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矢野 康英; 橋立 竜太; 丹野 敬嗣; 今川 裕也; 加藤 章一; 鬼澤 高志; 伊藤 主税; 上羽 智之; 大塚 智史; 皆藤 威二
JAEA-Data/Code 2021-015, 64 Pages, 2022/01
JAEA-Data-Code-2021-015.pdf:2.6MB
安全性・経済性に優れ、放射性廃棄物の減容化・有害度の低減に貢献する高速増殖炉サイクルシステムの実用化の観点から、燃料の高燃焼度化が求められており、これに対応した被覆管材料の開発が必要不可欠である。この高燃焼度達成のための被覆管材料には、耐照射スエリング性能及び高温強度特性に優れた酸化物分散強化(Oxide Dispersion Strengthened; ODS)フェライト鋼の研究開発を実施している。ODSフェライト鋼を燃料被覆管として適用するためには、材料強度基準整備が重要であり、そのためのクリープ強度データ等の各種強度データ取得を実施している。本研究では、材料強度基準整備に資することを目的に、これまで得られた知見・検討結果に基づき、9Cr-ODS鋼被覆管の引張強度とクリープ強度特性について評価を行った。9Cr-ODS鋼は相変態温度を持つことから、母相の相状態が変化しない850
C以下と事故時を想定したそれ以上の温度域に分けて評価を行った。
丹野 敬嗣; 矢野 康英; 岡 弘; 大塚 智史; 上羽 智之; 皆藤 威二
Nuclear Materials and Energy (Internet), 9, p.353 - 359, 2016/12
被引用回数：9 パーセンタイル：64.88(Nuclear Science & Technology)核融合炉のブランケットおよび高速炉の燃料被覆管といった炉内機器の材料は、高熱流束と中性子重照射にさらされるため、高温強度と耐照射性に優れている必要がある。その候補材料として酸化物分散強化型(ODS)鋼の開発が進められている。原子力機構(JAEA)では先進高速炉の燃料被覆管用に9Crおよび11Cr-ODS鋼の開発を進めている。本研究ではJAEA-11Cr-ODS鋼を圧延し、その異方性を評価するため、圧延方向と横断方向について引張試験とクリープ試験を700Cで実施した。その結果、引張強さでは異方性を示さなかったが、クリープ強度では明瞭な異方性を示した。各種観察と元素分析の結果、クリープ強度異方性はTi析出物を内包した旧粉末境界が原因であると分かった。
水田 俊治; 上平 明弘; 鵜飼 重治
JNC TN9400 2000-048, 28 Pages, 2000/04
JNC-TN9400-2000-048.pdf:0.64MB
高速増殖炉の被覆管材料としてのODSフェライト鋼は、耐照射性に優れるフェライト-マルテンサイト鋼中に酸化物(Y2O3)を微細に分散させて高温強度を改善しているため、燃料集合体の高燃焼度化とプラントの高温化を同時に達成可能な材料として期待されている。実用化戦略調査研究において、基準プラントである「MOX燃料Na冷却炉」の燃料被覆管にODSフェライト鋼を適用した場合の設計研究を供するため、ODS鋼フェライト鋼について、最新データを基に以下の材料特性・強度関係式を暫定的に策定した。(1)設計クリープ破断応力強さ(2)クリープ強度補正係数(環境効果)(3)外面腐食(Na中)(4)内面腐食(MOX燃料中)(5)熱伝導度
橘 勝美; 西 宏; 衛藤 基邦; 武藤 康
JAERI-Tech 99-024, 65 Pages, 1999/03
高温工学試験研究炉の中間熱交換機や配管のライナーなどの高温構造物に使用されているNi基耐熱合金ハステロイXRについて、母材、TIG溶接継手、及び溶接金属の大気中クリープ(破断)試験を950Cで行った結果、以下の事項が明らかにされた。(1)溶接継手のクリープ破断強度は短時間側では母材と同等であるが、1000hを超えると母材よりも低くなる。この原因は、溶接金属のボロンが濃度勾配により母材へと拡散したためと考えられる。(2)溶接金属のクリープ破断強度は、短時間側では母材よりも僅かに高めであるが、2000hを超えると低下する傾向が認められる。これも溶接金属に含まれるボロンの影響として説明できる。(3)溶接金属強度の方向差については、破断時間に関してはビードと直角方向の強度がビード方向の強度よりもやや高いが、差は僅かである。しかしクリープ変形速度に関しては、明瞭に差が認められ、溶接線に対して直角方向の伸びが大きい。(4)高温時効の影響は、溶接継手に対しては認められるが、溶接金属については明瞭に認められない。高温時効による強度の低下が継手ほどでないのは、濃度勾配がないためにボロンが拡散し難かったためと説明できる。
