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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。
井川 直樹; 田口 富嗣; 山田 禮司; 石井 慶信; 實川 資朗
Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.554 - 557, 2004/08
被引用回数：6 パーセンタイル：40.72(Materials Science, Multidisciplinary)SiC/SiC複合材料の擬似延性破壊挙動発現のためには、繊維-母材間に優れた界面材を採用することが重要である。界面材にはCやBNが用いられているが、中性子環境下や酸化雰囲気ではこれらの界面材が劣化してしまうことから、SiC繊維の酸化特性限界により、酸化物材料は使用できなかった。しかし、近年耐酸化特性に優れた先進SiC繊維が開発され、酸化物界面材の適用が可能になりつつある。そこで、低放射化や耐照射性に優れていると期待されるSi系の酸化物材料の作製とその力学的評価を行った。ゾルゲル法によりSiC繊維上にほぼ均一にSi系酸化物層を形成することに成功した。1200Cまでの温度では、この酸化物層を持つ繊維の引張強度を、未加工の繊維と同程度までに引き上げることができたので、本酸化物層が界面材として、CVI法等の複合材作製法で使用できることがわかった。
杉田 裕; 油井 三和
JNC TN8450 2001-007, 16 Pages, 2002/02
JNC-TN8450-2001-007.pdf:0.78MB
本資料は、地層処分研究開発第2次取りまとめ-分冊2 地層処分の工学技術-の中の設計用岩盤特性値で示されている硬岩系岩盤、軟岩系岩盤の一軸圧縮強度と圧裂引張強度の関係のデータセットである。
井川 直樹; 田口 富嗣; 山田 禮司; 實川 資朗
Ceramic Engineering and Science Proceedings (24th Annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures: B), 21(4), p.237 - 242, 2000/09
SiC/SiC複合材料は低誘導放射化性や耐熱性に優れているため、核融合炉用構造材料として期待されている。一般的なSiC/SiCでは、BNを繊維-母相間界面材料として使用することで高い機械特性を実現している。しかし核融合炉環境下では、化学反応性や放射化の点からBNの使用が困難であり、これに代わる界面材料が必要である。本研究では低放射化と高い耐照射性が期待できるMg-Si-Al-O系界面材料の開発の一環として、アルコキシド法によるSiC繊維上へのコーティング層の作製と特性評価を行った。[Al]
=0.5Mのコーティング溶液の場合、2回のDIP処理により繊維表面にほぼ均一にコーティング層を形成できた。このコーティング層は、MgO,Al
O
,SiOとMg
Al
Si
Oの混合相で構成されていた。1420
における熱処理後のコーティング繊維の引張強度(1.6~1.2GPa)は非コーティング繊維(1.7GPa)に比べ若干低下した。
西 宏; 荒木 俊光*; 衛藤 基邦
Fusion Engineering and Design, 39-40, p.505 - 511, 1998/00
被引用回数：27 パーセンタイル：87.41(Nuclear Science & Technology)ITERの第一壁等に用いられる予定のアルミナ分散強化銅と316ステンレス鋼の拡散接合について、インサート材として金、無酸素銅、ニッケル箔を用いて、インサート材や接合条件が接合強度に及ぼす影響を明らかにした。(1)金インサート材の引張強度は銅やニッケルインサート材より高く、アルミナ分散強化銅母材の強度が得られる。(2)直接接合材のシャルピー強度は母材の20%であるが、金インサート材では衝撃強度を50%まで上昇させることができる。(3)金、銅インサート材ではインサート材中に金属間化合物が生成する。ニッケルインサート材ではカーケンダルボイドが生成し、接合材はこのボイド部より破壊する。(4)銅インサート材では分散強化銅と銅インサート材の界面より破壊する。これは銅同士の拡散速度が小さいため、接合性が悪いためと考えられている。
