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石山 新太郎; 武藤 康; 文沢 元雄; 塚崎 和生*
日本原子力学会和文論文誌, 1(2), p.164 - 176, 2002/06
高温発電システム(HTGR-GT)において、400MWt級高温ガス炉炉心から放出される黒鉛微粒子やアンダーミクロン級FP微粒子の捕集を目的に、HTGR-GTにおける基本仕様条件(1273Kにおける引張り強度
1.5MPa,FP微粒子捕集効率
90%,高温FPフィルター初期圧力損失
0.4%)を目標に2種類の粒径(13
m及び20m)のハステロイ-X製高温FPフィルターメディアを試作し、その基本特性を把握するとともに実機の性能予測を行った。その結果、次の結論が得られた。(1)フィルター試作材の1273Kの引張り強度は3MPa以上の高い値を示した。(2)90%以上のFP微粒子捕集効率を実現するためには、フィルター試作材の中の20mの粗粒フィルターで可能である。(3)0.4%以下の低圧力損失を実現するためには、フィルター試作材の中の20mの粗粒フィルターで可能である。(4)本試験で得られた知見を基に、HTGR-GT用高温FPフィルター実機の基本仕様は次の通り推定された。ハステロイX原料の構成粒子直径; 20m程度,フィルター充填率; 60%,ヘリウム流速; 6m/min,素材; ハステロイX,フィルター集塵面積; 882m
,初期圧力損失0.4%以下,黒鉛粒子集塵容量; 529.3kg,フィルター厚み; 1.6mm,除去粒子径範囲; 0.017m。
木崎 實; 本田 順一; 宇佐美 浩二; 大内 朝男*; 大枝 悦郎; 松本 征一郎
JAERI-Tech 2000-087, 50 Pages, 2001/02
JAERI-Tech-2000-087.pdf:2.78MB
東海ホットラボでは、四半世紀以上にわたって高温工学試験研究炉用燃料・材料の研究開発のための照射後試験を実施してきており、被覆粒子燃料,アロイ800H,圧力容器鋼材等の開発や選定、安全審査・設計工事認可対応に有用なデータを提供してきた。本報は、HTGRからスタートして最終的にHTTRに至る開発に伴って実施してきた材料関連照射後試験の技術的変遷と試験成果をまとめたもので、高温引張試験,クリープ試験,シャルピー衝撃試験,弾塑性破壊靱性(J
)試験,動的破壊靱性(K
)試験,スモールパンチ試験,電気化学的腐食試験等について開発整備してきた試験装置,遠隔操作技術,評価技術,及び,耐熱・耐圧材料の高温照射脆化の特徴,さらには、これら材料の研究開発やホットラボ技術の進展への寄与等を概説する。
上羽 智之
JNC TN9420 2000-005, 28 Pages, 2000/03
JNC-TN9420-2000-005.pdf:0.94MB
実用化戦略調査研究の第一フェーズの計画では、基本的な目標を高速炉、再処理施設及び燃料製造施設からなるFBRサイクルシステムの複数の実用化概念の摘出と技術開発計画等の実用化シナリオの提示としている。この研究開発はシステム技術開発(FBR、再処理及び燃料製造)、実用化要素技術開発、システム技術統合・評価の3つの階層で進めることとしており、FBRのシステム技術開発では、ナトリウム、重金属、ガス(炭酸ガス、ヘリウムガス)、水等の冷却材、中小型モジュール炉、並びにMOX、金属及び窒化物の燃料からなる技術選択肢に係るプラント概念を検討することとしている。本報告書はこの検討の一環として、ヘリウムガス冷却炉心の適応材料とそのHe環境下での健全性(腐食特性および機械強度、照射特性)に関する調査を行ったものである。
西原 哲夫; 高野 栄
JAERI-Tech 99-080, p.30 - 0, 1999/11
水蒸気改質器はHTTR水素製造システムの主要機器の1つで、管外を約880
