Effects of thermal aging on the mechanical properties of FeCrAl-ODS alloy claddings

矢野 康英; 丹野 敬嗣; 大塚 智史; 皆藤 威二; 鵜飼 重治*

Materials Transactions, 62(8), p.1239 - 1246, 2021/08

https://doi.org/10.2320/matertrans.MT-M2021057

FeCrAl-ODS鋼被覆管を製作し、その被覆管の熱時効の影響を調査するために、450C,5000時間と15000時間の熱時効後に、硬さ試験,リング引張試験,TEM観察を実施した。全てのFeCrAl鋼被覆管で熱時効硬化が確認され、延性低下を伴う顕著な強度上昇も生じた。熱時効硬化挙動は(Ti, Al)リッチ相('相)析出とAl7wt%未満の場合は'相析出も起因していると考えられる。同様の組成をもつFeCrAl-ODS鋼を比較した場合、再結晶材と未再結晶材で熱時効硬化は生じるが、後者は延性低下を伴わないことが明らかになった。この挙動の差は、結晶粒界,転位密度,試験片作製方向の影響が起因していると考えられる。本研究は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、北海道大学が実施した平成2528年度「事故時高温条件での燃料健全性確保のためのODSフェライト鋼燃料被覆管の研究開発」の中で北海道大学からの委託により原子力機構が実施した研究成果である。

第三回東海再処理施設技術報告会

槇 彰; 佐本 寛孝; 田口 克也; 佐藤 武彦; 清水 亮; 庄司 賢二; 中山 治郎

JNC TN8410 2001-012, 185 Pages, 2001/04

JNC-TN8410-2001-012.pdf:9.61MB

本資料は、平成13年3月14日に日本原燃(株)六ヶ所事務所にて開催した「第三回東海再処理施設技術報告会」の予稿集、OHP、アンケート結果を報告会資料としてまとめたものである。東海再処理施設技術報告会は、これまでに2回開催されており、第一回は「東海再処理施設の現状、今後の計画」について、第二回は「東海再処理施設の安全性確認作業」について、東海再処理施設においてこれまでに得られた技術・知見等を紹介してきた。今回第三回は、「東海再処理施設の腐食・ISIに関する実績と今後の計画」について東海再処理施設においてこれまでに得られた技術・知見等の報告を行ったものである。

軽水炉圧力容器用ステンレス肉盛クラッドの残留応力と経年劣化評価(受託研究)

西山 裕孝; 鬼沢 邦雄; 出井 義男; 鈴木 雅秀

JAERI-Research 2000-047, 32 Pages, 2000/10

JAERI-Research-2000-047.pdf:1.69MB

軽水炉圧力容器内面のステンレス肉盛クラッドに用いられている代表的な2種類の溶接方法、すなわち、エレクトロスラグ溶接(ESW)、サブマージドアーク(SAWM)によってクラッド供試材を製作し、溶接残留応力分布を明らかにするとともに、クラッド材の熱時効及び中性子照射脆化について評価した。クラッド部には降伏応力に達する程度の引張応力、母材溶接熱影響部に圧縮応力が存在することが明らかとなった。40010000hの熱時効においては、ESW、SAWMクラッド材とも降伏応力の上昇、延性脆性遷移温度(DBTT)の高温側へのシフト及び上部棚吸収エネルギー(USE)の低下が生じた。290、1.2~1.510n/cm(E1 MeV)の中性子照射によっても同様な変化を示した。これらの変化は、ESW、SAWMともほぼ同程度であったが、初期値についてはESWの方がDBTTが低くUSEが高かった。また、クラッド材と母材の中性子照射によるDBTTシフトを比較した場合、クラッド材のシフト量は母材に比べて小さいという結果が得られた。

