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論文

HCM12A oxide layer investigation using scanning probe microscope

菊地 賢司*; Rivai, A. K.*; 斎藤 滋; Bolind, A. M.*; 小暮 亮雅*

Journal of Nuclear Materials, 431(1-3), p.120 - 124, 2012/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.65(Materials Science, Multidisciplinary)

450$$^{circ}$$C-500$$^{circ}$$C, 5,500時間の鉛ビスマス中で形成されたフェライト・マルテンサイト鋼HCM12Aの酸化物層を走査プローブ顕微鏡(SPM)により観察した。EDX観察の後、走査プローブ顕微鏡を用いて、酸化物層と母材部を表面電位モードと位相遅れ測定により解析した。従来、酸化物層の形成機構は、高温の鉛ビスマスに対して耐食性を持つことが期待される酸化物の安定性を理解するため、元の母材表面位置、酸素の移動経路及び鉄の拡散といった観点から研究されてきた。本研究における新しい発見は、微細構造観察モードでは見えない(FeCr)$$_{3}$$O$$_{4}$$とFe$$_{3}$$O$$_{4}$$の境界が表面電位モードでは検出できたことである。スピネル層は低表面電位として母材領域と区別できるが、スピネル層とマグネタイト層の境界付近では、表面電位は境界線に相当する細い経路を除き、連続であるように見える。また、微細構造観察モードでは見えなかった、スピネル層とマグネタイト層を貫通している帯状構造が見つかった。

論文

Effect of cold working on the corrosion resistance of JPCA stainless steel in flowing PB-Bi at 450$$^{circ}$$C

Rivai, A. K.*; 斎藤 滋; 手塚 正雄*; 加藤 千明; 菊地 賢司*

Journal of Nuclear Materials, 431(1-3), p.97 - 104, 2012/12

 被引用回数:10 パーセンタイル:60.5(Materials Science, Multidisciplinary)

鉛ビスマスを核破砕ターゲット及び冷却材として用いる加速器駆動核変換システム(ADS)の開発において、高性能な陽子ビーム窓材料の開発は重要な課題の一つである。本研究では、オーステナイトステンレス鋼(JPCA)に20%の冷間加工を加え、腐食挙動の観点から研究を行った。20%冷間加工JPCAの腐食試験は、材料試験ループ1号(JLBL-1)で行った。最高温度,温度差及び試験時間はそれぞれ450$$^{circ}$$C, 100$$^{circ}$$C, 約1L/min.及び1,000時間である。比較のため、冷間加工されていないJPCAの腐食試験も同じ条件で行った。結果は、JPCAの冷間加工の有無により腐食挙動に違いがあることを示した。冷間加工なしのJPCAでは、母材の構成元素が鉛ビスマス中に溶解することで形成されるフェライト層を通って鉛ビスマスが母材へ進入した。20%冷間加工JPCAでは、腐食は部分的で、局所的なピッティング腐食が形成された。腐食挙動の違いは、冷間加工が$$gamma$$-オーステナイト相から$$alpha$$'-マルテンサイト相への相変態を誘発するためであり、これがJPCAの流動鉛ビスマス中での耐食性に影響を与えることがわかった。

口頭

Corrosion behavior of high Cr-ODS steels in flowing lead-bismuth at JLBL-1

Rivai, A. K.; 斎藤 滋; 加藤 千明; 手塚 正雄; 菊地 賢司*; 木村 晃彦*

no journal, , 

Corrosion test of high chromium-ODS (oxide dispersion strengthened) steels with and without containing aluminum was carried in flowing lead-bismuth at JLBL-1. Investigation after 1000 hrs run at 450 $$^{circ}$$C showed no severe penetration of lead-bismuth into all parent material. Moreover, a formation of very thin oxide layer on their surfaces was observed.

口頭

Compatibility of cold work-treated JPCA steel and its TIG welding with flowing Pb-Bi

Rivai, A. K.; 斎藤 滋; 加藤 千明; 手塚 正雄; 菊地 賢司*

no journal, , 

Corrosion test of cold work-treated JPCA steel and its TIG (tungsten inert gas) welding was carried in flowing Pb-Bi at 450$$^{circ}$$C for 1000 hours. As comparison, JPCA without cold work treatment was also tested. The results revealed that cold work treatment limited a dissolution attack from flowing Pb-Bi. At TIG weld part superficial erosion was found with no cracks or damages occurred.

口頭

鉛ビスマス中で形成されたHCM12A鋼酸化皮膜構造のAFM観察

菊地 賢司*; Bolind, A.*; Rivai, A. K.; 斎藤 滋; 小暮 亮雅*

no journal, , 

加速器駆動未臨界炉(ADS)では溶融した鉛ビスマスが核破砕中性子源と冷却材を兼ねる。そのため、ビーム入射窓及び構造材料と鉛ビスマスの共存性は重要な課題の一つである。材料の鉛ビスマスによる腐食特性を明らかにするために、鉛ビスマス中で形成されたフェライト鋼(HCM12A)の酸化皮膜構造を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察した。供試材は三井造船の鉛ビスマス流動ループの試験ホルダー(外径48mm,肉厚3mm)の一部であり、450$$sim$$500$$^{circ}$$Cで5,500時間の試験実績を有する。酸化皮膜はほぼ一様に形成され、厚さは17$$mu$$m(スピネル約9$$mu$$m,マグネタイト約7$$mu$$m)である。試料は供試材を切断後、樹脂埋め、研磨して作製した。酸化皮膜構造はAFMの表面凹凸探査のダイナミックモード,電位差モード,磁化探針による位相遅れモードを用いて観察した。その結果、酸化皮膜内の電位ポテンシャルや磁気力分布など内部構造に関する有用な情報が得られた。

口頭

Investigation of early oxide-layer formation using neutron reflectometer

Rivai, A. K.; Bolind, A. M.*; 斎藤 滋; 山崎 大; 菊地 賢司*

no journal, , 

Investigation of early oxide-layer formation has been done using the neutron reflectometer, i.e., SUIREN (apparatus for Surface and Interface investigations with Reflection of Neutrons), at the nuclear reactor research JRR-3 of JAEA. The tested materials were pre-oxidized, solution-annealed, JPCA steel specimens. Two types of early oxide layers were investigated, i.e., oxidation in air at 900$$^{circ}$$C for 1 minute and oxidation in air at 450$$^{circ}$$C for 75 hours. The results showed that the neutron reflectometer was able to detect the early formation of oxide layers.

口頭

Effect of cold working on the corrosion resistance of JPCA steel in flowing Pb-Bi at 450$$^{circ}$$C

Rivai, A. K.; 斎藤 滋; 大林 寛生; 手塚 正雄*; 加藤 千明; 菊地 賢司*

no journal, , 

In the present study, we applied 20% cold work treatment to the JPCA austenitic steel and investigated it from the corrosion behavior viewpoint. The cold worked-JPCA was tested in JLBL-1 corrosion test apparatus with 450$$^{circ}$$C of Pb-Bi for 1000 hours. As for comparison analysis, JPCA steel without cold working was also tested in the same time and condition. The results showed that Pb-Bi penetrated into the matrix of JPCA steel without cold working through a ferrite layer which was formed because of nickel and chromium dissolution. As for the cold worked-JPCA, dissolution attack occurred partially and formed localized superficial pitting corrosion. Therefore, the cold working circumscribed a dissolution attack by Pb-Bi. It was found that the different corrosion behavior occurred because the cold working induced structure transformation of the austenitic. By using MFM (Magnetic Force Microscope), magnetization of the cold worked-JPCA was revealed.

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