西 宏; 菊地 賢司
Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.281 - 288, 1998/00
被引用回数：21 パーセンタイル：82.55(Materials Science, Multidisciplinary)ITERの第一壁部に用いられる予定のアルミナ分散強化銅と316ステンレス鋼の接合について、ろう付接合を用いた時の強度を明らかにするため、銀ろうと組成の異なる3種類の金ろうを用い、接合面間隔と接合時間を変えて接合し、それらの継手について引張り、シャルピー衝撃、低サイクル疲労試験を行い、継手強度を明らかにした。その結果、接合強度に及ぼす接合面間隔、接合時間の影響は小さく、ろう材の種類の影響が大きかった。最も高い継手強度が得られたろう材は融点の低い金ろうで、引張強度は分散強化銅母材の強度が得られた。しかしシャルピー衝撃、低サイクル疲労強度は母材より低く、特に衝撃強度は母材の10%しかなかった。この原因は分散強化銅が接合中に溶融・凝固するため、分散していたアルミナが凝集するため、分散強化銅の強度が低下するためであることを明らかにした。
西 宏; 荒木 俊光*
日本原子力学会誌, 36(12), p.1134 - 1136, 1994/00
被引用回数：1 パーセンタイル：26.96(Nuclear Science & Technology)アルミナ分散強化銅同士の拡散接合を種々の接合条件で行い、それら接合材について光学および走査型電子顕微鏡で接合界面を観察し、引張・シャルピー試験を行い、それの接合性を検討した。さらに接合性の優れている接合材を用いて、低サイクル疲労試験を行い、接合材の低サイクル疲労強度も検討した。結果は以下のとおりである。アルミナ分散強化銅同士の拡散接合性は良好であるが、接合界面に未接合によるボイドが観察された。このボイドは接合温度の上昇とともに減少した。接合材の引張強度はボイドが存在するにもかかわらず、母材の強度がほぼ得られた。しかし破断伸び、シャルピー吸収エネルギー、低サイクル疲労寿命は母材に比べ低下し、これは界面部のボイドが起因していると考えられる。
森永 正彦*; 斉藤 淳一*; 加藤 真人*; 一色 泰志*; 脇山 博文*; 加納 茂機; 吉田 英一
PNC TY9623 92-001, 73 Pages, 1992/04
Li冷却高速炉用の構造材料として、これまでの研究でNb基およびMo基合金を候補材料として選択し、その材料設計および特性評価を行ってきた。これらの合金の中から候補材の成分を更に絞るため、本年度は3元系合金について引張強度の簡易的予測手法、密度の予測手法の検討および2元系および3元系合金についてナトリウムに対する耐食性評価手法の検討を行った。3元系のNb基合金およびMo基合金をトリアーク炉で溶製し、高温硬さ試験、923K、1000hのナトリウム中腐食試験、密度測定、組織観察を行った。さらにNb基2元系合金についてナトリウム中腐食試験を行い、腐食に対する合金効果を検討した。(1)前年度導出した2元系合金に関する引張強度の簡易的予測手法(成分元素間の原子半径差およびヤング率差に基づく)が3元系合金に拡張できることを明らかにした。(2)密度の予測が合金元素の密度の組成平均で予測できることを明らかにした。(3)ナトリウムに対する腐食に関し、合金効果を明らかにし、耐食性を予測するため新たに耐食性係数を導出した。この他に1373KにおけるMo-Re-W系の部分状態図を作成した。上記の結果をもとに、最も有望な候補合金系としてNb-W-V-Zr系合金およびMo-Re-W-Zr系合金を選択した。
