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永江 勇二; 江沼 康弘*; 押切 正人*; 伊達 新吾*; 豊吉 晃*; 相澤 大器*; 小山 庸一*; 柳沢 祐介*
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 52(2), p.161 - 169, 2011/07
実証施設の蒸気発生器管板に改良9Cr-1Mo鋼極厚鍛鋼品の適用が検討されているが、本鍛鋼品はこれまでに製造実績のない大きさ,形状となることから、実規模レベルの試作材を製造し、その製作性及び機械的特性の確認を行った。本試作は次の2点に留意して計画を行った。本試作体は偏析低減の観点から
1800mmESR(エレクトロスラグ溶解法)鋼塊より製造し、実機製造時にも同種の鋼塊の使用を計画している。試作体と実機で鋼塊重量が異なるものの、試作体では実機相当の鋼塊性状が得られるものと思われる。また、試作体の熱処理に対して実機管板とほぼ同一の板厚形状及び熱処理条件を適用することにより、実機で予想される熱処理起因の機械的性質の板厚方向分布を模擬することが可能となる。
永江 勇二
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 52(2), p.125 - 134, 2011/07
改良9Cr-1Mo鋼を対象に、ヒステリシスエネルギー速度によるクリープ疲労寿命評価法の妥当性を評価した。ヒステリシスエネルギー速度と破損時間の関係は近似的にべき乗則で表される。圧縮保持においては、同じ試験温度の引張保持等の係数と比較し、Aの値が小さくなっていた。これは、見かけの破壊エネルギーが引張保持と比べて低下していることを意味しており、き裂の発生寿命や進展速度の減少と関係していると考えられる。ヒステリシスエネルギー速度に破損時間を乗じた値は、見かけの破壊エネルギーと考えられ、見かけの破壊エネルギーの変化もべき乗則で表される。見かけの破壊エネルギーの変化と金属組織変化との対応を評価した。その結果、破損時間の増加による見かけの破壊エネルギーの減少は、マルテンサイト・ラス組織の回復や等軸化と対応していることが考えられた。また、見かけの破壊エネルギーの変化に基づいたヒステリシスエネルギー速度による評価と比較して、時間消費則によるDDS案に従った評価は安全側の評価となる。相対的比較ではあるが、時間消費則による評価はそれと比べて安全側の予測となっており、高温構造設計としては妥当であると考えられる。
若井 隆純; 鬼澤 高志; 小原 智史; 中島 崇*; 横山 哲夫*; 伊勢田 敦朗*; 小雲 信哉*; 二神 敏*
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 52(2), p.171 - 181, 2011/07
先進ループ型ナトリウム冷却高速炉(JSFR)の蒸気発生器に適用予定の密着型2重伝熱管の製作性見通しを得ることを目的として、過去に製造実績のない改良9Cr-1Mo鋼製薄肉小径伝熱管の製作性見通しを、国内メーカーの有する既存の工業規模製造設備を用いた試作によって得るとともに、試作管に対する機械的試験や金属組織観察を通じて、所要の性能が具備されていることを確認した。また、試作管を用いて密着2重伝熱管を試作し、長さ15mまでの製作性見通しを得た。さらに、密着2重伝熱管に求められる内外管間の空隙幅,面圧及び等価熱伝導率を測定し、種々の製作パラメータについて検討するとともに、今後の課題を抽出した。
若井 隆純; 永江 勇二; 高屋 茂; 小原 智史; 伊達 新吾*; 山本 賢二*; 菊地 浩一*; 佐藤 健一郎*
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 52(2), p.147 - 159, 2011/07
FBR温度領域におけるType-IV損傷の顕在化について検討することを目的として改良9Cr鋼溶接継手長時間クリープ試験,クリープ疲労試験,破断後の溶接継手試験片の観察・分析等の強度データ取得及び破壊形態調査を実施した。
法によるクリープ寿命評価とそのパラメータに及ぼすV
Nb添加量の効果吉田 悠*; 光原 昌寿*; 池田 賢一*; 中島 英治*; 若井 隆純
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 47(10), p.109 - 113, 2006/07
VとNbの添加が高Crフェライト系耐熱鋼におけるクリープ挙動及び寿命に与える影響を調査し、その傾向をつかむために、VNb添加量を変化させた11種の材料に対し、クリープ試験を行った。そのデータを法により解析し、方位像顕微鏡による結晶方位解析結果と併せて、組織と法の二つのパラメータの相関について検討を行った。その結果、法による余寿命評価の有効性と、VNb添加量が法パラメータに及ぼす影響が大きいことが示された。また、Nb添加に伴い、マルテンサイト組織が変化することがわかった。
