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論文

Study of optimum composition of extra high purity Ni-Cr-W-Si alloy for advanced reprocessing plant

井岡 郁夫; 鈴木 潤; 木内 清; 中山 準平*

Proceedings of 2nd International Workshop on Structural Materials for Innovative Nuclear Systems (SMINS-2), p.391 - 400, 2012/12

次世代再処理施設の高酸化電位の耐硝酸性環境への適用を念頭にして高Cr-W-Si系Ni基合金組成の最適化を進めている。当該Ni基合金は、高酸化電位において現行ステンレス鋼の課題である過不働態が生じ難い優れた耐食性を有する。また、コールドクルーシブル誘導溶解と電子ビーム溶解を組合せた超高純度溶製技術(EHP)の適用により、溶融割れが生じず可塑性材が得られている。しかし、シリサイド生成能が高く、実用化上、熱間加工や溶接上の技術的制約が大きい。耐食性を損なわずに、それらの特性が良好な組成範囲を選定するため、SiとWの含有量を変えたEHP試験材を作製した。試験材の高温高速引張試験、及び耐食性や溶接施工性能の評価試験を実施して、最適組成範囲を検討した。

論文

Microstructural evolution and void swelling in extra high purity Ni-base superalloy under multi-ion irradiation

Kim, G.; 芝 清之; 沢井 友次; 井岡 郁夫; 木内 清; 中山 準平*

Proceedings of 2nd International Workshop on Structural Materials for Innovative Nuclear Systems (SMINS-2), p.273 - 279, 2012/12

In the present work, irradiation effects of high-purity Ni alloys were studied in terms of microstructural changes with respect to multi-ion irradiation by using JAEA triple-ion beam irradiation facility, TIARA. The alloys investigated are designed as the MA doped MOX fuel claddings for sodium cooled fast reactor and impurities, such as C, O, N, P, S were reduced less than 100 ppm in total to improve workability, irradiation embrittlement, inter-granular corrosion, and so on. Two types of alloys (Fe-40Ni-Cr-1.5Ti-1.5Al) with different Cr contents (20 or 25%) were used for the irradiation experiments. Single (Fe$$^{3+}$$ or Ni$$^{3+}$$), dual (single + He$$^{+}$$), and triple (dual + H$$^{+}$$) beam irradiation were conducted up to $$sim$$50 dpa, $$sim$$150 appmHe, and $$sim$$1500 appmH at 825K to evaluate the effect of radiation damage and the effect of transmuted gaseous elements. Void swelling was evaluated and compared with type 316 stainless steel. Other microstructural features, such as precipitation stability, dislocation structures were also evaluated to discuss irradiation resistance.

論文

Study of optimum composition of extra high purity Nb-W alloy for reprocessing condition with boiling nitric acid

井岡 郁夫; 鈴木 潤; 木内 清; 中山 準平*

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/10

再処理施設用材料として、現行ジルコニウムより優れた耐環境割れ性を有する超高純度Nb-W合金(Nb-W EHP)を開発している。Nb-W EHPは、溶接性に技術的な課題がある。そこで、Wの最適組成範囲を選定するため、W量の異なるNb-W EHPの溶接継手をTIG溶接に作製した。引張試験,腐食試験,シャルピー衝撃試験により、Nb-W EHPの化学的,機械的特性へのWの影響を調べた。Nb-W EHP溶接継手の腐食速度に及ぼすWの効果がほとんどなかった。Wの増加はNb-W EHPの引張強さを向上させた。構造材として重要な延性-脆性遷移温度(DBTT)は、Wの増加に従って増加した。溶接継手のDBTTは母材に比べ約150K高かった。得られた結果より、Nb-W EHPのW量は8wt%以下に調整する必要であることがわかった。

論文

Application of extra high purity austenitic stainless steel to weld overlay

井岡 郁夫; 鈴木 潤; 木内 清; 中山 準平*

Proceedings of 18th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-18) (CD-ROM), 6 Pages, 2010/05

