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金山 英幸; 旭吉 雅健*; 伊藤 隆基*; 小川 文男*; 若井 隆純
材料, 66(2), p.86 - 92, 2017/02
本研究では、改良9Cr-1Mo鋼を供試材として、直径6mmの中実丸棒型試験片、直径2mmの小型中実丸棒型試験片および試験片厚さ0.76mm薄板型試験片の寸法が異なる3種類の試験片を用いて、大気中、純度99.99%のArガス雰囲気中および真空中の3種類の異なる雰囲気でクリープ試験を行った。873K、160MPaでの改良9Cr-1Mo鋼のクリープ破断時間は同じ試験雰囲気では試験片寸法の違いに拘わらず同程度の値を取った。同じ試験片寸法のクリープ破断寿命は、大気中と真空中では同程度となり、Arガス中では大気中の半分以下となった。大気中試験およびArガス中試験では試験片表面にCr酸化物を形成したが、真空中試験ではCr酸化物が形成されなかった。クリープ破断寿命を決定するのはCr酸化物サイズのみが支配要因ではないことが示唆された。Arガス中で行ったミニチュア試験片の試験片表面近傍にはCr酸化物が表面から割れて、粒界に沿って母材内部へ進展したき裂が観察され、クリープ破断寿命の低下に寄与した可能性がある。き裂進展による減肉量からArガス中での試験片寸法が及ぼすクリープ破断時間への影響を算出する式を提案した。
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。
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。
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。
加治 芳行; 辻 宏和; 崎野 孝夫*; 藤田 充苗*; 衣川 純一*; 舘 義昭*; 斉藤 淳一*; 加納 茂機*; 志村 和樹*; 中島 律子*; et al.
JAERI-Tech 99-007, 32 Pages, 1999/02
科学技術庁金属材料技術研究所、日本原子力研究所及び動力炉・核燃料開発事業団は、機関間を越えて原子力材料情報を相互利用できる分散型材料データベースシステムである原子力用材料データベース(データフリーウェイ)の基本システムを平成6年度までに構築した。さらに新たに科学技術振興事業団を加えた4機関でデータフリーウェイの利用技術の開発に関する共同研究を平成7年度から開始し、平成11年度末に一般公開するスケジュールで研究開発を継続している。この共同研究では、インターネット上のパソコンからデータフリーウェイシステムを利用して、耐熱合金の諸特性に関しての検索を行い、新たな知見を得た。今後、平成11年度末の一般公開に向けて、使いやすさの向上のためのシステムの改良を行い、データ量の確保とデバッグを含むデータの拡充を進めていく予定である。
武田 哲明; 岩月 仁*; 稲垣 嘉之; 小川 益郎
Proceedings of 7th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-7) (CD-ROM), 10 Pages, 1999/00
本研究は高温工学試験研究炉(HTTR)の水蒸気改質水素製造システムにおけるトリチウム・水素透過過程を調べるため、中間熱交換器伝熱管やその熱利用系として接続する水蒸気改質器触媒管として採用されるハステロイXR等の高温耐熱合金の水素及び重水素透過係数を取得するとともに、水素同位体透過量の低減が期待される水素同位体対向拡散による低減効果、酸化膜やコーディング等による低減効果等の定量評価を行うことを目的としている。本論文では、水素透過試験装置の概略と得られたハステロイXRの水素透過係数について報告した。試験の結果、ハステロイXRに対する水素透過係数の活性化エネルギーと頻度因子は、温度600
C~850C、水素分圧差100Pa~4
10
Paにおいて、活性化エネルギー:E
=67.20
1.2kJ/mol,頻度因子:F=(9.972.15)10
であった。また800Cで約140時間加熱後の水素透過係数は、活性化エネルギー:E=70.202.0kJ/mol,頻度因子:F=(4.740.4)10であり、活性化エネルギーは大きくなるが、水素透過係数は約1/2であった。
