寿命被覆管候補材料である。実証炉規模の高速炉で冷却材喪失(LOF)型および過出力(TOP)型の事故を想定した場合のODSフェライト鋼被覆管の破損耐性を累積損傷和(CDF)によって評価し、受動的炉停止システムが動作するまでCDFが破損目安値の1.0を十分に下回るという結果を得た。

論文

High-temperature strength characterization of advanced 9Cr-ODS ferritic steels

鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二; 酒瀬川 英雄*; 近田 伸芳*; 林 重成*; 大貫 惣明*

Materials Science & Engineering A, 510-511, p.115 - 120, 2009/06

 被引用回数:79 パーセンタイル:95.88(Nanoscience & Nanotechnology)

ODSフェライト鋼は、973K近傍で優れた高温強度を示すことから、先進高速炉燃料要素の候補材料として注目されている。この9Cr-ODS鋼の優れたクリープ強度は、非平衡のフェライト相(残留$$alpha$$フェライト相)により生じることがわかっている。本研究において、ナノインデンターによる残留$$alpha$$フェライト相の強度評価を実施し、その降伏応力は1360MPa(室温)と極めて高強度であることがわかった。また、分散強化理論から予測される結晶粒内変形のしきい応力以下でクリープ変形は生じること、このクリープ変形はおもに結晶粒界やパケット境界におけるすべり変形によるものであり、マルテンサイト相に含まれるパケット境界頻度の低下に伴いクリープ強度は向上することがわかった。以上より、9Cr-ODS鋼は、マルテンサイトマトリックスに強化相としての残留$$alpha$$フェライト相を含むことで優れた高温強度を発現する材料であり、通常の耐熱鋼と異なり、繊維強化複合材料的な挙動を示すと言える。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 10; Cladding tube manufacturing and summary

鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 林 重成*; 皆藤 威二; 井上 賢紀; 木村 晃彦*; 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.9232_1 - 9232_7, 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鋼の被覆管加工について強化した結果について報告する。

口頭

9Cr-ODSフェライト鋼の焼き戻し軟化抵抗特性

近田 伸芳*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 幸野 豊*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

マルテンサイト相と残留$$alpha$$フェライト相の2相組織を有する9Cr-ODSフェライト鋼について、焼きならし/焼き戻し熱処理に伴うミクロ/ナノ領域の硬さ変化と微細構造変化を解析して、その強化機構を評価した。高硬度を有する残留$$alpha$$フェライト相の体積割合の増加に伴い焼き戻し軟化抵抗が増大することがわかった。この結果は既に得られているクリープ強度特性とも整合する。各熱処理材について、ナノインデンテーターにより測定した両相の硬さとTEMにより求めた酸化物粒子の分散状態から導出した分散強化応力を比較し、マルテンサイト相と残留フェライト相に固有の強度を検討した。講演では、残留フェライト相の生成機構を含め、9Cr-ODSフェライト鋼の強化機構を検討した結果も含めて報告する。

口頭

9Cr-ODSフェライト鋼における超微細結晶粒形成

近田 伸芳*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

9Cr-ODSフェライト鋼について、ナノインデンテーターによる硬さ測定とTEMによる微細組織解析を行い、本鋼の焼戻し軟化抵抗の増大は残留$$alpha$$相に形成されている超微細結晶粒に起因することを明らかにした。

口頭

ODSフェライト鋼における冷間圧延-再結晶による集合組織形成

沼田 博哉*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

12Cr-ODSフェライト鋼では、冷間圧延により圧延面と圧延方向が{115}$$sim$${111}$$<$$110$$>$$にそろった$$alpha$$ファイバー集合組織が形成される。これを焼鈍すると1100$$^{circ}$$Cにおいて{111}$$<$$110$$>$$にそろった再結晶集合組織が形成される。

口頭

9Cr-ODSフェライト鋼における残留$$alpha$$相の生成機構

山本 雅博*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 皆藤 威二; 大塚 智史

no journal, , 

9Cr-ODSフェライト鋼は残留$$alpha$$相と呼ばれるフェライト相の出現により、クリープ破断強度が大幅に向上することがわかっている。本研究では、この残留$$alpha$$相の生成機構を相変態の観点から評価した。

口頭

12Cr-ODSフェライト鋼における再結晶集合組織の形成機構

沼田 博哉*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

本研究では、12Cr-ODSフェライト鋼において、冷間圧延集合組織から再結晶集合組織が形成される機構を検討した。

口頭

ODSフェライト鋼における超微細結晶粒の生成と強度の関係

近田 伸芳*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

焼戻しマルテンサイト相と残留$$alpha$$相の二相からなる9Cr-ODSフェライト鋼の高温強度は超微細粒を有する残留$$alpha$$相により維持されていることがわかっている。本研究では、残留$$alpha$$相における超微細粒の生成機構と強度との関係を明らかにすることを目的とする。

