Tensile properties on dissimilar welds between 11Cr-ferritic/martensitic steel and 316 stainless steel after thermal aging

矢野 康英; 丹野 敬嗣; 岡 弘; 大塚 智史; 皆藤 威二

Journal of Nuclear Materials, 555, p.153105_1 - 153105_8, 2021/11

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153105

今回の研究目的は、400から600Cで熱時効された11Crフェライト/マルテンサイト鋼とSUS316鋼を用いた異材接合部の引張特性と組織評価を実施することとした。微細組織観察はSEMとTEMを用いた。異材接合部の組織は少量の残留オーステナイト組織を含むラスマルテンサイト組織であった。400と450Cで2相分離とG相の形成に起因した熱時効硬化が確認されたが、明確な全伸びの低下は確認されなかった。また、破面としても劈開破壊よりむしろ細かな延性破面が支配的であった。引張強度の増加は2相分離に起因し、軟化相である残留オーステナイト相が延性保持に寄与していることが推察された。

Thermal aging effect for creep properties on Ni base refractory alloys

石島 暖大; 上野 文義

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 4 Pages, 2015/05

再処理機器で使用されているNi基耐熱合金(Alloy625)の熱サイクル寿命評価に重要な、クリープ特性に及ぼす熱時効の影響を評価するため、熱時効材および溶体化処理材について1073Kでクリープ試験を行った。その結果、溶体化材では試験応力が100MPa未満では試験途中でクリープひずみ速度が減少するが、熱時効材ではその様な傾向は見られなかった。溶体化材の試験応力によるクリープ挙動の変化は、試験中に金属間化合物が析出するためであることが組織観察およびクリープひずみ速度の挙動から明らかとなった。これらの結果は、再処理機器の運転中に金属間化合物が析出し、クリープ疲労特性が変化することを示唆しているが、試験結果よりその析出は数百時間で終了しているため、実機のクリープ疲労寿命評価には熱時効材のデータを使用する方が適切である。

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。

フェライトにおけるG相の二段階核形成; 臨界サイズと臨界組成

松川 義孝*; 武内 伴照; 永井 康介*

no journal, , 

本研究は、2相ステンレスの熱時効脆化の要因の一つであるG相の析出において、溶質元素がどのような拡散過程を経て集合及び結晶構造変化に至るのか解明するため、2相ステンレスを400Cで最長1万時間熱時効し、フェライト相内に析出したG相について、アトムプローブと透過電子顕微鏡を用いて組織観察を系統的に行った。その結果、以下の析出過程を経ることが分かった。(1)溶質元素クラスタは自発的成長により、ある臨界サイズまで成長する。(2)その時点では溶質元素クラスタの結晶構造は変化せず、潜伏期間を経た後、G相に構造変化する。(3)潜伏期間では溶質元素の濃化が起こり、臨界組成に達したときに結晶構造が変化する。(4)クラスタに含まれるNi, Si及びMnの組成比は最終生成物のそれと同一である。(5)潜伏期間は約1年である。本研究で確認された核形成プロセスは、溶質元素クラスタとしての核形成(自発的成長)と化合物としての核形成(結晶構造変化)という二段階プロセスである点と、化合物としての核形成が臨界サイズと臨界組成で特徴づけられる二段階プロセスである点において、キャピラリティー近似に基づく従来の核形成理論とは大きく異なることが明らかとなった。

Atomistic modeling of hardening in thermally-aged Fe-Cr binary alloys

鈴土 知明; 永井 康介*; Alfredo, C.*

no journal, , 

Fe-Cr合金は熱時効によりスピノーダル分解を起こし、材料の硬化や延性の低下などを招くことがよく知られている。本研究はこの現象の原子論的モデルリングの最初の試みである。我々はまずモンテカルロ法を用いてスピノーダル分解した微細構造を再現し、その構造中の刃状転位の運動を分子動力学で実現した。スピノーダル分解進行の様々な段階で、材料硬化の指標である臨界応力を測定し、実験観察で得られている相分離パラメータと硬化の線形関係を再現することに成功した。

