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論文

High temperature reaction tests between high-Cr ODS ferritic steels and U-Zr metallic fuel

大塚 智史; 皆藤 威二; 鵜飼 重治*; 井上 賢紀; 奥田 隆成*; 木村 晃彦*

Journal of Nuclear Materials, 441(1-3), p.286 - 292, 2013/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.81(Materials Science, Multidisciplinary)

高Cr-ODS鋼とU-Zr金属燃料の高温反応試験を実施した。高Cr-ODS鋼にAlを添加することで、反応開始温度が約50K向上することがわかった。既存の熱力学データに基づく活量計算を行った結果、Al添加による界面のalpha-Zr層の安定化が反応抑制に寄与している可能性が示された。

論文

Corrosion resistance of Al-alloying high Cr-ODS steels in stagnant lead-bismuth

高屋 茂; 古川 智弘; 井上 賢紀; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; 木村 晃彦*

Journal of Nuclear Materials, 398(1-3), p.132 - 138, 2010/03

 被引用回数:33 パーセンタイル:5.47(Materials Science, Multidisciplinary)

ODSフェライト鋼は、優れた高温強度を有し、燃料被覆管の候補材であるが、LBEとの共存性がADS及びLBE冷却FBRにおける一つの課題である。Al添加とCr増加は、共存性に良い影響を与えると考えられるが、Al添加は高温強度の低下を招き、Cr増加は時効脆化が懸念される。そのため、耐食性と高温強度をバランスさせる最適なAl添加量とCr増加量を求める必要がある。本研究では、LBE中溶存酸素濃度10$$^{-8}$$wt%, 650$$^{circ}$$Cの条件で3000時間,LBE中に浸漬された試験片の断面観察をSEM及びオージェ電子分光法により実施した。その結果、複合酸化物/内部酸化層と母材の間に連続的に非常に薄いAl酸化膜が形成され、そのようなAl酸化皮膜がさらなる複合酸化物/内部酸化層の成長を抑制していることがわかった。Al濃度が2から4wt%に増加することにより酸化皮膜の平均厚さが、薄くなる傾向があった一方、Cr濃度への依存性はほとんど確認できなかった。さらに、5000時間の腐食試験を実施した。これらの材料は、10$$^{-8}$$wt%, 650$$^{circ}$$Cの条件でも優れた耐食性を示した。3.5wt%のAl添加は耐食性の向上に大変有効である。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 4; Mechanical properties at elevated temperatures

古川 智弘; 大塚 智史; 井上 賢紀; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; 藤澤 敏治*; 木村 晃彦*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9221_1 - 9221_7, 2009/05

われわれの研究グループでは、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鋼の高温における機械的強度特性について評価した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 1; Introduction and alloy design

木村 晃彦*; 笠田 竜太*; 岩田 憲幸*; 岸本 弘立*; Zhang, C. H.*; Isselin, J.*; Dou, P.*; Lee, J. H.*; Muthukumar, N.*; 奥田 隆成*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9220_1 - 9220_8, 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鋼の合金設計について評価した結果について報告する。

論文

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。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 3; Development of high performance attrition type ball mill

奥田 隆成*; 藤原 優行*; 中井 辰良*; 柴田 憲一*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 藤澤 敏治*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9229_1 - 9229_4, 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鋼の高性能アトライタについて強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 6; Corrosion behavior in SCPW

Lee, J. H.*; 木村 晃彦*; 笠田 竜太*; 岩田 憲幸*; 岸本 弘立*; Zhang, C. H.*; Isselin, J.*; Dou, P.*; Muthukumar, N.*; 奥田 隆成*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9223_1 - 9223_6, 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鋼の超臨界水における腐食について強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 5; Mechanical properties and microstructure

笠田 竜太*; Lee, S. G.*; Lee, J. H.*; 大村 高正*; Zhang, C. H.*; Dou, P.*; Isselin, J.*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9072_1 - 9072_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鋼の機械的性質と組織について強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 7; Corrosion behavior and mechanism in LBE

佐野 浩行*; 藤澤 敏治*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 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.9308_1 - 9308_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LBEにおける腐食について強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 8; Ion irradiation effects at elevated temperatures

岸本 弘立*; 笠田 竜太*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; 藤澤 敏治*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9219_1 - 9219_8, 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鋼の高温イオン照射効果について強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 9; Damage structure evolution under electron-irradiation

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.9307_1 - 9307_4, 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鋼の電子線照射による組織損傷について強化した結果について報告する。

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。

論文

Corrosion behavior of Al-alloying high Cr-ODS steels in lead-bismuth eutectic

高屋 茂; 古川 智弘; 青砥 紀身; M$"u$ller, G.*; Weisenburger, A.*; Heinzel, A.*; 井上 賢紀; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 386-388, p.507 - 510, 2009/04