倉田 有司; 小川 豊*; 鈴木 富男; 新藤 雅美; 中島 甫; 近藤 達男*
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 36(2), p.149 - 156, 1995/07
高温ガス炉近似ヘリウム中、800、900及び1000
CでハステロイXRの長時間クリープ試験を行った。約50000時間までの試験結果は、長時間側においてもクリープ特性の著しい劣化を示さず、クリープ破断応力はHTTRの材料強度基準の設計破断応力の強さを十分上回っていた。破断寿命は、Larson-Millerパラメータを使って十分な精度で評価することができた。定常クリープ速度の応力指数は4.5~5.7であり、支配的なクリーププロセスは転位クリープであると判断される。ハステロイXRは高温ガス炉近似ヘリウム中で浸炭するが、長時間試験においてもクリープ破断特性の著しい劣化は認められなかった。長時間クリープ中に析出物は粗大化し、M
C型炭化物と考えられるMo-rich析出物とM
C炭化物と考えられるCr-rich析出物が共存した。
渡辺 勝利; 中島 甫; 佐平 健彰*; 丸七 香樹*; 竹入 俊樹*; 斉藤 貞一郎*; 高津 玉男*; 仲西 恒雄*; 小池上 一*; 樋口 洵*
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 33(2), p.227 - 242, 1992/00
ハステロイXR系合金の高温構造物用溶加材の開発を目指して、重回帰分析により合金設計を行った7種の溶加材を用いてハステロイXR系合金の溶接性およびTIG溶接部の高温強度特性を検討した。すなわち、溶接性に関しては溶着金属の化学分析、曲げ試験、フィスコ割れ試験、金属組織観察および硬さ測定、高温強度特性に関しては、引張試験およびクリープ試験を行った。得られた結果は、溶加材中のB量およびC量の最適化を図ることにより高温強度特性を損うことなく、溶接部の割れ感受性を低減できることが分った。また、クリープ破断時間に関して、実測値と重回帰分析により求めた予測値とが、比較的よく一致することから、提案した合金設計法の妥当性が明らかになった。
西山 裕孝; 深谷 清; 鈴木 雅秀; 衛藤 基邦; 庄子 哲雄*
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 32(2), p.169 - 175, 1991/00
400Cから500Cの範囲で最長5万時間まで熱時効を行ったHTTR圧力容器用21/4Cr-1Mo鋼について、硝酸カルシウム溶液中で計測したアノード分極曲線を用いた、粒界脆化の非破壊的な評価手法の検討を行った。そして、それらの結果とシャルピー衝撃特性の相関を考察し、本法のサーベイランス試験法としての適用可能性を示した。得られた主な知見は以下のとおりである。(1)アノード分極曲線中の2次ピーク電流密度の上昇量と、粒界脆化度は、時効温度に依存した一義的な相関が得られた。これにより、供用期間中の21/4Cr-1Mo鋼の遷移温度の上昇を非破壊的に診断できる。(2)上記(1)の相関においては、低温側の時効ほど同じ粒界脆化度に対する2次ピーク電流密度の変化が著しく、これは脆化に対してより実効的なPの偏析状態を敏感に反映した結果であると考えられた。
倉田 有司; 小川 豊*; 中島 甫
耐熱金属材料第123委員会研究報告 29(2), p.109 - 120, 1988/00
高温ガス炉用耐熱合金であるハステロイXRのクリープ特性に及ぼす1次冷却系ヘリウムの影響を調べるため、浸炭性ヘリウム雰囲気の効果を、950Cで調べた。試験に用いた4種のヘリウム中で、クリープ破断時間は、これまで高温ガス炉1次冷却系近似ガスとして用いてきた原研B型ヘリウムと同じか長くなった。酸素分圧が低く、安定なCr
O
酸化膜が形成しないような、COを含む浸炭性ヘリウムでは、浸炭量は多くなり、ハステロイXRのクリープ破断時間は長くなった。
倉田 有司; 小川 豊*; 中島 甫
耐熱金属材料第123委員会研究報告 29(2), p.97 - 107, 1988/00
高温ガス炉用耐熱合金であるハステロイXRのクリープ特性に及ぼす1次冷却系ヘリウムの影響を調べるため、ヘリウム中不純物が脱炭組成になった場合の効果を、950Cで調べた。試験を行った4種のヘリウム中、低酸素分圧、低炭素活量のヘリウムで脱炭が起こり、クリープ破断時間等のクリープ特性が著しく劣化した。高温ガス炉1次冷却系において、Crの相安定図を用いることにより、ハステロイXRの脱炭の予測が可能であり、脱炭を防ぐための不純物制御の方向を示した。また、不純ヘリウム中における脱炭、浸炭と酸化の機構を表わすモデルを提案した。