武田 哲明; 岩月 仁*; 稲垣 嘉之; 小川 益郎
JAERI-Tech 98-044, 34 Pages, 1998/11
日本原子力研究所では高温工学試験研究炉(HTTR)の建設を進めており、1998年中頃の初臨界を予定している。原子炉の性能試験、安全性実証試験に引き続き、天然ガスの水蒸気改質による水素製造システムを接続する予定であり、HTTR水素製造システムの安全性、制御性及び性能等を実証するための炉外実証試験と要素試験が計画されている。そこで、安全審査及び数値解析コード開発に資するため、水素透過試験を実施した。本研究では水素透過量の低減が期待される水素同位体対向拡散による低減効果、酸化膜等による低減効果等の定量評価を行うことを目的とし、ハステロイ等の高温耐熱合金の水素同位体透過係数を取得する。本報告書は、試験装置の概略と本装置を用いて得られた600C~850Cの高温条件下に対するハステロイXRの水素透過係数についてまとめたものである。
斉藤 淳一; 森永 正彦*; 加納 茂機
PNC TN9410 98-072, 97 Pages, 1998/07
高温アルカリ金属のフロンティア領域を開拓するために、高温液体Liの過酷な環境下で使用できる構造材料の研究開発を推進してきている。その条件下で使用される材料としてNbおよびMoの高融点金属を基とした超耐熱合金に着目した。液体リチウム中の腐食特性、クリープおよび引張強度等の高温での機械的特性は最も重要な特性の一つであり、高温(1473K)でのリチウム耐食性と機械的特性の多くの実験や解析により、NbおよびMo基合金の設計開発を進めてきた。本報告書は、これまで実施してきたNb基およびMo基超耐熱合金のLi腐食試験結果を系統的にまとめ、解析結果より腐食機構を提案するとともに、表面の腐食生成物の生成機構とNb基合金の表面クラックの生成機構を解明したものである。主な結果は下記のとおりである。(1)腐食生成物の生成機構は、溶出金属とLi中の窒素の間で最初に反応が起こり、腐食生成物(窒化物)が表面に析出し、その後、溶出金属どうしの反応が生じ腐食生成物(金属間化合物)が表面に析出する。これらの生成機構により、腐食生成物の成分を予測できることがわかった。(2)クラック生成メカニズムでは、化学ポテンシャル図を用いることによりクラック発生の原因となる3元系酸化物の形成を理解することができた。その結果、合金中の固溶酸素だけでなく試験中に表面から侵入してくるLiの濃度も3元系酸化物の形成に重要であることが明らかになった。
森永 正彦*; 山内 貴司*; 小田 雅章*
PNC TJ9603 98-002, 48 Pages, 1998/03
現在までに高温液体金属技術のフロンティア領域の開拓のために液体アルカリ金属腐食環境下での使用に耐える超高温材料としてNb基およびMo基合金の設計と開発を行なってきた。本研究ではNb基選定合金の強度特性を実験的に評価するとともに、Nb基合金の1073K脆化機構の解明を試みた。また、本委託研究では、これまでの研究の総括として、Nb基およびMo基選定合金の各種特性評価を総合的に行うことを目的とした。
橘 勝美; 西 宏; 衛藤 基邦; 武藤 康
JAERI-Tech 98-010, 107 Pages, 1998/03
鉄基耐熱合金Alloy 800Hについて、700~950Cの温度で、大気中応力一定の条件下でクリープ試験を行い、クリープ曲線、最小クリープひずみ速度、3次クリープ開始時間、クリープ破断時間のデータを取得した。クリープ曲線は応力50MPaを境として、より高応力では典型的な1次+2次+3次クリープ特性を示すが、より低応力では時間とともに軟化する特異な形状を示すことが分かった。高応力側ではGarofaloの式を用いて、ほぼ定式化できた。低応力側では、クリープ曲線そのもののばらつきが大きいことから定式化が難しいが、指数関数を用いて一定の定式化を行うことができることが分かった。
渡部 和男
標準物質; 分析・計測の信頼性確保のために, p.175 - 178, 1998/00
核燃料・炉材料関連の標準物質に関して、原研分析センターにおいて開発・作製したものを中心にとりまとめた。ジルコニウム合金については、JAERI Z11~Z23について、耐熱合金は、JAERI R1~R9について、核燃料ウランについては、JAERI V1~V5について、それぞれ試料の特徴、認証成分元素等を記述した。