の高温ヘリウムガスが、管内を水素、水蒸気などの混合ガスであるプロセスガスが流れる。そのバウンダリーを形成する触媒管にはハステロイXRを使用する。ハステロイXRはヘリウム雰囲気で使用することを前提として材料強度基準が定められており、プロセスガスに対する適用性は明らかになっていない。そこで、プロセスガス雰囲気における腐食特性を明らかにし、予腐食材を用いた引張、疲労及びクリープ試験から強度低下量を測定することにより、既存の材料データがそのまま適用可能か評価するための試験(触媒管健全性試験)を計画した。本報告は、全体計画、腐食試験装置の概要、及び酸化雰囲気中での腐食試験結果についてまとめたものである。
辻 宏和
日本原子力学会誌, 41(4), p.383 - 384, 1999/04
日本原子力学会誌「40周年記念号」のレビュー記事として、高温ガス炉(HTGR)用構造材料に関する研究開発動向をまとめた。HTGR用構造材料の分野では、黒鉛(炭素)材料、耐熱合金材料、及び耐圧低合金鋼材料を対象として、高温工学試験研究炉(HTTR)の建設とHTGR技術の高度化のための研究開発が進められた。HTTRの炉心部用黒鉛材料としては、IG-110黒鉛が選定され、素材の大型化、品質管理の厳密化等が進められると同時に物理的、化学的、機械的性質について照射効果を含むデータベースが整備された。HTTRの高温部構造材料としては、Ni基のハステロイXR合金が開発されて使用された。この合金の溶接用溶加材も開発され、HTTRの高温機器の製造に適用された。HTGR技術の高度化研究では、Ni-Cr-W系の超耐熱合金が開発され、さらにこの合金の溶接用溶加材も開発された。HTTRの耐圧低合金鋼材料としては、21/4Cr-1Mo鋼の低Si高純度焼きならし戻し材が使用された。この材料はHTTRの設計寿命末期までの中性子照射を考慮しても十分な靱性を有することが確認された。
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950
C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。
辻 宏和; 横山 憲夫; 藤田 充苗*; 加納 茂機*; 舘 義昭*; 志村 和樹*; 中島 律子*; 岩田 修一*
Materials for Advanced Power Engineering 1998, p.1739 - 1745, 1998/00
金材技研、原研及び動燃は、平成2年度から6年度までの共同研究で、機関間を越えて原子力材料情報を相互作用できる分散型材料データベース(データフリーウェイ)の基本システムを構築した。このシステムをさらに発展させるため、新たにJSTを加えた4機関で利用技術の開発を柱とした共同研究を平成7年度から11年度までの5年間の計画で開始した。初期のシステムでは特定回線を確保してデータの相互利用を行っていたが、この共同研究では、最近の急速なインターネツトの普及と高速電送回線の整備に対応してシステムの充実を図った。データフリーウェイに収録されている耐熱合金の高温強度関連のデータを用いて、合金間のクリープ強度の比較やホウ素含有量のクリープ強度に及ぼす影響の整理を行い、データベースの有用性を示した。
Cの場合菊地 賢司; H.J.Penkalla*; 西 宏
日本機械学会論文集,A, 63(613), p.2032 - 2037, 1997/09
ニッケル基耐熱合金のクリープ構成式を新粘弾性材料モデルに基づいて900,950Cの場合について構成式を導出し、すでに報告した850Cの場合と併せてパラメータq
と
の温度依存性、並びに含有ホウ素量をコントロールし延性と強度を高め最小クリープ速度を抑えたハステロイXRと、ホウ素量をコントロールしていないハステロイXR
に見られるパラメータ特性の相違をも検討した。XRの場合には温度が850から900Cに上昇するとクリープ指数が1.8から1.1に減少したのに対し、950CハステロイXRでは1.4となった。は850CのXRに較べて、900CのXR及び950CのXRは低応力側で急激にが大きくなっている。は900,950Cの場合にはが低応力側で大きく一次クリープの期間が応力の低下につれて相対的に短くなることがわかった。
渡辺 勝利; 新藤 雅美; 中島 甫; 小池上 一*; 樋口 洵*; 仲西 恒雄*; 佐平 健彰*; 丸七 香樹*; 竹入 俊樹*; 斉藤 貞一郎*; et al.