有害な不純物を100ppm未満に抑えた超高純度オーステナイトステンレス鋼(EHP合金)を開発した。EHP合金は、応力腐食割れ(SCC)の基点と考えられる粒界腐食に対して優れた抵抗性を有している。そこで、SCCを防止するためのオーバーレイ材料として、EHP合金の適応性を評価した。試験には、EHP合金の比較材として従来材を用いた。試験片は、各々の溶接金属部から加工した。粒界腐食試験は、1g/LのCr(VI)イオンを含む8規定の沸騰硝酸溶液中で行った。比較材は、EHP合金に比べ激しい粒界腐食が生じた。SCC感受性を評価するためのCBB試験を561K, 1000h,飽和酸素の高温水中で行った。比較材の割れと粒界腐食は、EHP合金に比べ発生数、サイズとも非常に大きかった。オーバーレイ材料として使用する場合でも、従来材に比べ、EHP合金は優れたSCC抵抗性があることが確認された。

論文

先進再処理機器用の超高純度(EHP)ステンレス鋼の開発

井岡 郁夫; 木内 清; 中山 準平*

まてりあ, 49(3), p.122 - 124, 2010/03

再処理施設においては、沸騰状態の濃硝酸を用い、酸化性の強い核分裂生成物(FP)などを含有するために極めて厳しい腐食環境になることが知られている。海外での腐食事例や国内で運転経験を経て、構造材には極低CのSUS304ULC鋼が開発された。先進再処理施設では、現行のものよりも多くのFP等を含有する使用済核燃料を扱うことが予測され、腐食環境はますます厳しいものになる。そのために、現行のSUS304ULC鋼に比べて、数倍以上の耐硝酸腐食性に優れる鋼材が必要となる。実機製造プロセスと材料の成分範囲を同時に考慮して、先進再処理機器用材料を目的とした、強酸化性環境で優れた耐食性を有する超高純度(EHP: Extra High Purity)ステンレス鋼を開発した。本報では、EHP合金の実用化の現状について紹介する。

論文

Correlation between intergranular corrosion and impurities of extra high purity austenitic stainless steels

井岡 郁夫; 鈴木 潤; 本岡 隆文; 木内 清; 中山 準平*

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 4(1), p.105 - 112, 2010/02

再処理施設の沸騰硝酸環境において、粒界腐食はオーステナイト・ステンレス鋼の重大な劣化事象である。粒界腐食の主要因は、結晶粒界への不純物元素の偏析が原因と考えられている。新たな複合溶製技術により、全有害不純物を100ppm以下に抑えた超高純度(EHP:Extra High Purity)オーステナイト・ステンレス鋼を開発した。C, P, S, B等の不純物元素を添加したEHP合金を作製して、粒界腐食と不純物元素量の相関性を調べた。得られた結果を重回帰分析し、粒界腐食に及ぼす不純物元素の影響度を示した。その結果、B, P, Si, C, Sの順に粒界腐食に大きな影響を与え、Mnの影響は少なかった。

論文

Influence of impurities on intergranular corrosion of extra high purity austenitic stainless steels

井岡 郁夫; 鈴木 潤; 本岡 隆文; 木内 清; 中山 準平

Proceedings of 17th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-17) (CD-ROM), 5 Pages, 2009/06

再処理施設の沸騰硝酸環境において、粒界腐食はオーステナイトステンレス鋼の重大な劣化事象である。粒界腐食の主要因は、結晶粒界への不純物元素の偏析が原因と考えられている。新たな複合溶製技術により、全有害不純物を100ppm以下に抑えた超高純度(EHP: Extra High Purity)オーステナイトステンレス鋼を開発した。C, P, S, B等の不純物元素を添加したEHP合金(Fe-25Cr-20Ni-Ti)を作製して、粒界腐食と不純物元素量の相関性を調べた。不純物元素を添加しないEHP合金では粒界腐食は観察されなかったが、不純物添加EHP合金では粒界腐食を生じた。得られた結果の重回帰分析より、粒界腐食と不純物元素量の回帰式を求め、粒界腐食に及ぼす不純物元素の影響度を示した。

