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広田 憲亮; 中野 寛子; 武田 遼真; 井手 広史; 土谷 邦彦; 小林 能直*
材料の科学と工学, 61(6), p.248 - 252, 2024/12
SUS304Lステンレス鋼の0.2%耐力に関する比較分析により、ひずみ速度が低下するほど、温度が上昇するほど、0.2%耐力は著しく低下することが明らかとなった。一方で結晶粒径を68.6
mから0.59mに微細化した場合における低ひずみ速度下での0.2%耐力への強度低下率の影響は小さかった。しかし、結晶粒微細化は、室温に比べて原子炉運転温度下での0.2%耐力低下には影響を及ぼした。粒内応力腐食割れ(SCC)を促進する条件下での低ひずみ速度引張試験では、28.4m以下の結晶粒径を持つSUS304Lに対しては、原子炉運転温度下での破断ひずみと同等の値を示したが、粗粒のSUS304Lでは破断ひずみが低下した。微細構造解析では、より結晶粒が微細な材料で87%以上の延性破面が観察され、特に0.59mの結晶粒径を持つSUS304Lでは{111}/
3粒界が数多く存在する一方で、結晶粒径が大きくなるにつれてその割合が減少していた。これらの結果は、結晶粒微細化により、{111}/3粒界の増加を通じて、腐食の進行が遅延し、粒内SCCが抑制されたことを示唆している。
相馬 康孝; 小松 篤史; 五十嵐 誉廣
第71回材料と環境討論会講演集(CD-ROM), p.253 - 256, 2024/11
ステンレス鋼のすき間内に浸入したClイオンは外界を高純度水中としても濃度拡散通りに散逸しない(導電率が低下しない)こと、及びこの原因がすき間内外における電気化学反応に起因する可能性があることを前報において報告した。そこで本研究では、イオン挙動を更に解析するために、一般的な高純度水中でどの程度のイオン濃縮駆動力が生じるかを実験及びモデル計算によって調べた。実験の結果、50
Cの高純度水中では脱気環境及び大気開放環境共にSUS316Lステンレス鋼すき間内の導電率が約100S/cm(バルク水の100-1000倍)になり、モデル解析の結果、これは主にすき間内で発生した金属カチオンとすき間試験片組立時に存在した溶存酸素の還元による水酸化物イオンにより導電率が上昇したと推測された。導電率の上昇速度からすき間内の金属の溶解度速度は約10nA/cm
程度であると推測された。
Harjo, S.; Gong, W.; 相澤 一也; 山崎 倫昭*; 川崎 卓郎
日本材料学会第58回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.58 - 60, 2024/07
The experiment and analysis procedures for a sample exhibiting multimodal structures were outlined. The sample, a Mg
Zn
Y
alloy, initially comprised two phases: the HCP 
matrix (Mg) and the long-period stacking ordered phase (LPSO), constituting approximately 25% of the volume. Through hot extrusion at 623 K with an extrusion ratio (R) of 5.0, the alloy was rendered multimodal. Specifically, at an R value of 5.0, dynamic recrystallization occurred partially within the Mg phase, resulting in a bimodal microstructure. This microstructure consisted of a deformed Mg component and a recrystallized Mg component. An analysis employing Electron Backscatter Diffraction (EBSD) data facilitated multimodal characterization, enabling successful determination of stresses within the individual Mg components, as well as the LPSO phase stress.
Harjo, S.; Gong, W.; 川崎 卓郎
日本材料学会第58回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.51 - 54, 2024/07
In-situ neutron diffraction was used to study tensile deformation in an extruded AZ31 alloy. The aim was to validate existing methods and develop new ones for stress evaluation in magnesium alloys. Results showed varied increases in lattice strains among grains, posing challenges for conventional procedures. A new method, considering grain volume fraction and multiple orientations, proved highly accurate. When simultaneous hk.l peaks weren't available, the 12.1 peak was recommended for stress evaluation, showing a linear relationship with applied stress throughout deformation.