口頭

ODSフェライト鋼における超微細結晶粒の生成と強度の関係

近田 伸芳*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

焼戻しマルテンサイト相と残留$$alpha$$相の二相からなる9Cr-ODSフェライト鋼の高温強度は超微細粒を有する残留$$alpha$$相により維持されていることがわかっている。本研究では、残留$$alpha$$相における超微細粒の生成機構と強度との関係を明らかにすることを目的とする。

口頭

9Cr-ODSフェライト鋼における残留$$alpha$$相の生成機構

山本 雅博*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 皆藤 威二; 大塚 智史

no journal, , 

9Cr-ODSフェライト鋼は残留$$alpha$$相と呼ばれるフェライト相の出現により、クリープ破断強度が大幅に向上することがわかっている。本研究では、この残留$$alpha$$相の生成機構を相変態の観点から評価した。

口頭

複相組織を有する9Cr-ODSフェライト鋼の高温強化機構

鵜飼 重治*; 近田 伸芳*; 林 重成*; 大貫 惣明*; 皆藤 威二; 大塚 智史

no journal, , 

JAEAにおいて高速増殖炉燃料被覆管用9Cr-ODSフェライト鋼被覆管の開発が進められている。本研究では、9Cr-ODSフェライト鋼において生じる複相組織形成による高温強度の改善機構について検討した。

口頭

9Cr-ODSフェライト鋼における超微細粒形成と高温強度の関係

近田 伸芳*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

焼戻しマルテンサイト相と残留$$alpha$$相の二相からなる9Cr-ODSフェライト鋼の高温強度は超微細粒を有する残留$$alpha$$相により維持されていることがわかっている。本研究では、残留$$alpha$$相における超微細粒と高温強度との関係を明らかにすることを目的とする。残留$$alpha$$相はAC3点でオーステナイト相に変態せずフェライト相のまま残留した組織である。そこで残留$$alpha$$相を模擬したフェライト単相の13Cr-ODSフェライト鋼(13Cr-0.02C-0.15Ni-2.0W-0.26Ti-0.35Y$$_{2}$$O$$_{3}$$)をメカニカルアロイング(MA)処理し、900$$^{circ}$$Cで放電プラズマ焼結後、熱処理(950$$^{circ}$$C$$sim$$1250$$^{circ}$$C)により超微細粒の体積割合を変えた試料を作成した。これらの試料について、室温と高温(500$$^{circ}$$C, 700$$^{circ}$$C)での硬さ測定及びEBSP, TEM観察を行った。13Cr-ODSフェライト鋼の結晶粒はMAにより形成した約40nmのナノ結晶から昇温に伴いいわゆる超微細粒へと変化し、1050$$^{circ}$$C以上ではその割合は著しく低下した。超微細粒が明瞭に認められた950$$^{circ}$$C熱処理材に着目すると、室温硬さは増加したが、高温硬さは低下した。これは超微細粒での粒界滑りによると考えられる。

口頭

9Cr-ODSフェライト鋼における$$alpha$$/$$gamma$$逆変態挙動

山本 雅博*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

高速増殖炉燃料被覆管としての使用が期待されている9Cr-ODSフェライト鋼では、マルテンサイト相のほかに、残留$$alpha$$相と呼ばれるフェライト相が出現し、高温強度が大幅に向上することがわかっている。本研究では、9Cr-ODSフェライト鋼における酸化物粒子分散と$$alpha$$/$$gamma$$逆変態挙動について検討した。残留$$alpha$$相と呼ばれるフェライト相とマルテンサイト相を区別するために、フェライト単相の13Cr-ODSフェライト鋼(Fe-13Cr-0.02C-2.0W-0.2Ti-0.35Y$$_{2}$$O$$_{3}$$)とマルテンサイト単相の9Cr-ODSマルテンサイト鋼(Fe-9Cr-0.20C-2.0W-0.20Ti-0.35Y$$_{2}$$O$$_{3}$$)をそれぞれメカニカルアロイング処理とホットプレス(1150$$^{circ}$$C$$times$$3h)により作製した。試料の特性評価として、TEM観察,SEM観察,ビッカース硬さ測定,熱膨張測定を行った。9Cr-ODSマルテンサイト鋼における昇温時の$$alpha$$相から$$gamma$$相への逆変態は、炭化物の分解に伴う炭素の母相への再固溶とともに進行する。また、13Cr-ODSフェライト鋼と9Cr-ODSマルテンサイト鋼との比較から、昇温時に析出する酸化物粒子の1150$$^{circ}$$C$$times$$3h保持中での成長をフェライト/オーステナイト母相との関係で考察した。