 被引用回数:34 パーセンタイル:5.58(Materials Science, Multidisciplinary)

Al(0$$sim$$3.5wt%)とCr(13.7$$sim$$17.3wt%)を含むODS鋼と、12Cr鋼の停留鉛ビスマス(LBE)中での耐食性を調べた。試験条件は、ODS鋼については、LBE中溶存酸素濃度が10$$^{-6}$$と10$$^{-8}$$wt%,温度が550と650$$^{circ}$$C,浸漬時間は3,000時間まで、12Cr鋼については、LBE中溶存酸素濃度が10$$^{-8}$$wt%,温度が550$$^{circ}$$C,浸漬時間は5,000時間まである。Alを約3.5wt%,Crを13.7$$sim$$17.3wt%含むODS鋼は、表面に保護的なAl酸化膜が形成された。Alの添加は、ODS鋼の耐食性向上にとても効果があることがわかる。一方、Crを16wt%を含み、Alを含まないODS鋼については、溶存酸素濃度が10$$^{-6}$$wt%,温度が650$$^{circ}$$Cの場合を除き、十分な耐食性を有しなかった。単にCrを増量しただけでは、耐食性の向上は期待できないと思われる。

報告書

「もんじゅ」制御棒用シュラウド管思索試験

碇本 岩男*; 加藤 潤吾*; 奥田 隆成*

JNC-TJ4440 2001-004, 53 Pages, 2002/03

JNC-TJ4440-2001-004.pdf:2.67MB

「もんじゅ」制御棒の長寿命化のためには、B4Cペレットのリロケーションを抑制することが重要であり、B4Cペレットの周囲にシュラウド管を設置することが有効であることが判明している。「もんじゅ」では600日(高燃4サイクル)寿命を目指しており、従来の管形状のシュラウド管では、シュラウド管の破損の可能性が高く、リロケーション抑制効果を担保するため、二重C型シュラウド管の採用を計画している。本研究は、薄肉、スリット付、二重構造のC型シュラウド管を試作し、実機仕様を満足する製作性、検査性があることを確認する目的で実施したものであり、主な成果は以下の通りである。(1)C型シュラウド管を試作するために、実機条件を考慮して、内側、外側シュラウド管の仕様を設定した。(2)内側、外側シュラウド管の製作方法を策定し、試作を行った。(3)試作した内側、外側シュラウド管を対象に、試験検査を実施し、全試験検査項目の規定値満足していることを確認した。(4)本研究の成果により、長寿命化のキー技術の一つであるC型シュラウド管の製作、検査性についての課題は解決することができた。

報告書

分散強化型フェライト鋼被覆管用素管の製造評価 - 強度及び再結晶特性評価試験 -

奥田 隆成*; 原田 誠*; 安部 勝洋*

JNC-TJ9400 99-009, 169 Pages, 1999/06

JNC-TJ9400-99-009.pdf:15.17MB

フェライト系およびマルテンサイト系ODS鋼被覆管について、ミクロ組織、周方向引張、クリープ破断強度および再結晶粒の方位解析、酸化物粒子の分散状態の評価を行い、以下の成果が得られた。(1)組織評価フェライト系では横断面は等軸粒であるが、縦断面では管軸方向に伸張した結晶粒となり、Ti、Y2O3量が増すほど伸張の程度は大きくなった。20%冷間加工材では高密度の転位が観察され、組成によらずHV50程度の硬さ上昇が認められた。マルテンサイト系では縦、横断面とも微細等軸粒であった。M91鋼の場合は転位密度の低いフェライト組織であった。焼きならし処理後の冷却が遅かったためと推定される。M92鋼はマルテンサイト組織でM91鋼より硬かった。(2)周方向引張性質フェライト系では一様伸びは400$$^{circ}C$$で最も低かった。マルテンサイト系ではTi量の高いM92鋼の方が高い強度を示し、延性も目標値を十分満足した。(3)クリープ破断強度評価フェライト系ではTi、Y2O3量が増すほど700$$^{circ}C$$の内圧クリープ破断強度は上昇した。マルテンサイト系ではTi、Y2O3量増加によって従来材より破断強度が上昇することが確認された。(4)フェライト系ODS鋼の再結晶特性評価分散粒子量が多くなるほど、冷間圧延・熱処理(再結晶)の繰り返しによって、再結晶の起こりにくい(hkl)〈110〉が安定方位として集合組織を形成する傾向が強くなることが明らかとなった。(5)酸化物粒子分散状態の評価組成から計算した粒子体積率と分散粒子の観察結果を組み合わせて求めた平均粒子表面間距離に基づき導出したしきい応力はほぼ妥当な値となった。