論文

Intergranular corrosion for extra high purity austenitic stainless steel in boilng nitric acid with Cr(VI)

井岡 郁夫; 加藤 千明; 木内 清; 中山 準平

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 3(1), p.31 - 37, 2009/00

オーステナイトステンレス鋼は、酸化剤を含む沸騰硝酸中で粒界腐食感受性が高まる。粒界腐食の主因は、結晶粒界での不純物の偏析と考えられている。有害不純物を100ppm以下に低減できる複合製錬技術を用いて、超高純度オーステナイトステンレス鋼(EHP合金)を開発した。開発したSUS310系EHP合金について、酸化剤を含む沸騰硝酸中での腐食特性を調べた。加工熱処理(SAR処理)したSUS310系EHP合金は、同じ不純物量の溶体化(ST)材に比べ優れた耐粒界腐食性を示した。フィッショントラック法により、ST材において粒界でのボロンの偏析が確認された。ボロンの粒界偏析が、粒界腐食の原因の一つであることが考えられる。また、ボロンを7ppm含むSUS310系EHP合金でも、提案したSAR処理により粒界腐食を抑制できることを示した。

論文

Susceptibility of intergranular corrosion for extra high purity austenitic stainless steel in nitric acid

井岡 郁夫; 加藤 千明; 木内 清; 中山 準平

Proceedings of 16th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-16) (CD-ROM), 5 Pages, 2008/05

オーステナイトステンレス鋼は、再処理プロセスにおける酸化剤を含む沸騰硝酸中で粒界腐食感受性が高まる。粒界腐食の主因は、結晶粒界での不純物の偏析と考えられている。有害不純物を100ppm以下に低減できる複合製錬技術を用いて、超高純度オーステナイトステンレス鋼(EHP合金)を開発した。開発したSUS310系EHP合金の酸化剤を含む沸騰硝酸中での腐食特性を調べ、優れた耐粒界腐食性を有することを確認した。また、フィッショントラック法により、粒界でのボロンの偏析が粒界腐食の要因の一つであることを明らかにした。ボロンを7ppm含むSUS310系EHP合金でも、提案した加工熱処理(SAR処理)により粒界腐食を抑制できることを示した。

報告書

低レベル放射性廃棄物の搬出施設の設計研究(II)

朝比奈 潔*; 曽家 正孝*; 小川 光*; 赤坂 孝之*; 岩田 俊雄*; 福留 豊*; 中山 準平*

PNC TJ4058 89-005, 178 Pages, 1989/06

PNC-TJ4058-89-005.pdf:27.12MB

東海再処理施設では、貯蔵されているアスファルト固化体等の廃棄物を搬出するための搬出施設の建設が計画されているが、この搬出施設の仕様を決定するにあたっては、適用技術の評価が必要となる。本研究では、検査設備、搬送・荷役設備について広く調査を行い、その適用性を評価した。評価の結果、ほぼ全ての設備に対して、従来の技術を合理的に利用できることが判った。ただし、ドラム缶内の放射性核種量の測定設備については、現状では測定すべき核種の種類及び要求される測定精度が明らかでないため、多くの核種を定量する要求がある場合を想定して、計算手法を用いることが最適であると評価した。施設の機能については、受入れる廃棄物の種類を決定するための検討を行った。本施設は、アスファルト固化体を搬出するためには不可欠であるが、他の低レベル廃棄物については、本施設あるいは、貯蔵施設で対応でき、個別に施設を設置するメリットはないことが判った。