JAERI-Research 97-009, 62 Pages, 1997/02
JAERI-Research-97-009.pdf:4.82MB
HTTR実機用ハステロイXR伝熱管材および実機用溶加材を用いて、伝熱管母材および溶接継手の引張特性およびクリープ特性を検討し、次のような結果を得た。引張特性に関しては、時効後の室温における強度変化は母材および溶接継手材ともに比較的少なかったが、著しい延性低下が両者ともに観測された。一方、クリープ特性に関しては、母材と溶接継手材について、900Cおよび950Cのいずれの場合にも、クリープ破断強度に関する差異は比較的少なかった。他方、板材と伝熱管材のクリープ特性について見ると、母材および溶接継手材ともに、管材は低応力・長時間側で板材よりもクリープ破断時間が若干低下する傾向が見られたが、管材のクリープ破断時間は、ハステロイXR母材のマスターカーブと同等以上であり、設計破断応力強さ[S
]よりも充分に長いことから、実用上は特に問題ないと判断される。
菊地 賢司; 加治 芳行; 倉田 有司
Proc. of Int. Conf. on Materials and Mechanics'97 (ICM&M'97), p.607 - 612, 1997/00
Ni基耐熱合金ハステロイXRを用いて、高温クリープ変形及びクリープ亀裂進展試験を行い、試験片の形や荷重負荷形式間における破断時間の相違を、温度、応力パラメータで特性化した。用いた試験片は両側切欠き付き平板、中心孔付き平板、内圧円筒、切欠き付内圧円筒、CT、丸棒である。両側切欠き付き平板の高温クリープ試験(850-950C)よりクリープ亀裂成長速度より定式化したQパラメータを積分して得られる破断までの時間は、形式的に平滑材のラーソンミラーパラメータと同じ形に表現できるので、これを用いて、各試験片の破断時間を比較できる。このとき定数Cはそれぞれの荷重負荷形式によって異なる値をとるため、最適化する必要がある。その結果、C=18.5を得た。すなわち、ハステロイXRの場合には、T(log
t
+18.5)を用いれば破断時間特性を比較できることがわかった。Tは温度、tは破断時間である。
鈴木 富男; 新藤 雅美
JAERI-Tech 96-051, 18 Pages, 1996/11
高温ガス炉技術の高度化の一環として開発を進めている、高性能高温構造材料であるNi-Cr-W系超耐熱合金の強酸化性雰囲気中での酸化特性データを取得することを目的として、提案組成の工業規模溶製材及び本合金の骨格組成決定に用いたCr/W比の異なる5種類のNi-Cr-W系実験合金についての大気中での高温酸化試験を、ハステロイXRを比較材として実施し、以下の結論を得た。(1)提案組成の工業規模溶製材であるNi-Cr-W系超耐熱合金の大気中での耐酸化性はハステロイXRより優れている。(2)提案組成の工業規模溶製材であるNi-Cr-W系超耐熱合金のCr含有量19%は大気中におiても最も安定した酸化特性を示す含有量である。
辻 宏和; 田辺 龍彦*; 中曽根 祐司*; 中島 甫; 新藤 雅美
JAERI-Conf 96-010, 0, p.385 - 399, 1996/07
ホウ素含有量の異なる2種類のハステロイXR(10ppm未満と60ppm)を供試材料として、一連の温度/応力変動を伴う2段クリープ破断試験を行った。累積損傷則はホウ素無添加材の温度/応力変動を伴う条件下のクリープ破断寿命を精度良く予測できたが、ホウ素添加材に対する寿命予測の精度は悪かった。これは、試験片から雰囲気中へのホウ素の散逸現象が生じたことに起因することを確認するとともに、この現象による材料のクリープ強度の低下を考慮した修正累積損傷則を提案した。この修正累積損傷則によって、1000Cから900Cへと変化させた場合のクリープ破断寿命を精度良く予測できることを示した。900Cから1000Cへと変化させた場合の挙動については、900Cにおいて形成された酸化被膜が1000Cの状態におけるホウ素の散逸現象を遅らせる防護効果があると考えると定性的な説明がつく。