橘 勝美; 西 宏; 衛藤 基邦; 武藤 康
JAERI-Tech 98-010, 107 Pages, 1998/03
鉄基耐熱合金Alloy 800Hについて、700~950Cの温度で、大気中応力一定の条件下でクリープ試験を行い、クリープ曲線、最小クリープひずみ速度、3次クリープ開始時間、クリープ破断時間のデータを取得した。クリープ曲線は応力50MPaを境として、より高応力では典型的な1次+2次+3次クリープ特性を示すが、より低応力では時間とともに軟化する特異な形状を示すことが分かった。高応力側ではGarofaloの式を用いて、ほぼ定式化できた。低応力側では、クリープ曲線そのもののばらつきが大きいことから定式化が難しいが、指数関数を用いて一定の定式化を行うことができることが分かった。
菱沼 章道; 磯崎 誠一*; 高木 清一*; 安彦 兼次*
Physica Status Solidi, 160(2), p.431 - 440, 1997/00
高クロム合金は、耐食性及び高温強度の面から魅力ある特性を有するが、
相の形成、相分離による脆化が大きいということでこれまで実用合金として考慮されることはなかった。しかし最近、これらの合金は、高純度化することによって延性化すること、しかも相の形成が大幅に遅れることなどの形究成果が報告され、実用材料として糸口が見えつつある。一方原子力材料の分野では、フェライト鋼がオーステナイト鋼に代わる次世代の有力な候補材料になっている。しかし、高クロム鉄基合は、これらのフェライト鋼に比べて、耐食性や高温強度特性で優れた特性を有しており、原子力材料として大きな魅力を備えている。本講演では、高クロム鉄基合金の原子力材料としての魅力をまとめ、今後の原子炉材料開発戦略に一石を投ずる。
栗原 良一; 橘 幸男; 西原 哲夫; 丸山 創; 塩沢 周策; 大下 真一*
圧力技術, 32(3), p.154 - 165, 1994/00
熱出力30MW、原子炉出口冷却材温度950Cを目指した高温工学試験研究炉の建設が日本原子力研究所大洗研究所で進められている。使用圧力3.9MPa、温度約400Cのヘリウムガスを内蔵するHTTRの耐圧バウンダリは、原子炉圧力容器、中間熱交換器、1次加圧水冷却器等から構成される。このうち、原子炉圧力容器は内部にHTTRの安全上極めて重要である燃料体、黒鉛反射体、反応度制御設備、炉心支持構造物等を収納するため、耐圧バウンダリの中でも最重要機器の一つである。高さ13.2m及び直径5.5mの原子炉圧力容器は、円筒胴と上下の半球鏡から成る。原子炉圧力容器の主要材料として、21/4Cr-1Mo鋼を使用するが、この材料は、軽水炉で圧力容器鋼材として広く使用されているMn-Mo鋼よりも高温において優れたクリープ強度特性を有する。本報告は、主としてHTTRの原子炉圧力容器の構造設計について概説する。
蔦木 浩一; 関 正之; 飛田 典幸; 長井 修一朗; 西山 元邦; 井坂 和彦*; 平子 一仁*
PNC TN8410 91-256, 64 Pages, 1991/05
高強度フェライト/マルテンサイト鋼を用いた照射試験計画に先だち,本材料の溶接試験を行いその溶接特性評価の一助とする。TIG及びレーザ溶接法により,高強度フェライト/マルテンサイト鋼を用いて製作した被覆管及び端栓の溶接試験を行った。また本材料は,溶接による焼入れ硬化性を示すため,コールドの焼結炉を用いて溶接後に熱処理(焼きもどし)試験を行った。1. 溶接部断面金相試験において,レーザ溶接の場合は溶接部表面に向かって成長した組織(筋状の組織)が観察された。TIG溶接では,このような現象は観察されなかった。また,結晶粒の大きさはTIG溶接の方が大きくなった。2. 溶接後の溶接部硬さは,どの溶接法の場合も母材よりも大幅に増加した。またレーザ溶接よりTIG溶接の方が硬化度は大きかった。3. 熱処理有り,無し共に引張強度及び単軸クリープ強度は溶接法に関係なく同じような値を示した。
武藤 康; 羽田 一彦; 小池上 一*; 大野 信忠*