涌井 隆; 高岸 洋一*; 二川 正敏
材料, 73(6), p.520 - 526, 2024/06
キャビテーション損傷は、高強度パルス中性子源の水銀ターゲット容器の構造耐久性を予測する上で重要な因子の1つである。水銀ターゲット容器の運転条件を模擬した入力強度でのピット形状の数値解析と基礎実験の比較に基づいて、キャビテーション気泡の崩壊は、衝撃速度160
200m/sのマクロジェットが発生し、衝撃圧力34GPaが負荷していることが推定された。また、キャビテーション気泡の攻撃性、成長した気泡の最大径の分布及び水銀中の気泡の空間的分布を考慮すると、入力強度のおよそ4乗に比例することが統計的に理解することができた。
高橋 里栄子*; 谷口 直樹
材料と環境, 73(6), p.153 - 163, 2024/06
地層処分環境での地下水中の炭酸塩濃度上限と想定される0.1-0.5mol/dm
の条件を対象に温度をパラメータとしてNaHCO
水溶液中で炭素鋼のSSRT試験を行った。伸び比など機械的特性への温度の影響は見られなかったが、破面率では303、323Kの低温でSCC感受性が高くなると判断された。その要因として低温での再不動態化の抑制が示唆された。また、低温で粒界型、高温で粒内型のSCCが支配的になる傾向がみられた。
佐藤 智徳; 端 邦樹; 加藤 千明; 五十嵐 誉廣
材料と環境, 73(4), p.102 - 109, 2024/04
放射線照射下でのSCCき裂水質における溶存酸素濃度の寄与と深さ方向の水質分布を評価するため、隙間付与ステンレス鋼のガンマ線照射下試験およびラジオリシス解析を実施した。その結果、溶存酸素濃度によらず隙間内全域にFe
Oが形成されることを確認した。また、照射下では、き裂内でラジオリシスにより直接生成された酸化剤種は被膜成長で消費され、放射線環境下でもき裂内ではアニオン濃縮が発生することが推定された。
奈良 禎太*; 柏谷 公希*; 桶谷 和生*; 藤井 宏和*; Zhao, Y.*; 加藤 昌治*; 青柳 和平; 尾崎 裕介; 松井 裕哉; 河野 勝宣*
材料, 73(3), p.220 - 225, 2024/03
岩盤中においては、その中に含まれる亀裂が地下水流動や物質移動の主な移行経路となる。このような亀裂に粘土鉱物のような微細な粒子が充填すると、岩盤の透水係数が低下することが室内試験により確認されている。本研究では原位置においても同様の現象が発生するかを確認するため、瑞浪用地の深度300mにおいて岩盤中に粘土を含む水を注入し、岩盤の透水性の変化を測定した。原位置試験では粘土を含む水の注入により、2オーダーの透水性の低下が確認され、原位置においても粘土鉱物のような粒子の亀裂の充填により透水性が低下することが確認された。
青木 聡; 酒井 潤一*
材料と環境, 73(3), p.49 - 56, 2024/03
本稿では、二相ステンレス鋼の開発の歴史を簡単に振り返るとともに現在JISに規格化され工業的に使用されている鋼種を整理する。また、二相ステンレス鋼の化学組成と相平衡・相変態について 基本的なデータを示しつつ述べる。材料の性質については、物理的性質ならびに機械的性質に触れるとともに、特に耐全面腐食性、および孔食、すき間腐食、あるいは応力腐食割れといった耐局部腐食性について既報のデータを引用しつつ概説する。最後に、二相ステンレス鋼の主な使用環境および使用実績について言及する。
鈴土 知明; 海老原 健一; 都留 智仁; 森 英喜*
材料, 73(2), p.129 - 135, 2024/02
FeやWのようなBCC遷移金属は{100}面に沿ってへき開する。このメカニズムを明らかにするために、人工ニューラルネットワーク(ANN)技術によって作成された原子間ポテンシャルを用いて0KにおけるBCC鉄の曲線き裂先端の原子論的シミュレーションを行った。その結果、{110}クラック面に沿ったき裂先端では転位が放出されへき開が抑制されることを発見し、{100}面に沿ってのみへき開が観察される理由を説明できることがわかった。さらに、有限温度での{100}へき開シミュレーションでは、塑性変形を伴いより現実的な破壊が再現された。
高松 邦吉
革新的冷却技術; メカニズムから素子・材料・システム開発まで, p.179 - 183, 2024/01
高温ガス炉は優れた安全性を有しており、原子炉冷却材が喪失するような事故時においても、炉心における崩壊熱や残留熱を原子炉圧力容器(RPV)外表面から放熱でき、燃料温度は制限値を超えることなく静定する。一方、RPVから放出された熱を最終ヒートシンクまで輸送する冷却システムに関しては、ポンプ等による水の強制循環を用いた能動的システムや、大気の自然循環を用いた受動的システムが提案されている。しがしながら、冷却性能が動的機器の動作や気象条件の影響を受けるという課題があった。本稿では、これらの課題解決を目的に提案されている放射冷却を用いた新たな冷却システム概念の概要や、当該概念の成立性確認を目的とした解析と実験の結果を紹介する。
Li, B.*; 川北 至信
革新的冷却技術; メカニズムから素子・材料・システム開発まで, p.19 - 28, 2024/01
専門書として出版を予定している「革新的冷却技術; メカニズムから素子・材料・システム開発まで」の第一章 各種冷却のメカニズム、の第1節として、柔粘性結晶の圧力熱量効果の解説を寄稿した。(1)柔粘性結晶とは?、(2)さまざまな熱量効果と圧力熱量効果、(3)NPGの巨大熱量効果、(4)中性子散乱による圧力熱量効果の検証、(4.1)中性子散乱、(4.2) QENS、(4.3)NPGのQENS測定結果、(5)柔粘性結晶の巨大熱量効果、(5.1)ネオペンタンとその由来物質、(5.2)アダマンタンとその由来物質、(5.3)クロソボランとその由来物質、(5.4)無機柔粘性結晶、(6)圧力熱量効果を固体冷媒として利用した冷却技術
Sr及び
CsがSUS 316Lの腐食電位に及ぼす影響青山 高士; 佐藤 智徳; 上野 文義; 加藤 千明; 佐野 成人; 山下 直輝; 五十嵐 誉廣
材料と環境, 72(11), p.284 - 288, 2023/11
溶液中の