電子合金理論に基づく超耐熱構造材料の材料設計(II) 材料設計及び特性評価湯川 夏夫*; 森永 正彦*; 斉藤 淳一*; 加藤 直人*; 一色 泰志*
PNC TJ9623 92-001, 81 Pages, 1991/07
(目的)開発中の高温Li用材料であるNb基合金及びMo基合金について、簡便な方法で高温引張強度の類推が可能な方法を開発すると共に、液体金属中での耐食性等を明らかにする。(実験方法) 高温引張強度については、始めに実用合金に関する文献で室温
高温の硬さと引張強度を調べ、次に新たに溶製した合金を用いて1200度Cまでの硬さを測定した。 液体金属中での耐食性については、昨年度の設計合金に対する650度CでのNa浸漬試験を行い、試験前後の重量変化、組織変化、成分変化ならびに文献からの合金元素の酸化物とナトリウムの酸化物との生成自由エネルギーなどから、腐食量、Na浸漬中の溶出元素等を調べ、また初めての試みとして、Li、K、Naなど液体金属中の原子状の溶出元素の電子構造、イオン性などの解析をd電子論に基づいて行った。(結果) 実用合金の調査から、室温1200度Cで硬さと引張強度の間には良好な直接関係があることをまず明らかにし、次にこの関係を利用して測定で得た硬さから高温時の引張強度の簡易的予測が可能な式を導出した。 液体金属中の耐食性については、Na中ではNb基合金はその合金元素であるNbとTaが酸化されるために腐食され易いが、Mo基合金はその合金元素の酸化が起こらないために腐食され難く優れた耐食性を示した。d電子論に基づく解析からは、Li、K、Naの各液体金属の中ではLiが溶出した原子状の元素と最も強く結合するなどの新たな知見を得た。 これらの他に、合金の硬さは母金属と添加元素の原子半径差またはヤング率差に依存すること、合金の密度は添加元素の純金属の密度で整理が可能なこと、昨年の設計合金は1200度Cで良好な相安定性を示すこと、などを明らかにした。
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。
蔦木 浩一; 関 正之; 飛田 典幸; 西山 元邦; 井坂 和彦*; 平子 一仁*
PNC TN8410 91-174, 40 Pages, 1991/02
MA957鋼被覆管を用いての溶接試験に先立ち,被覆管形状を模擬した溶接試験を行いその溶接特性,機械的性質等に関するデータを取得し,同材料の溶接特性評価の一助とする。MA957鋼の棒材を被覆管形状に機械加工し,端栓との溶接をレーザ溶接法により溶接試験を行った。1. 従来の端栓のツバ部をテーパ型に改良することにより,溶接金属部のアンダーカットは改善された。2. 溶接金属部全周に渡り,空孔が多数観察された。3. 引張強度については,常温で約82kg/mm2となりSUS316相当鋼と同等値を示したが,600を超えると急激な強度低下を示した。また内圧バースト試験についても同様な結果が観察された。4. 元素の分散状態としては,空孔部にチタン,イットリウムが凝集しクロムは若干減少した端栓形状を改良することによりアンダーカットは改善できたが,空孔の発生,イットリウムの凝集は解決されなかった。従って,MA957鋼の溶接は融接法であるレーザ溶接法では,健全な溶接ができないため融接法に変る溶接法を検討する必要がある。
倉田 有司; 中島 甫
JAERI-M 90-157, 38 Pages, 1990/09
高温ガス炉の中間熱交換器用合金として開発されたNi基合金、SSS113M(Ni-23Cr-18W)およびKSN(Ni-15Cr-25W)について、高温引張特性の温度およびひずみ速度依存性を調べるため、温度600-1000C、ひずみ速度5
10
-1.2510