木内 清; 菊地 正彦; 近藤 達男
耐熱金属材料第123委員会研究報告 29(2), p.177 - 188, 1988/00
SUS316等のオーステナイトステンレス鋼は、原子炉炉心構造材料に使用されているが、元来実用温度におけるオーステナイトの相安定性が低い材料である。特に重照射高温水環境のように多重の格子欠陥の生成を伴う低温超時間時効条件下では、炭化物析出に伴う鋭敏化と共に相変化やそれに付適した材質劣化が懸念される。加工及び熱処理等の中間製造工程を変えたSUS304及びSUS316の市販組成材について、0~50%の冷間加工を加え300~650Cの範囲で最高1万時間までの時効を行い、金属組織変化と耐食性及び機械的性質の関連性を検討した。
木内 清; B.Harald*; 菊地 正彦; 関 昌弘; 荒木 政則
耐熱金属材料第123委員会研究報告 29(2), p.189 - 197, 1988/00
実験炉以降の水冷却型核融合実験炉の設計では、冷却効率及び維持管理上の点から、真空第一壁材が直接プラズマと面する構造を考えている。これまで第一壁材の開発には、対照射性、中高温の機械的性質等が中心に検討されていたが、プラズマとの両立性とくにデイスラプションのような高熱流束に対する健全性も重要な因子の一つと考えられる。本研究では、高熱流束下の健全性としてステンレス鋼の凝固割れや高温変形割れに対する抵抗性と合金の組成・構造の関連性を明らかにするために、Cr当量とNi当量の比、C、Si、P等の微量合金元素を変えたオーステナイト、二相及びフェライトの各字について数種の合金を選定し、中性粒子照射装置を用いて、60KV、31Aの水素ビーム照射試験を行った。
木内 清; 石山 孝; 菱沼 章道
耐熱金属材料第123委員会研究報告 29(2), p.231 - 239, 1988/00
現在の設計対象である水冷却型核融合炉の第一壁材は耐照射性、中高温強度と共に、高温水との両立性及び高熱流束下の健全性が優れていることが必要である。これまでの候補材料であるSUS316鋼や耐スウエリング性に優れたPCAは、被者の性質に問題がある。この点から、上記の諸性質を総合的に満足する合金開発を行うために、これまでのスウエリングデータを再検討し、スウエリング機構を溶質元素の科学的相互作用の観点から解明すると共に合金設計と中間製造工程の複合手法による新合金開発を行った。
山之内 直次*; 島田 透*; 東浦 久雄*; 田村 学*; 松尾 孝*; 菊池 實*
耐熱金属材料第123委員会研究報告 29(2), p.265 - 273, 1988/00
30Cr-50Ni-2Mo合金(30%Cr-50%Ni-2%Mo-0.2%Ti-0.02%Zr-Fe)は、高温において優れた耐食性を示すだけでなく、クリープ破断強度も17-14CuMo鋼なみに高い優れた合金である。とくに、クリープ破断強度が従来の合金では大きく低下する高温長時間側において、強度の低下量は小さい。しかし、この開発合金の特徴である長時間で安定した強度を有する理由については検討が加えられていない。そこで、本研究ではこの開発合金の時効材およびクリープ試験材について系統的な組織調査を行い、組織学的な特徴を明らかにして、粒内析出b・c・c・Cr相の分散強化が有効に働いていること、高温・長時間側においてクリープ破断強度が大きくは低下しないのはCr析出相の分散状態が安定であることによることを明らかにした。
倉田 有司; 小川 豊
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 28(2), p.213 - 220, 1987/00
ハステロイXRおよびXR-IIのクリープ特性に及ぼす冶金的因子のうち、特に影響の大きいと考えられる結晶粒度と固溶化温度について調べた。二段熱処理を施した試料を用いることにより、この二つの因子を分離して検討するこを試み、以下の結果を得た。(1)900Cの破断時間には結晶粒度と固溶化温度の両者が関係するが、700Cでは固溶化温度のみが関係した。(2)固溶化温度を一定とした試料を用いると、900Cでは定常クリープ速度の結晶粒度依存性が認められたが、700Cでは認められなかった。900Cのデータは粒界における転位の発生消滅モデルを支持するものであった。(3)ポロンはクリープ速度を低くし、破断延性を高めたが、破断時間や定常のクリープ速度の固溶化温度依存性は高くなった。
鈴木 雅秀; 古平 恒夫; 奥 達雄; 深谷 清
日本学術振興会耐熱金属材料第123委員会研究報告, 27(1), p.11 - 20, 1986/00