高強度フェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)の衝撃特性の評価

上平 明弘; 鵜飼 重治

JNC TN9400 2000-035, 164 Pages, 2000/03

JNC-TN9400-2000-035.pdf:3.67MB

高強度フェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS鋼:0.12C-11Cr-0.5Mo-2W-0.2V-0.05Nb)は、サイクル機構が高速炉の次期炉心材料候補として開発した鋼種であり、1992年の材料強度基準(暫定案)の策定時に延性脆性遷移温度(DBTT)が評価されているが、衝撃特性において重要な特性の1つである寸法依存性、および上部棚吸収エネルギー(USE)の評価が行われていないといった課題がある。本報告では、PNC-FMS鋼および海外材のデータを用いて、USE,DBTTそれぞれにおける寸法依存性、熱時効効果、照射効果などを評価し、PNC-FMS鋼における製造時のUSEとDBTTの設計値、および熱時効効果と照射効果それぞれの設計式を策定した。得られた主な結果は次の通りである。(1)USEの寸法依存性は「(Bb)のn乗」(B:試験片の幅、b:試験片のリガメントサイズ)を用いて「USE=m(Bb)のn乗」(m,nは定数)の関係として適切に評価可能であること、およびPNC-FMS鋼の場合「n=1.4」となることを明らかにした。「(Bb)のn乗」における乗数「n」は、フルサイズ試験片のUSE(J)と関連付けられ、「n=1.3810のマイナス3乗USE+1.20」の関係式が得られた。(2)DBTTの寸法依存性は「BKt」(Kt:弾性応力集中係数)を用いて適切に評価可能であり、「DBTT=p(log10BKt)+q」(p,qは定数)の関係にあることを明らかにした。PNC-FMS鋼の場合、DBTT=119(log10BKt)-160であった。(3)製造時DBTTの設計値、および熱時効効果と照射効果それぞれの設計式を用いて、照射後のDBTTを推定した結果、350650の照射温度範囲でサブサイズ試験片(幅3mm高さ10mm)のDBTTは180以下であった。

時間とともに硬化する構造物の熱応力ラチェット解析

羽田 一彦

日本機械学会論文集,A, 65(636), p.108 - 115, 1999/08

定常1次応力の下で熱応力が繰り返し作用する構造要素について、熱時効や中性子照射による降伏応力の上昇を適切に考慮し、累積する熱応力ラチェットひずみが許容値内に収まるように繰り返し熱応力の範囲を合理的に定めるための設計手法を開発する。降伏応力が時間とともに上昇する場合の変形挙動は、降伏応力一定の場合とは異なって過渡的な変形モードが新たに現れ、計9つのモードに分類できる。これらの変形モードを生ずる熱応力の範囲並びに熱サイクルごとのラチェットひずみ増分は、当該サイクル及びその1つ前のサイクルにおける降伏応力値により一意的に定まることがわかった。新しく提案した熱過渡事象の発生頻度を統一的に表す時間関数モデルを用い、各変形モードの熱応力範囲及びラチェットひずみ増分を時間の関数として導出した。これにより、ラチェットひずみが許容値内に収まる熱応力の範囲を時間の関数として定めることができた。

アロイ800Hのクリープ特性に及ぼす試験雰囲気及び時効の影響

渡辺 勝利; 田辺 龍彦*; 辻 宏和; 平賀 啓二郎*; 坂井 義和*; 中島 甫; 白石 春樹*

JAERI-M 90-061, 32 Pages, 1990/03

JAERI-M-90-061.pdf:1.88MB

HTTRの制御棒被覆材として使用予定のFe基合金アロイ800Hのクリープ特性に及ぼすHTGR一次冷却材雰囲気の影響及び高温履歴の影響を定量的に評価することを目的として、一連のクリープ試験(試験温度:750~900C、最長試験時間:3552h)を行い、以下のような結果を得た。(1)HTGRヘリウム中と大気中で、破断強度、破断延性及び変形抵抗のいずれにも有意な差は認められなかった。また、今後の中性子照射効果の検討のために行った、遠隔操作型試験機による準アルゴンガス中での試験結果とも有意な差は認められなかった。(2)溶体化処理材(1120C、1h)と2種類の時効処理材(700C、530h及び1050C、3h)の間で、破断強度、破断延性及び変形抵抗のいずれにも顕著な差は認められなかった。(3)本研究で得られたクリープ破断強度は、既存データのばらつき範囲内に収まっており、本合金の特性は比較的安定したものであるといえる。