口頭

再処理硝酸用高Cr-W-Si系Ni基EHP合金の最適組成域の検討

井岡 郁夫; 鈴木 潤; 丸山 信俊*; 木内 清; 中山 準平

no journal, , 

次世代再処理施設の高酸化電位の耐硝酸性環境への適用を念頭にして高Cr-W-Si系Ni基合金組成の最適化を進めている。当該Ni基合金は、高酸化電位において現行ステンレス鋼の課題である過不働態が生じ難い優れた耐食性を有する。また、コールドクルーシブル誘導溶解と電子ビーム溶解を組合せた超高純度溶製技術(EHP)の適用により、溶融割れが生じず可塑性材が得られている。しかし、シリサイド生成能が高く、実用化上、熱間加工や溶接上の技術的制約が大きい。耐食性を損なわずに、それらの特性が良好な組成範囲を選定するため、SiとWの含有量を変えたEHP試験材を作製した。試験材の高温高速引張試験、及び耐食性や溶接施工性能の評価試験を実施して、最適組成範囲を検討した。

口頭

再処理硝酸用Nb-W系EHP合金の最適組成域の検討

井岡 郁夫; 米川 夏津夫; 丸山 信俊*; 木内 清; 中山 準平

no journal, , 

次世代再処理施設の溶解槽では難溶性のMOX燃料を再処理するために濃度の高い硝酸や弗酸添加の混酸が使用されるので、現行のジルコニウムよりも耐食性や割れ抵抗性に優れたNb-W系二元合金の最適化を進めている。超高純度溶製技術(EHP)の適用によりNb-W系二元合金の延性が改善されるが、機械的強度が低下する。W量の富化は機械的強度を改善するが、延性-脆性遷移温度(DBTT)を上昇させる。溶接部のDBTTは母材に比べ高い傾向にあり、W量増加によるDBTTの上昇が課題となる。そのために、母材及び溶接継手について、W量に対する機械的特性,耐硝酸性及びDBTT等の諸特性の依存性の評価試験を実施して、最適なWの組成範囲を検討した。

口頭

超高純度オーステナイトステンレス鋼の粒界腐食に及ぼす不純物の影響

井岡 郁夫; 鈴木 潤; 本岡 隆文; 木内 清; 中山 準平

no journal, , 

新たな複合溶製技術により、全有害不純物を100ppm以下に抑えた超高純度(EHP:Extra High Purity)オーステナイトステンレス鋼を開発した。EHP合金にP, S, B等の不純物元素を添加し試験材を作製した。試験材の沸騰硝酸中での粒界腐食と不純物元素量の相関性を調べ、粒界腐食に及ぼす不純物元素の影響を推定した。腐食速度と粒界腐食の間には高い相関性があることを確認した。新たな実験値を用いて予測式の検証を行い、予測値が実験値と比較的よく一致することを確認した。また、粒界腐食の発生に対して、不純物B, Pの影響が比較的大きいと考えられた。

口頭

高耐食性ステンレス材料SUS310EHPの開発,2; SUS310EHP鋼の粒界腐食評価

加藤 千明; 相馬 康孝; 上野 文義; 岡田 聖貴*; 蝦名 哲成*; 加納 洋一*; 中山 準平

no journal, , 

現在開発が進められている、高耐食性ステンレス材料SUS310EHP鋼の粒界腐食評価を行った。SUS310EHP鋼は不純物元素を低減することで耐粒界腐食性を向上させた高Crステンレス鋼である。沸騰硝酸中における粒界腐食試験から、ステンレス鋼の粒界腐食は微量元素のうちボロンの影響が顕著であることが明らかになった。微量元素を低減したSUS310E HP鋼は耐粒界腐食性が高く、沸騰硝酸中での高耐食材料として有望であることを明らかにした。

口頭

高耐食性ステンレス材料SUS310EHPの開発,1; SUS310EHP鋼の開発経緯と現状について

杉山 裕志*; 岡田 聖貴*; 蝦名 哲成*; 加納 洋一*; 相馬 康孝; 加藤 千明; 上野 文義; 中山 準平*

no journal, , 

再処理施設向け高耐食性材料として超高純度ステンレス鋼SUS310EHP(Extra High Purity)を開発しており、現行材料よりも優れた耐食性を有することを確認した。また、母材に係る各種データを取得し、規格化を行った。

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