原研で開発中の多目的高温ガス実験炉では、圧力容器の使用温度が約400Cとなり、圧力容器材として2 1/4Cr-1Mo鋼が使われることが予定され、検討が加えられている。本報告は2 1/4Cr-1Mo鋼の材料特性の評価をする上で最も基本となる長時間時効特性について一連の実験結果を整理したものである。 以下に得られた結論を列挙する。VHTRの寿命期間で、 1)室温強度の低下は、AN材、NT材ともに軽微であると考えられる。 2)高温強度については、NT材では軽微であるが、AN材では500C以上の試験温度での強度低下が顕著となる。 3)NT材では延性脆性遷移温度の上昇が起こり、破面解析より、寿命末期(400C,20万時間と想定)で60C程度の上昇が予想される。
木内 清; 近藤 達男
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 20(1), p.49 - 58, 1979/00
HTR近似ヘリウム中の高温クリープは、他の環境特に酸化が主体である大気、真空とは異なった挙動を示す。このクリープ変形傾向について、Williamsのモデルを用いて解析を行った。この結果、大気、真空のデータは、ほぼ同一直線上に並び、このモデルがそのまま適用出来ることが分かった。一方ヘリウム中は、定常クリープの2段目の遷移点までの過程と、以後の過程に分けて上記モデルを適用すれば、同様な直線関係が成立する。すなわち大気、真空では、全クリープ変形を1段の律速過程で説明でき、環境は同時作用的に影響する。一方ヘリウムでは、2段の律速段階で説明出来る。また、このようなヘリウム環境の効果は、材料の耐食性とも密接に関係する。通常の市販材ハステロイ-Xとヘリウム中耐食性改良材XRとを比較した結果、XRでは、特に保護皮膜が安定な領域である定常クリープの特性はXに比し、かなり改良されることが分かった。これは、内部酸化の抑制と保護皮膜の安定性と関係している。
磯部 晋*; 近藤 達男
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 20(1), p.93 - 102, 1979/00
純度の高い0~35at%Cr-Ni二元合金について、1000CのVHTR近似He中で、1000hrまでの腐食試験を行い、耐食柱におよぼすCrの効果を検討して次のような知見を得た。(1)合金の重量増加はCr含有量が高いものほど大きく、重量変化の放射線速度定数は、Cr含有量が高くなるにつれて、指数関数的に増大する。(2)腐食生成物の主体はCrOであるが、合金のCr含有量が高くなるにつれて、その形態は平板状から片状、さらには針状に変り、内部保護性が小さくなる。(3)高Cr合金ほど酸化速度が大きくなるのは、合金のCr含有量が高くなるにしたがって、CrO中のCrの拡散速度が増大し、Crの蒸発も起こるためであると考えられる。以上のべたように、強酸化性雰囲気中では耐熱合金に耐食性を付与するCrも、単独ではVHTR-He中における酸化の進行を抑制する作用を示さない。
渡辺 勝利; 小川 豊; 菊地 正彦; 近藤 達男
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 20(3), p.283 - 290, 1979/00
中性子照射したハステロイ系合金の高温延性の低下はこれまで主として
B(n,
)
Liなる核変換反応によるヘリウム生成との関係から検討されてきた。しかしながら、比較的高い熱中性子照射領域での結果はこの関係からのみでは説明できない。これには上の反応に加えて、
Ni(n,
)
Ni(n,)
FeなるNi2段反応を導入することにより説明が可能であることを実験データと対比させて検討した。これにより比較的高い熱中性子照射領域での高温延性の低下を矛盾なく説明できることを明らかにした。
中島 甫; 磯部 晋*; 渡辺 勝利; 近藤 達男
耐熱金属材料第123委員会研究報告, 20(2), p.195 - 211, 1979/00
高速炉の燃料被覆材に対する要求性能は実証炉の設計が具体化するにつれて一段と厳しくなる傾向にある。とくに現用SUS316鋼または高速炉用に微量成分を調整した改良316鋼を使用する場合は,製品の不可避的なばらつきを考えると、(1)クリープ強度(2)耐スウェリング性の面で性能の余裕度が不足している可能性がある。さらに316鋼などのオーステナイト系ステンレス鋼では高速炉の炉心温度域で試用期間中に,炭化物や相の解出のような固相反応が進行することを避けることはできない。こうした変化を考えに入れると、(1)クリープ強度(2)耐スウェリング性(3)ヘリウム脆化抵抗性は実際の使用条件下では,溶体化処理あるいは短時間事項した材料で得た試験結果よりもさらに低くなると見えなければならない。したがって上記諸性能をバランスよく兼ね備えた,より安定な新材料の出現が望まれている。