多目的高温ガス炉用構造材料2 1/4 Cr-1Mo鋼の経時劣化評価

鈴木 雅秀; 古平 恒夫; 奥 達雄; 深谷 清

日本学術振興会耐熱金属材料第123委員会研究報告, 27(1), p.11 - 20, 1986/00

原研で開発中の多目的高温ガス実験炉では、圧力容器の使用温度が約400Cとなり、圧力容器材として2 1/4Cr-1Mo鋼が使われることが予定され、検討が加えられている。本報告は2 1/4Cr-1Mo鋼の材料特性の評価をする上で最も基本となる長時間時効特性について一連の実験結果を整理したものである。 以下に得られた結論を列挙する。VHTRの寿命期間で、 1)室温強度の低下は、AN材、NT材ともに軽微であると考えられる。 2)高温強度については、NT材では軽微であるが、AN材では500C以上の試験温度での強度低下が顕著となる。 3)NT材では延性脆性遷移温度の上昇が起こり、破面解析より、寿命末期(400C,20万時間と想定)で60C程度の上昇が予想される。

ハステロイ-Xの熱サイクル時効効果

菊地 正彦; 渡辺 勝利; 近藤 達男

JAERI-M 82-052, 31 Pages, 1982/06

JAERI-M-82-052.pdf:3.6MB

多目的高温ガス炉の構造用材料として注目されているハステロイ-Xについて高温ガス炉運転サイクルを近似した熱サイクル時効時の組織変化にともなう機械的性質の変化を調べた。熱サイクル時効条件は頂部保持温度700C~1000Cとし、保持積算時効時間、最長1000時間、熱サイクル数最大125サイクルまで試験を行った。得られた一連の結果のうち、時効後の温室引張延性について注目すると、熱サイクル時効を与えた場合は、各温度波の最高値で恒温時効した場合に比較して組織変化が大きく、これにともなう延性変化も著しくなる傾向が認められた。すなわち、900Cまでの熱サイクル時効では恒温時効に比べて炭化物等の析出が促進され、これにともなって延性の低下が見られるのに対し、最高値を1000Cとした熱サイクル時効では恒温時材料をむしろ上まわる傾向を示した。

Protection of Type 316 Austenitic Stainless Steel from Intergranular Stress Corrosion Cracking by Thermo-Mechanical Treatment

木内 清; 辻 宏和; 近藤 達男

JAERI-M 8786, 19 Pages, 1980/03

JAERI-M-8786.pdf:0.97MB

BWR系軽水炉では、溶接熱影響部で生じるオーステナイトステンレス鋼のIGSCCが最も重要な問題であり、多くの対策が検討されて来た。抜本的な解決法は、合金改良によりIGSCCを生じない材料を作ることである。このために低炭素、N添加の材料が試作されているが、合金の組成を考えた場合、設計コード等のデータベースの確立など実用化迄にかなりの日時と経費を要する。本報の手段は、合金組成は全く変えずに加工熱処理のみにより同様な効果を得ようとするものである。この手段は、完全に溶体化処理した素材に十分な加工を加えた後、まず再結晶温度以下の時効温度で十分析出を完了させ、さらにより高温で再結晶を行う方法である。この方法により生じた粒界は、析出物と無関係に存在し、鋭数化処理を施しても粒界SCC感受性を生じないことが分った。IGSCC感受性については、Strauss始め、多くの評価手段を用いて無処理剤と加工熱処理材との対比試験を行ない、最適条件の加工熱処理法を得た。

ハステロイ-Xおよびハステロイ-XRの応力時効効果

渡辺 勝利; 菊地 正彦; 近藤 達男

JAERI-M 7395, 33 Pages, 1977/11

JAERI-M-7395.pdf:4.31MB

引張応力作用下の時効により材料の延性変化を調べる方法を考案し、ハステロイーXその他の材料について試験を行った。時功条件は応力0~22kg/mm、温度500~1000Cの間でいくつかの段階を選び組合せた。所定の時効のあと試験素材から引張試験片を採取して常温引張性質を調べた。さらに応力時効によってひき起された金属組織の変化について光顕ならびに電顕観察によって調べ、延性変化との関係について考察した。ハステロイ-Xの時効による強度特性の変化は応力作用下では無応力の場合よりも促進され、しかも炭化物析出の量、形状、分布などの微細組織の変化と密接に関連していることを明らかにした。また合金間の比較検討にとり、不純物の管理を行って耐食性を高めたハステロイ-XRの場合が応力時効に対する抵抗性がハステロイーXに比して大きく、しかも場合により応力の作用で延性が改善されることもあることを認めた。