HTTR水素製造システムの水蒸気改質器触媒管健全性試験, 1; 全体計画, 試験装置の製作(受託研究)

西原 哲夫; 高野 栄

JAERI-Tech 99-080, p.30 - 0, 1999/11

JAERI-Tech-99-080.pdf:2.19MB

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。

ハステロイXR溶接継手のクリープ強度

橘 勝美; 西 宏; 衛藤 基邦; 武藤 康

JAERI-Tech 99-024, 65 Pages, 1999/03

JAERI-Tech-99-024.pdf:3.01MB

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。

ハステロイXRのクリープ構成式の定式化; 900および950C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

https://doi.org/10.1299/kikaia.63.2032

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。

Failure time for Hastelloy XR under various loading at high temperatures

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(logt+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。

Comparison of creep behavior under varying load/temperature conditions between Hastelloy XR alloys with different boron content levels

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

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Conf-96-010.pdf

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。

新粘弾性材料モデルに基づく非線形構成式の定式化

H.J.Penkalla*; 菊地 賢司

日本機械学会論文集,A, 62(593), p.162 - 167, 1996/01

https://doi.org/10.1299/kikaia.62.162

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。

高温延性材料のクリープき裂伝播特性および破断寿命の比較評価

加治 芳行; 菊地 賢司

日本材料強度学会誌, 30(2), p.59 - 73, 1996/00

http://ci.nii.ac.jp/naid/10002398343

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。

HTTR実機用ハステロイXRの総合特性評価,その5; 母材および溶接部材の大気中クリープ特性

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。

HTTR実機用ハステロイXRの総合特性評価,その3; 溶加材の製作および溶接性

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。

HTTR実機用ハステロイXRの総合特性評価,その4; 母材および溶接部材の引張特性

渡辺 勝利; 中島 甫; 斉藤 貞一郎*; 高津 玉男*; 小池上 一*; 樋口 洵*

JAERI-M 94-081, 24 Pages, 1994/06

JAERI-M-94-081.pdf:0.74MB

HTTR実機用ハステロイXRの総合特性評価の一環として、母材および溶接継手の時効に基づく引張特性変化を検討した。800、900および1000Cにおいて1000hの時効を施した後、室温および時効温度と同一の試験温度における大気中引張特性試験を行った。得られた結果は従来材と較べて、強度特性に関しては著しい差異は見られず、また延性に関しては、従来材のデータバンドの中に位置していた。これらのことから、実機用母材および溶加材は優れた引張特性を有していると言える。