線源がSUS 316Lステンレス鋼の腐食に及ぼす影響を解析するために、溶存Srが腐食電位に及ぼす影響を調査した。HCl中で腐食電位を測定しながら、放射能の等しいSr標準溶液及びCs標準溶液をHClに滴下した。その結果、Sr標準溶液滴下溶液中ではCs標準溶液滴下溶液中よりも大きな電位上昇が生じた。計算によって検証した結果、水の放射線分解によるHOの生成速度の違いが両溶液中での電位変化に違いをもたらすという結果が得られた。
相馬 康孝; 五十嵐 誉廣
第70回材料と環境討論会講演集(CD-ROM), p.199 - 202, 2023/10
高温水中におけるステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)内部では酸性の腐食環境(クレビス環境)が形成すると考えられることから、SCC挙動を解明するためにはクレビス環境においての腐食挙動解明が重要である。過去にわれわれはクレビス内部の導電率を測定し、すき間腐食が発生する場合としない場合でそれぞれ380S/cm、1600S/cmの数値を得たことから、本研究ではこれらの数値に対応する環境をそれぞれクレビス環境I(pH
=4.41)、及びII(pH=3.13)とし、それぞれの環境中におけるFe-xCr-20Ni(x=16.9, 19.8, 22.9, 24.3, 25.9)の腐食挙動を調べた。この結果、クレビス模擬環境Iではすべての合金組成で不働態化が見られた一方、クレビス模擬環境IIではx=16.9、及び19.8で粒界の割れを伴う激しい腐食が見られ、厚い酸化皮膜が形成した。一方、x=22.9以上では酸化皮膜成長は抑制され、明確な分極曲線上に明確な不働態域が形成された。
新井 太貴*; 吉越 章隆; 本橋 光也*
材料の科学と工学, 60(5), p.153 - 158, 2023/10
現在、Si酸化膜は絶縁材料として電子デバイスや生体材料に広く利用されている。この膜の原子結合状態は、各デバイスの特性に影響を与えるため、特に膜のSiとOの化学結合状態の理解と制御が必要となる。本研究では、極低濃度のHF水溶液を用いた陽極酸化によってSi基板表面に形成されるSi酸化膜をX線光電子分光によって分析した。Si2pおよびF1sスペクトルを中心に調べた。HF濃度がppmオーダであるにもかかわらず、膜表面にパーセントオーダのFを含んでいることがわかった。膜中にSi-FやSi-O-F結合が形成されたことを示唆する結果である。また、FとOの深さ分布が異なることから、FとOで表面反応プロセスが異なることが推論された。
能井 宏弥*; 渡邊 壮太*; 久保 幸士*; 岡島 智史; 安藤 勝訓
日本機械学会M&M2023材料力学カンファレンス講演論文集(インターネット), p.CL0712_1 - CL0712_5, 2023/09
本研究では、非弾性解析(弾塑性クリープ解析)によりクリープ損傷値を求める際に課題となる高温保持前の負荷に対して、保守的なクリープ損傷値の評価を可能とするために、既存の弾性解析に基づく保守的な評価手順の考え方と整合した緩和初期応力(解析における熱荷重条件)の設定方法を具体化した。また、具体化した手順を用いた非弾性解析により算出したクリープ損傷値は、保守性を持ちつつ現行の弾性解析に基づく評価結果よりも合理化された値となることを確認した。
鈴木 賢治*; 三浦 靖史*; 城 鮎美*; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 菖蒲 敬久; 諸岡 聡
材料, 72(4), p.316 - 323, 2023/04
Residual stresses in small-bore butt-welded pipe of austenitic stainless steel have never been measured. It is difficult to obtain a detailed residual stress map of the root welded part, because the gauge volume in neutron diffraction is large. The stress evaluation of the welded part by synchrotron X-rays was also difficult due to the dendritic structure. In this study, a double exposure method (DEM) with high-energy synchrotron X-rays was applied to measuring the details of the residual stress of the welded part, and we succeeded in obtaining the detailed axial and radius stress maps of the root welded part of the plate cut from the welded pipe, though the stress map was under the plane stress condition. The hoop stress map of the butt-welded pipe was obtained using the strain scanning method with neutrons under the triaxial stress state. The axial and radius stress maps under triaxial stress state were made up using the complementary use of the synchrotron X-ray and neutron. As a result, the detailed stress maps of the root welded part of the butt-welded pipe were obtained. The obtained map sufficiently explained the initiation and propagation of SCC.