1secの範囲で高温引張試験を行なった。約800Cを境にして、それ以下では耐力を過ぎた後でも著しい加工硬化を示す応力-ひずみ曲線が得られたが、800Cを越えると応力ピークと定常状態変形からなる応力-ひずみ曲線が現れた。そのような応力-ひずみ曲線を示した試料では、微細な再結晶粒が認められ、定常状態変形応力とひずみ速度、温度の間の関係式が求められた。また、800Cを越えると引張強度だけでなく、0.2%耐力も温度上昇とともに減少し、ひずみ速度依存性も大きくなった。
依田 真一; 井岡 郁夫; 奥 達雄
炭素, 1985(120), p.45 - 47, 1985/00
黒鉛材料などの脆性材料を理解する上で、ワイブル理論が良く用いられる。これによれば強度が試験片の体積に依存し、体積増加に従って強度低下が生じることになる。本報告はこの点に注目し、高温ガス炉用黒鉛材料の引張り強度に及ぼす試験片体積の影響を調べたものである。実験の結果、高温ガス炉炉心構成材料であるIG-II黒鉛材料の引張り強度には、試験片の体積増加に伴う強度低下は認められなかった。このことから、小型試験片による強度評価が、炉心部材としてスケールアップした場合の黒鉛材料の強度を代表するものと考えられる。更に設計の観点から見れば、本実験より得られたワイブル係数を強度の体積依存性として用いれば、極めて安全側の評価になるものと結論される。
山下 真一郎; 関尾 佳弘; 坂口 紀史*; 柴山 環樹*; 渡辺 精一*; 鴇田 駿*; 藤井 啓道*; 佐藤 裕*; 粉川 博之*
no journal, ,
商用ニッケル基合金のPE16は、照射環境下でのボイドスエリングによる変形量が少なくNa耐食性にも優れることから、英国の高速原型炉(PFR)で燃料被覆材として使用された実績を有する。一方、高温・高照射量まで使用された燃料被覆材では、粒界におけるHeバブルの析出や母相中に分散させていたNiAlTi
(
'相)の固溶・粒界再析出等が生じ、粒界劣化に起因した強度特性の低下が確認されている。この粒界劣化に起因した課題に対して、本研究では種々の材料で粒界特性の改善効果が実証されている粒界制御技術に着目し、PE16で生じた粒界劣化の抑制、粒界特性の改善を目的に、対応粒界頻度80%以上の粒界性格制御したPE16及びその冷間加工材を試作し、高温での引張試験から粒界性格制御したPE16の強度特性に及ぼす冷間加工等の影響について評価した。引張試験の結果から、粒界性格制御したPE16と粒界性格制御した後に冷間加工を加えたPE16の引張強さの温度依存性は、いずれの供試材とも試験温度の上昇とともに強度が単調に低下し、800Cでは急激な低下がみられた。破断伸びは、冷間加工度が高くなるほど低下する傾向が示され、冷間加工による転位導入に伴う加工硬化に起因している可能性が示唆された。
丹野 敬嗣; 藤田 江示; 矢野 康英; 大塚 智史; 中島 英治*; 光原 昌寿*; 大沼 正人*; 外山 健*; 皆藤 威二
no journal, ,
高温強度に優れる酸化物分散強化型(ODS)鋼を燃料被覆管に適用することで、事故時を含む超高温域までの燃料破損リスクを低減し、プラントの安全性向上が期待される。強化相として分散している酸化物粒子は、他の耐熱合金の強化相として用いられる炭窒化物や金属間化合物と比較して安定と考えられるが、事故時に想定される超高温域まで組織や強度が維持されることを実際に確認することが重要である。本研究では、ODS鋼の超高温に対する限界性能を評価するため、事故を模擬した超高温加熱処理を実施し、その後のマクロ組織と強度の評価を行った。マクロ組織については、1250Cまで概ね安定であり結晶粒が微細であったが、1300C以上では粗大化していた。一方、硬さについては、1250C以上で低下していることが分かった。なお、本研究は、文部科学省原子力システム研究開発事業JPMXD0219214482の助成を受けたものである。
川口 浩一; 石井 克典; 瀬川 智臣; 牧野 崇義
no journal, ,
自己修復機能を有するグローブの実現性検討として、現行のグローブやビニルバッグの素材と自己修復エラストマーから成るハイブリッド材料について、引張強度や自己修復性等の材料特性を評価した。
