Ti-5%Ta製及びZr製酸回収蒸発缶の耐久性評価; 酸回収蒸発缶小型モックアップ試験設備による長期耐久性実証試験の総括

竹内 正行; 藤咲 和彦*; 根本 健志*; 小泉 務; 小山 智造

JNC TN8410 2001-013, 255 Pages, 2001/05

JNC-TN8410-2001-013.pdf:24.24MB

本耐久試験は東海再処理工場の当時のステンレス鋼製酸回収蒸発缶を非鉄材料のTi-5TaまたはZrに材質変更する計画の一環として進められた。この結果、Ti-5Ta製およびZr製酸回収蒸発缶小型モックアップ試験設備(処理能力:東海再処理工場の酸回収蒸発缶の1/27)の設計・製作、さらに本装置による運転試験を通して、Ti-5Ta製およびZr各材料がステンレス鋼に代わる新材料として、酸回収蒸発缶の製作性や機器性能の面で問題のないことが実証された。また、それまでのステンレス鋼製酸回収蒸発缶の大きな課題であった長期耐食性についても、コールド環境での評価であるものの、製作したTi-5Ta製およびZr製酸回収蒸発缶小型モックアップ試験設備がこれまでのステンレス鋼製酸回収蒸発缶の最大処理実績(約13,000時間)をはるかに凌ぎ、最終的には累積40,000時間に及ぶ両蒸発缶の長期耐久性が実証された。この運転期間中、大きな設備の異常や故障等は特に認められず、安定した運転を継続してきた。また、長期運転試験後の評価結果から、材料強度の問題を含めて両蒸発缶は健全な状態を維持していた。さらに東海再処理工場におけるステンレス鋼製酸回収蒸発缶の腐食故障の要因となった粒界腐食についても、Ti-5Ta製およびZr製酸回収蒸発缶全体を通じて観察されなかった。両蒸発缶の腐食量については、Ti-5Ta製蒸発缶の気相部においてわずかながら経時的な減肉傾向が認められたが、他の部位およびZr製蒸発缶では有意な減肉は認められず、全体的に腐食速度は両蒸発缶ともに0.1mm/y以下であり、優れた耐食性を示した。運転期間中、両構造材料は不働態を維持し、缶内に設置したテストピースの結果から、応力腐食割れの感受性も認められなかった。さらに、Ti-5Ta製蒸発缶で認められた気相部の減肉傾向から、統計解析法を用いてTi-5Ta製蒸発缶の装置寿命(腐食代1mm)を評価した結果、最低約55,000時間と見積もられた。以上の結果から、酸回収蒸発缶の装置材料としてTi-5TaおよびZrが適用可能であることが示されるとともに、特に長期耐食性の観点からは両材料ともに実績のあるステンレス鋼よりもはるかに優れていることが実証された。

チタン-炭素鋼 複合オーバーパックの試作

本間 信之*; 千葉 恭彦*; 棚井 憲治

JNC TN8400 99-048, 85 Pages, 1999/11

JNC-TN8400-99-048.pdf:4.31MB

本報は、高レベル放射性廃棄物の地層処分における、人工バリアを構成する要素の一つであるオーバーパックについて、構造強度層に炭素鋼を、耐食層にチタンを用いたチタン-炭素鋼複合オーバーパックの、現有技術での製作可能性を確認するために、その設計および実規模大での試作を行った結果を報告するものである。設計に当たっては、一般の原子力施設に適用される基準により必要な耐圧厚さを計算した。また有限要素法による解析を実施して、結果の妥当性を確認した。また、オーバーパック内部に収納するガラス固化体から発せられる放射線の遮へいについて計算し、オーバーパック遮へい機能の必要性を検討した。結果、オーバーパックには輸送基準を満足するために必要な遮へい機能は与えず、別途搬送用機器等で遮へいする方式が合理的であることを示した。以上の検討をもとに実規模大での複合オーバーパックの試作を行った。耐食層の材質については、超長期の耐腐食性が期待できるチタン材のうちASTMGrade-2材を選択した。チタン耐食層の施工は、オーバーパック円筒部と平面部に分けて実施した。円筒部については内層である炭素鋼容器に円筒形に成形したチタンの外層を焼きばめ挿入する方式を採用した。また蓋部、底部などの平面部については、チタン板材の爆発圧着法による被覆方法を採用した。本体と蓋の封入溶接については、電子ビーム溶接とMAG溶接とを組み合わせて実施した。いずれの工程においても不具合等は確認されず、チタン-炭素鋼複合オーバーパックの現有技術での製作可能性が確認できた。最後に今回の試作結果をふまえ今後検討されるべき課題をまとめた。

Compatibility test of blanket structural materials with beryllium sphere in helium gas environment