端 邦樹; 木村 敦*; 田口 光正*; 佐藤 智徳; 加藤 千明; 渡邉 豊*
材料と環境, 72(4), p.126 - 130, 2023/04
気液共存試料中の鉄鋼材料の照射下腐食環境における気相のラジオリシスの影響について調べるため、気液比や気相中の酸素濃度を変化させた条件の気液二相系試料へのガンマ線照射実験を行い、照射後の放射線分解生成物等の生成量の測定を行った。照射後の試料溶液には過酸化水素や硝酸イオン,亜硝酸イオンの生成が見られた。硝酸イオン,亜硝酸イオンの生成量は気相の比率が大きい気液比条件で酸素濃度が高い場合に多くなり、気相における酸素と窒素が関与する反応が硝酸生成の主要因であると考えられた。試料の一部を鉛で遮蔽することで液相の吸収線量を気相の吸収線量の1/100倍に抑え、気相のラジオリシス影響を相対的に大きくした状態で、液相のラジオリシス現象を観察した。液相のラジオリシスが気相を考慮しない通常の水のラジオリシスと同様の傾向を示したことから、気相の放射線影響を100倍に高めた今回の体系において、気相ラジオリシス由来の硝酸イオン,亜硝酸イオンが液相のラジオリシスに与える影響は限定的であることが示された。
広田 憲亮; 舟本 幸大*; 橘 幸男
材料, 72(3), p.255 - 261, 2023/03
沸騰硫酸環境下で優れた耐食性を有する金属材料を開発すべく、コーティングした材料の耐食性の評価と各種表面形態の違いを調査した。その結果、化学緻密化法により8回コーティング・焼結した(S-ZAC)SUS304は、12時間の腐食試験後の時点では問題なかったが、100時間の腐食試験後には腐食速度が急激に増加した。試料の断面微細構造解析では、CrOが完全に消失した一方で、少量のSiOのみが表面に残存していた。S-ZACの剥離メカニズムは、加熱による熱膨張で厚膜が湾曲しCrOとSiOの界面にクラックが発生したためと推測される。一方、コーティングと焼成を11回繰り返すことでCrOを高密度にコーティングしたSUS304(MS-ZAC)は、100h腐食試験後でもSiCと同様に優れた耐食性を示した。断面組織分析の結果、MS-ZACはS-ZACに比べ、CrO濃度が高く、SiO粒径が細かく、気孔が少ないことがわかった。特に、MS-ZACの皮膜維持のメカニズムは、皮膜全体の薄膜化に加え、CrO粒子層での積層構造の形成と推測される。
鈴木 賢治*; 倉 己萌*; 三浦 靖史*; 城 鮎美*; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久
材料, 71(12), p.1005 - 1012, 2022/12
放射光X線を用いてオーステナイト系ステンレス鋼の溶接部応力測定を実施した。溶接部のX線応力測定の課題は、回折スポットが半径方向および円周方向に広がることである。当該課題を解決するために溶接部からなる角棒の曲げひずみを70keVの放射光単色X線と二重露光法を用いて測定した。2次元検出器からの回折パターンは、テクスチャーマテリアルからのパターンのような鋭い弧を示した。当該結果より回折プロファイルを円周方向の回折強度を積分から取得し、回折角度は二重露光法を使用して決定した。その結果、溶接部の残留応力分布を測定することに成功した。