SCC initiation susceptibility in L-grade austenitic stainless steels after long-term thermal aging treatment

加治 芳行; 近藤 啓悦; 青木 聡; 平出 哲也; 山本 正弘

no journal, , 

長時間熱時効と応力腐食割れ発生感受性の関係を明らかにするために、長時間熱時効前後の316Lのミクロ組織解析を実施した。特に、変形ミクロ組織に着目して実施した。CBB試験後のSEMによる表面観察結果から、316L冷間加工材の長時間熱時効の有無による変形ミクロ組織の違いが示唆された。冷間加工後に長時間熱時効を施した試験片では、粗い平面すべりが観察され、変形の局在化が見られた。一方、冷間加工のみを施した試験片では、細かい曲線的なすべりが観察され、均一な塑性変形が見られた。長時間熱時効により変形組織が変わる機構に関してはまだよく分かっていない。現在、316Lの冷間加工後の長時間熱時効材に関して種々の手法により解析を進めており、ミクロ組織におよぼす影響、さらには応力腐食割れ感受性におよぼす影響について検討を進めている。

Ta/Zr爆発接合継手の水素脆化挙動に及ぼす時効の影響

中鉢 海斗*; 横山 賢一*; 石島 暖大; 上野 文義; 阿部 仁

no journal, , 

使用済核燃料再処理施設で採用されているZr/Ta/SUS爆着接合継手について、水素ぜい化挙動に及ぼす熱時効の影響を特に水素の影響を受けやすいと考えられるZr/Ta接合界面部について検討を行った。その結果、Ta部の水素濃度が約20ppmを超えるとZr/Ta界面において脆性的な破断が生じること、そのような水素濃度の試料について300Cで1000時間の熱時効によりTa部の水素濃度が約10ppm以下になると延性が回復する一方、200C以下の時効では水素濃度は顕著に低下せず延性も回復しないことが明らかになった。以上の結果は、Ta/Zr界面のTa部における水素濃度が爆着継手の水素ぜい化挙動に影響を与えるとともに、熱時効により水素の存在状態が変化する事を示唆するものであると考えられる。

Effect of cold-work and long-term aging on SCC initiation susceptibility of austenitic stainless steel

近藤 啓悦; 青木 聡; 藤村 由希; 加治 芳行

no journal, , 

BWR炉内構造材料である低炭素オーステナイト系ステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)発生感受性に及ぼす長時間熱時効の影響について研究を行った。実験の結果、20%冷間加工したSUS316L鋼に対して、288Cで14000時間以上の熱時効処理を行ったところ、非常に高い粒界型SCC発生感受性を示すことが明らかとなった。原因追及のため長時間熱時効前後の材料微細組織観察を実施した結果、熱時効処理によって材料内部に導入された転位が再配列し、転位セル構造を形成することが明らかとなった。長時間熱時効材では、転位セル構造への変化により応力負荷時の塑性変形の均一性が喪失し、結晶粒界近傍の応力・ひずみの局所化を誘引したことが、SCC発生感受性上昇の原因の一つであると推測された。

ミニチュア試験技術による高速炉ラッパ管用マルテンサイト鋼の熱時効後破壊靭性評価

丹野 敬嗣; 静川 裕太; 藤田 江示

no journal, , 

開発を進めているミニチュア3点曲げ破壊靭性評価技術を用いて、PNC-FMSの熱時効後の破壊靭性評価を実施した。600C、6000hの熱時効を経たPNC-FMSは、シャルピー衝撃特性は劣化していたが、室温での破壊靭性は低下していないことが本試験により示された。また、試験片への疲労予き裂を熱時効の前と後に導入した場合を比較した結果、今回の熱時効条件の場合では有意な差異がないことが分かった。