報告書

分散強化型フェライト鋼被覆管製造技術開発,VII A

藤原 優行*; 原田 誠*; 奥田 隆成*; 中村 重治*; 溝口 満*

PNC-TJ9058 97-001, 110 Pages, 1995/10

PNC-TJ9058-97-001.pdf:14.69MB

分散強化型(ODS)フェライト鋼は、優れた高温クリープ強度と耐照射性に優れていることから大型高速増殖炉の燃料被覆管材料として開発が進められている。本年度の開発目標は再結晶組織が得られる合金成分の被覆管を試作し、その機械的特性が以下の値を満足していることである。1) 650$$^{circ}$$C,10000時間における内圧クリープ破断強度が200MPa以上であること。2)400$$^{circ}$$Cでの周方向の引張一様伸びが1%以上であること。3)燃料被覆管を製造するのに十分な冷間加工性、再結晶特性を有すること。分散強化型マルテンサイト鋼については、9%から11%Cr鋼を対象に加工熱処理条件と加工性の関係を検討した。得られた成果を要約すると、(1)ODSフェライト鋼に関しては、1)冷間圧延と焼鈍を繰り返すことにより、高速原型炉サイズ(6.5$$phi$$$$times$$0.47t)の被覆管が得られる可能性を見出した。2)圧延と焼鈍を繰り返すことによって、圧延方向に沿って割れが発生しやすくなる傾向が認められた。割れの発生原因と対策を明らかにし、管圧延に成功した。3)最終焼鈍材は完全に再結晶しておらず、一部未再結晶組織となっていた。(2)ODSマルテンサイト鋼に関しては、1)焼きならし後、炉冷することによって被覆管加工に十分な硬さに軟化することが分かった。2)低炭素9Cr鋼はフェライト単相となり、1200$$^{circ}$$C以上の焼鈍で著しい軟化が認められ、12Crフェライト鋼と同様の特性を示した。

報告書

高速炉炉心構成要素用改良オーステナイト鋼(PNC1520)材料強度基準案(暫定値)

奥田 隆成*

PNC-TN9410 90-051, 56 Pages, 1990/04

PNC-TN9410-90-051.pdf:0.59MB

本報告書は,高速炉の炉心構成要素に用いられる改良オーステナイト鋼(PNC152について,各担当課室で策定された材料強度基準案(暫定値)を取りまとめたものである。策定された各項目の適用範囲,データベースおよび策定方法については,解説編(1)$$sim$$(4)を参照していただきたい。

口頭

高耐食性スーパーODSフェライト鋼の模擬FP反応試験

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

no journal, , 

高燃焼度化に伴い重要となる燃料-被覆管化学的相互作用(FCCI)に対する耐食性の付与を重要課題の一つと位置付け、鉛ビスマス冷却高速炉(LBE-FR)と超臨界圧水冷却高速炉(SCW-FR)用の高耐食性ODSフェライト鋼被覆管の開発を進めている。原子力機構での従来研究により、FCCIには反応性の高いCs, TeとIが関与すること、及び模擬FPとしてCsOH/CsI混合物を用いた場合に炉内でしばしば観察される内面腐食に近い形態が観察されることがわかっている。本研究では、高耐食性ODSフェライト鋼の成分設計に関する指針を得るため、模擬FPとしてCsOH/CsI混合物を用い、Cs, Iとの反応性に及ぼすCr濃度とAl添加効果の評価を行った。本検討により、Crの増量もしくはAlの減量に伴い耐模擬FP反応性が向上することがわかった。また、Alを添加した場合でもCrを増量すれば、SUS316以上の優れた耐FCCI特性を確保できる見通しが得られた。

口頭

原子力システム高効率化に向けた高耐食性スーパーODS鋼の開発,2; 強度特性とナノ・メゾ組織制御

古川 智弘; 大塚 智史; 井上 賢紀; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; 藤澤 敏治*; 木村 晃彦*

no journal, , 

計21鋼種のスーパーODS鋼候補材を対象に、高温引張試験,クリープ試験,高温低サイクル疲労試験及び衝撃試験を実施した。耐食性の向上に有効なAlを添加することで高温強度は低下するものの、熱間押出温度の低温化,W添加による固溶強化、さらには高温強度低下を誘発するY-Al複合酸化物の形成抑制効果を狙った活性金属元素の添加等が高温強度の改善・向上に有効であることがわかった。

口頭

原子力システム高効率化に向けた高耐食性スーパーODS鋼の開発,4; 鉛ビスマス中耐食性評価

高屋 茂; 古川 智弘; 青砥 紀身; 井上 賢紀; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*; 大貫 惣明*; 木村 晃彦*

no journal, , 

「原子力システム高効率化に向けた高耐食性スーパーODS鋼の開発」において、スーパーODS鋼候補材の鉛ビスマス中での耐食性を評価するために実施した長時間腐食試験結果について報告する。

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