菊地 賢司; I.J.ODonnell*
Advances in Fracture Resistance in Materials, 3, p.73 - 81, 1996/06
ハステロイXRのクリープ破壊及びそれを支配するパラメータを考察した。これは、巨視的なクリープひずみ速度と破断時間との間に経験的に成り立つMonkman-Grantの関係式の微視的破壊機構に基づく理解を可能とする。クリープ破壊は粒界における核生成、ボイドの成長、合体及び微視き裂の結合により最終的と完結する。ここでは、ボイドの成長モデルに基づく推定寿命との比較も行っている。
H.J.Penkalla*; 菊地 賢司
日本機械学会論文集,A, 62(593), p.162 - 167, 1996/01
高温クリープ変形領域における材料の粘弾性変形特性を「新粘弾性材料モデル」として理論化した。非弾性歪速度を内部応力を含む応力のべき乗則で表した。内部応力は、背応力(荷重付加による誘起応力でクリープ変形抵抗の保存力)と摩擦応力(変形抵抗の散逸力)より成る。ハステロイXRのクリープ変形特性、降伏応力、ヤング率より、合計7個の材料定数を定めた。内部応力の応力依存性は、内部変数としてクリープ変形曲線より定めたので、材料定数の決定法に再現性がある。また、ORNLモデルで見られるような変形に対するしきい値も存在しない。クリープ、引張、応力緩和、応力急減時の変形挙動を解析した結果、本構成式は時間依存型の変形を精度良く記述できることがわかり、本モデルの有効性が確認された。
菊地 賢司
第41回材料強度と破壊総合シンポジウム論文集, 0, p.75 - 83, 1996/00
シンポジウムの主題である「高温先端材料の強度発現機構」の観点より、高温その場観察法を用いてミクロとマクロ特性を融合させた先端的な手法により耐熱構造材ハステロイXRの損傷過程及び変形機構を解明した例を述べている。走査型電子顕微鏡を用いた高温その場観察法は、(1)ミクロとマクロの視点より材料を観察できる(2)焦点深度が深いので凹凸のある表面でも観察可能である(3)材料試験片並の大きさの試験片を使用できるため、新しい損傷測定法、高温計測法として着目されている。高温熱高温器伝熱管及びシェル構造物などの原子力プラント機器用に開発されたハステロイXRは、使用温度が高いため変形は時間依存となる。粒界ボイドの臨界半径、ボイド成長機構、粒界損傷率、マクロとミクロ変形の関連、予歪み材の粗すべり線、亀裂成長速度パラメータについて学際的に検討し、変形のマイクロメカニクスを明らかにした。
加治 芳行; 菊地 賢司
日本材料強度学会誌, 30(2), p.59 - 73, 1996/00
高温クリープ条件下で使用される高温機器において、供用中に発見されるき裂について伝播特性をあらかじめ把握し、引き続く高温荷重に対する余寿命を推定する手法を明らかにすることは実用上重要である。本論文では、Fe基耐熱合金のAlloy800を用いて、種々の温度・応力条件下でのクリープき裂伝播試験を行い、Qパラメータを求めき裂伝播速度を評価した。また超高温延性材料であるAlloy800とNi基耐熱合金のハステロイXRに対して、同一のQパラメータ及びクリープ積分Cパラメータによってき裂伝播速度を比較評価した。さらにQパラメータによって表されるパラメータによって、両材料のクリープ破断寿命を比較評価し、このパラメータによって、材料による特性の相違や試験片の形状効果等を評価できることを明らかにした。