倉沢 利昌; 高津 英幸; 関 昌弘; 小野 清*; 小林 重忠*

JAERI-Tech 95-011, 24 Pages, 1995/03

JAERI-Tech-95-011.pdf:2.09MB

ヘリウム雰囲気下でのブランケット構造材とベリリウム球の両立性試験を650~750C、700~1500時間おこなった。供試材料としては316ステンレス鋼の他、先進材料であるF82H鋼、チタン合金、V合金等の反応性を調べた。反応量の測定は走査電子顕微鏡写真を撮影してから行った。それぞれの材料によって反応層の厚みは異なるが650Cでは反応量は少なく両立性は良いことがわかった。700C以上では供試材料のすべてに渡って反応が開始し、時間と共に増大する。従ってこれらの先端材料の使用温度は700C以下に抑制することが必要と判断できる。今後も316SS鋼と比較しつつ先進材料の両立性データを着実に取得することが必要である。

チタンのすきま腐食に関する研究 成果報告書

not registered

PNC TJ1150 92-003, 136 Pages, 1992/02

PNC-TJ1150-92-003.pdf:2.57MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分に使用されるオーバーパック容器の有力な候補材料の一つと考えられているチタンの長期の健全性に対する阻害要因は地下水によるすきま腐食が主たるものと考えられているので、これに対する検討が極めて重要である。本研究では、チタンの長期腐食挙動を評価する上で重要と考えられるすきま腐食発生下限界電位の評価の一環として、塩化物環境のすきま腐食再不働態化電位に及ぼす他のアニオン、即ちSO42-及びHCO3-の2種類のアニオン、共存の影響を評価するとともに、塩化物以外のハロゲン環境としてBr-環境でのすきま腐食再不働態化電位を評価した。一方、チタンとともにオーバーパックの有力な候補材料と考えられる炭素鋼については処分環境における炭素鋼のマクロセル腐食について、その生成プロセスの理解を深めるとともにモデル化を行った。

オーバーパック材としての炭素鋼の耐久性 -オーバーパック候補材料の一次選定および大気開放条件下での炭素鋼の腐食試験-

石川 博久*

PNC TN8410 90-067, 112 Pages, 1990/05

PNC-TN8410-90-067.pdf:0.09MB

本研究は、1.オーバーパック候補材料の一次選定および2.第一候補材として選定した炭素鋼のオーバーパックへの適用性検討を目的としたものである。候補材料の選定は主に耐食性の観点から検討し、炭素鋼(軟鋼,鋳鋼)、チタン(およびチタン合金)、純銅およびハステロイの6種類の材料を選定した。炭素鋼の腐食試験は、溶存酸素濃度が高い条件下で、腐食への影響が考えられる陰イオン、温度、ベントナイトの含水比などの環境因子についてその影響を調べた結果、次のことがわかった。1.腐食形態は、ベントナイトが共存する場合の方が、溶液だけの場合に比べ腐食の局在化が生じやすい傾向にあった。2.陰イオンなどの環境条件は、今回対象とした試験条件の範囲ではベントナイト共存下での平均腐食速度に対し、その影響は小さいことがわかった。今後は、腐食の局在化の評価に加えて、より処分環境に近い条件(低酸素濃度および圧縮ベントナイト共存など)下での腐食挙動の把握を行う予定である。

Influence of interstitial elements on micromechanical properties in titanium alloys monitored by in-situ neutron diffraction

諸岡 聡; 土山 聡宏*; 川崎 卓郎; Harjo, S.

no journal, , 

The interstitial elements such as hydrogen, nitrogen and oxygen have a great influence on the mechanical properties of titanium alloy. In the present work, micromechanical properties such as the phase strains, intergranular strains and dislocation densities for titanium alloys containing such interstitial elements were investigated by means of neutron diffraction (ND) technique. The ND experiments during tensile deformation were carried out using an engineering material diffractometer TAKUMI at J-PARC MLF. Lattice parameters refined by Z-Rietveld code are discussed with an increase of the applied stress. The results show that the phase strains of nitrogen or oxygen-strengthened titanium alloys are partitioned into the grain interface between alpha phase and beta phase. In particular, the strong beta phase leads to a stress value higher than the macro-yield stress, resulting in high strengthening of (alpha + beta) dual phase titanium alloys. On the other hand, the dislocation density of titanium alloy containing hydrogen abnormally increased with an increase of the plastic strain. It is generally thought that hydrogen is trapped in the dislocations. However, our result shows that the dislocation is trapped by hydrogen through the Cottrell effect.

Titanium-based high entropy alloys; Fabrication challenge

若井 栄一; 能登 裕之*; 牧村 俊助*; 石田 卓*; 古谷 一幸*; 柴山 環樹*

no journal, , 

近年、高エントロピー合金は、その原子混合比や組成から、従来材料よりも高強度で延性に優れることから、世界中の研究機関で精力的に研究開発が進められている。本研究では、チタン基高エントロピー合金(HEA)であるTiVCrZrTa、TiVZrTaAl、TiVCrZrWをコールドクルーシブル浮上溶解法により溶解し、1200Cで5時間、均質化熱処理を施した。これらのHEAの機械的特性試験と特性を調査した。TiVCrZrTa系のHEAは、他のチタン基のHEAに比べて、比較的に良好な熱間圧延性と熱間鍛造性を有することが分かった。また、これらのチタン基HEAのビッカース硬さは、通常のチタン合金よりもかなり高い値を持つことが分かった。