口頭

9Cr-ODSフェライト鋼における$$alpha$$/$$gamma$$逆変態挙動

山本 雅博*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

高速増殖炉燃料被覆管として開発されている9Cr-ODSフェライト鋼では、焼戻しマルテンサイト相のほかに残留$$alpha$$相と呼ばれるフェライト相が出現し、高温強度が大幅に向上することがわかっている。本研究では、9Cr-ODSフェライト鋼における酸化物粒子分散と$$alpha$$/$$gamma$$逆変態挙動について検討した。残留$$alpha$$相と呼ばれるフェライト相とマルテンサイト相を区別するために、フェライト単相の13Cr-ODSフェライト鋼(Fe-13Cr-0.02C-2.0W-0.2Ti-0.35Y$$_{2}$$O$$_{3}$$)とマルテンサイト単相の9Cr-ODSマルテンサイト鋼(Fe-9Cr-0.20C-2.0W-0.20Ti-0.35Y$$_{2}$$O$$_{3}$$)をそれぞれメカニカルアロイング処理とホットプレス(1150$$^{circ}$$C$$times$$3h)により作製した。試料の特性評価として、TEM観察,ビッカース硬さ測定,熱膨張測定を行った。9Cr-ODSマルテンサイト鋼における昇温時の$$alpha$$相から$$gamma$$相への逆変態は、炭化物の分解に伴う炭素の母相への再固溶とともに進行する。また、13Cr-ODSフェライト鋼と9Cr-ODSマルテンサイト鋼において、昇温時に析出する酸化物粒子の1150$$^{circ}$$C$$times$$3h保持後の比較から、その成長をフェライト/オーステナイト母相との関係で検討した。

口頭

12Cr-ODSフェライト鋼における再結晶集合組織の形成機構

沼田 博哉*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

高速炉燃料被覆管として開発されている12Cr-ODSフェライト鋼は、多数回の冷間圧延と再結晶熱処理により製造され、最終的に粗大な結晶粒から成る再結晶組織で使用される。本研究では、12CrODSフェライト鋼板材を用いて、冷間圧延後に形成される再結晶集合組織の生成機構を検討した。

口頭

9Cr-ODSフェライト鋼における高温引張強度と組織の関係

山本 雅博*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 皆藤 威二; 大塚 智史; 大崎 智*; 東 司*

no journal, , 

焼戻しマルテンサイト相と残留$$alpha$$相(フェライト相)の2相からなる9Cr-ODSフェライト鋼の高温強度は、残留$$alpha$$相の存在により維持されることがわかっている。本研究では、9Cr-ODSフェライト鋼の高温引張強度を残留$$alpha$$相の存在割合と関連付けて検討した。Fe-9Cr-0.13C-2W-0.2Ti-0.35Y2O3(wt%)を基本組成とし、残留$$alpha$$相の量比を調整するためにC濃度を0.02%及び0.2%とした3種類の合金粉末をメカニカルアロイングにより作製し、1150$$^{circ}$$Cでホットプレスにより焼結させた。これを約1000$$^{circ}$$Cで熱間圧延を行った後、焼ならし,焼戻し熱処理を行い、高温引張試験(700$$^{circ}$$C)及びEBSD解析を行った。熱間圧延後と熱処理後の試料について、室温でのビッカース硬さ試験も行った。ビッカース硬さ試験の結果、熱間圧延により、3試料において超微細粒が形成しHV=約700まで室温硬さが増加した。これを熱処理し、700$$^{circ}$$Cにおいて高温引張試験を行った。C濃度が0.13%の試料では、残留$$alpha$$相と焼戻しマルテンサイト相の2相共存により強度が向上していることがわかる。これには結晶粒サイズも影響しており、この結果をEBSDによる結晶方位解析の結果も含めて検討した。

口頭

ODSフェライト鋼における高温粒界すべり

杉野 義都*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 皆藤 威二; 大塚 智史

no journal, , 

ODSフェライト鋼の高温変形は、粒界すべりと粒内の結晶回転による変形に支配される。そこで結晶粒の伸長方向に対して応力軸を変化させた高温引張試験とクリープ試験を行い、ODSフェライト鋼の高温変形機構を調べた。ODSフェライト鋼の高温変形は、粒界変形主体で起こっていることが明らかになった。また、クリープ試験においても粒界すべりによるセレーションが観察され、その部分のEBSD測定からシグマ3,シグマ7などの特定の対応粒界で粒界すべりが生じていることを確認した。

口頭

9Cr-ODSフェライト鋼における残留$$alpha$$相と高温引張強度の相関

宮田 亮太*; 林 重成*; 鵜飼 重治*; 皆藤 威二; 大塚 智史

no journal, , 

9Cr-ODSフェライト鋼は未変態フェライト相(残留$$alpha$$相)と呼ばれる相の出現により、高温におけるクリープ破断強度が大幅に向上することがわかっている。本研究は、この残留$$alpha$$相の割合と高温引張強度の相関性を評価することを目的とした。700$$^{circ}$$Cにおける引張試験から、残留$$alpha$$相の増加に伴い引張強度が変化し、高温引張強度に影響していることを確認した。得られた相関を軟質相と硬質相から成る二相鋼の複合則の観点から検討した。また、比較材として熱間圧延ままの試料でも同様の実験を行った。

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