日本原子力学会誌, 33(5), p.475 - 481, 1991/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)ニッケル基の固溶強化型耐熱合金ハステロイXRの薄肉円筒試験片を用い、950C大気中で、軸力+捩り荷重によるクリープ及びクリープ疲労試験を行なった。クリープ試験の結果として、Misesの流れ則が良く当てはまること、捩り荷重下では引張り荷重下に比べボイドが十分大きく成長するまで破壊が発生せず、破断時間が長くなること、圧縮荷重下ではボイドの数、面積ともに小さく、破壊時間が著しく長いことなどが分かった。クリープ疲労試験の結果として、軸方向引張圧縮負荷に一定の捩り荷重を加えると破損繰返し数は著しく減少し、この減少量は線形損傷則による推定値と良く一致することが分かった。
渡辺 勝利; 中島 甫; 佐平 健彰*; 倉内 伸好*; 竹入 俊樹*; 斉藤 貞一郎*; 高津 玉男*; 仲西 恒雄*
JAERI-M 89-206, 120 Pages, 1989/12
本報はハステロイXR系合金の溶接部について母材と同等以上のクリープ強度を得ること及び溶接割れ感受性の低域を図ることを目標とした溶加材の開発を目指して行った一連の研究の成果をまとめたものである。重回帰分析結果をもとに合金設計を行った試作材及びハステロイXR-IIの化学組成を基本にして硼素含有量を調整した共材の2系列の溶加材を溶製し、一連の特性評価試験を行った。これらの結果より高温工学試験研究炉の高温部構造材料として起用される予定のハステロイXRの溶接部に要求される諸性能を満足する可能性の極めて高い溶加材の開発に成功するとともに、ハステロイXR-II用溶加材の開発についても適確な見通しを得ることができた。
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。
栗原 良一; 植田 脩三
圧力技術, 24(5), p.254 - 263, 1986/00
高温ガス炉の設計に資することを目的とし、円筒試験体の外表面に人工欠陥を加工して、内圧クリープによる変形及び破壊挙動を調べた。本報では、ハステロイX製の円筒試験体を使用し、900Cの温度下で内圧を負荷した実験結果について考察を行った。また、汎用有限要素法プログラムADINAを用いて、切欠き付円筒試験体モデルのき裂が進まないと考えられるクリープ初期の変形について数値解析を行った。試験の結果、クリープ破断時間は切欠きの長さとともに減少することがわかった。また、電気抵抗法によるき裂進展測定法が900Cの温度下でも有効であることがわかった。さらに、ADINAを用いて数値解析を行った結果、クリープ初期の変形及び切欠き周辺の応力分布を求めることができた。
近藤 達男; 中島 甫; 磯部 晋*; 渡辺 勝利; 石田 泰一*; 岡田 健*
Proc.of Int.Conf.on Irradiation Behaviour of Metallic Materials for Fast Reactor Core Components, 6 Pages, 1979/00
高速炉の燃料被覆材用にとくにクリープ強度と相安定性を高めることをねらいとして、現用SUS316鋼と比べてNi,MoおよびWを高め、Crを低減した固溶強化型鉄基合金の合金設計手法を開発した。この合金設計法により試作した合金の引張試験、クリープ試験等を実施した結果、試作合金群は現用316鋼と比較して優れた性能を有しているばかりでなく、合金設計法による予想特性よりもさらにすぐれていることがわかった。試作合金のクリープ強度の予測特性と実験結果とのずれは主として合金の相安定性を高めたことにより起因しているものと考えられるので、「相安定性」のクリープ強度への寄与分を実験式として求め補正することによりさらに精度良く合金のクリープ強度を予測出来る見通しを得るとともに本合金設計法の妥当性が示唆された。
岡 弘*; 橋本 直幸*; 丹野 敬嗣; 矢野 康英; 大塚 智史; 皆藤 威二
no journal, ,
フェライト/マルテンサイト組織を母相とする9Cr-ODS鋼において、含有窒素の濃度変動が微細組織及び高温クリープ強度に与える影響を調査した。その結果、窒素濃度増加とともに引張強さ及び高温クリープ強度が低下した微細組織解析の結果、窒素濃度増加によるY-Ti-O粒子の不均一分散化が高温クリープ強度低下の原因となった可能性がある。このY-Ti-O粒子の不均一分散化は、Ti窒化物の形成によるTiの消費により、Tiによる酸化物分散粒子の微細化効果が弱められた結果と推察される。