菊地 賢司; 加治 芳行
材料, 44(505), p.1244 - 1248, 1995/10
ニッケル基耐熱構造材料ハステロイXRの高温クリープ変形を、その場観察して得た粒界ボイドの成長特性より、材料の破壊は微小な粒界クリープボイドの成長、合体により生じることを明らかにした。そこで、このクリープボイドの発展特性に基づいて、クリープ損傷量を粒界損傷率(Dパラメータと命名)により定義し、余寿命を推定する方法を新たに提案した。すなわち、ある許容損傷率Dcを限度として、実験的に得られる粒界損傷率曲線を参照して、測定されたDパラメータに対する余寿命を推定するものである。この方法は、レプリカによる構造材料表面の損傷を評価するので、Dパラメータの測定が非破壊的に可能であり、稼動中のプラントの余寿命評価に適用可能と考えられる。
渡辺 勝利; 中島 甫; 小池上 一*; 樋口 洵*; 仲西 恒雄*; 斉藤 貞一郎*; 高津 玉男*
JAERI-Research 95-001, 58 Pages, 1995/01
JAERI-Research-95-001.pdf:4.31MB
HTTR実機用ハステロイXRと同一ヒートの母材および実機用溶加材を用いて、母材および溶接部材の大気中クリープ特性を検討し、次のような結果を得た。クリープ破断強度については、ハステロイXRのマスターカーブと同等以上であり、設計破断応力強さ〔S〕を十分に上回っていた。さらに、これらの溶加材のクリープ破断強度およびクリープ破断延性は、従来のハステロイXR系溶加材のクリープデータと較べても、そのデータバンドの中に位置していることから、ハステロイXR高温溶接構造物溶加材として充分な適性を有していることが結論された。
parameter加治 芳行; 菊地 賢司; 横堀 寿光*
Engineering Fracture Mechanics, 50(4), p.519 - 528, 1995/00
被引用回数：5 パーセンタイル：30.13(Mechanics)ハステロイXRについて高温クリープ条件下のき裂伝播速度をQパラメータおよびCパラメータによって評価し比較検討した。さらにQパラメータから導いたクリープ破壊寿命とひずみ速度との関係は、平滑材と切欠き試験片のクリープ破壊寿命を比較評価することが可能であることを示した。Qパラメータによって表されるクリープき裂伝播速度式を積分してLarson-Millerパラメータと形式的に同一のパラメータが導かれるが、これにより平滑材と切欠き材のクリープ破壊寿命を同一のパラメータにより比較評価し、クリープ破壊寿命に及ぼす切欠き効果を明らかにした。
渡辺 勝利; 中島 甫; 斉藤 貞一郎*; 高津 玉男*; 小池上 一*; 樋口 洵*; 仲西 恒雄*; 佐平 健彰*; 丸七 香樹*; 竹入 俊樹*
JAERI-Research 94-046, 50 Pages, 1994/12
JAERI-Research-94-046.pdf:2.23MB
HTTR実機用ハステロイXRと同一ヒートの母材および実機用溶加材を用いて、溶接部の化学分析、金属組織観察、硬さ試験、FISCO試験および曲げ試験を行い、総合特性評価の一環として溶接性を検討した。得られた結果はいづれの試験においても良好な特性を示した。特に最もcriticalなpassである曲げ試験においては溶加材中のB量およびC量の最適化を図ったことにより、溶接割れ感受性が充分に低いことが分った。これらのことにより、実機用溶加材の優れた性能および狭開先化の有効性を確認するとともに、実機適用上の工学的な問題はないことが結論された。