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。
武田 哲明; 岩月 仁*; 小川 益郎
日本機械学会第6回動力・エネルギー技術シンポジウム'98講演論文集, p.90 - 95, 1998/00
本研究では、HTTRの中間熱交換器伝熱管やその熱利用系として接続する水素製造システムの水蒸気改質器反応管の候補材料である高温耐熱合金の水素透過係数を取得するために水素透過試験装置を製作し、試験管温度(600C~850C)、試験管内水素分圧(10Pa~4kPa)をパラメータとして、ハステロイXRの水素透過係数(活性化エネルギー及び前指数部)を求めた。試験で得られた水素透過に対する活性化エネルギーの値は、これまでに報告されているハステロイXの値と一致した。
森永 正彦*; 野田 賢二*; 古井 光明*; 小田 雅章*
PNC TJ9603 97-001, 95 Pages, 1997/03
【目的】 高温液体アルカリ金属技術のフロンテイア領域を開拓するため、高温(最高1200
)液体金属リチウム中で優れた特性を有するNb基およびMo基合金の開発を行ってきた。本年度の研究ではMo基選定合金について、その強度特性および液体Li耐食性を評価することを目的とした。また本年度選定を行う予定のNb基合金については、液体Li耐食性を試験した。【実験方法】(1)高温引張試験:Mo基選定基合金の引張試験を、1473Kアルゴン雰囲気中において行った。比較材としてTZM合金を用いた。(2)高温クリープ試験:Mo基選定合金の高温クリープ試験を、1473Kアルゴン雰囲気中で行った。(3)加工性試験:Mo基選定基合金の加工性を評価するため、常温において3点曲げ試験を行った。(4)液体Li腐食評価:Nb基およびMo基選定合金の1473Kでの液体Li腐食試験の重量変化と表面分析結果を基に耐食性を評価した。【結果および考察】(1)高温引張試験:Mo基選定合金は実用TZM合金と比較して約1.5倍の引張強度、2.3倍の降伏強度を示した。また、2種類のMo基選定合金において顕著な強度の違いは見られなかった。(2)高温クリープ試験:Mo基選定合金のクリープひずみ速度は、他のMo基固溶強化型合金よりも小さかったが、析出強化型合金であるTZMに比べれば大きかった。(3)加工性試験:加工性の向上に有効であるTiの添加に関わらず、Mo基選定合金は最大曲がり角度まで破断することなく曲がった。(4)液体Li腐食評価:腐食試験後のNb-Hf合金の重量変化は添加したHf量の増加に伴って大きくなり、同時に亀裂の発生が著しくなる傾向が見られた。このため、Hf量が少ないNb-1Hf合金が最も優れていると思われた。Mo基選定合金ではTiを添加した合金が大きな重量変化を示したが、Tiを添加していない合金では粒界腐食が見られた。したがって、腐食表面が健全なMo-15Re-0.1Zr-0.1Ti合金がより優れた耐食性を有するものと考えられる。【結論】(1)引張強度:Mo基選定合金は実用TZM合金よりも優れた引張特性を示した。(2)高温クリープ強度:Mo基選定合金は優れた高温クリープ特性を有していた。(3)加工性:Mo基選定合金はTi添加の有無に関わらず、優れた加工性を示した。(4)液体Li耐食性:Nb基選定合金では、Nb-
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。
森永 正彦*; 古井 光明*; 真鍋 勝也*; 野田 賢二*; 井上 聡*
PNC TJ9603 96-001, 79 Pages, 1996/03
(目的)高温液体アルカリ金属技術のフロンティア領域を開拓するため,高温(最高1200)液体金属リチウム中で優れた特性を有するNb基およびMo基耐熱合金を創製する必要がある。本研究では,それら合金を開発するため,d電子合金理論に基づく材料設計と設計合金の諸特性評価を行う。(実験方法)(1)加工性:Mo基合金の延性を改善するために,一次選定合金に粒界強化元素を添加した材料を用いて3点曲げ試験を行った。(2)液体Li耐食性:暫定的Nb基一次選定合金を用いて1200の液体Li腐食試験を最長300時間実施し,腐食変化重量を測定した。また,SEMおよびEPMAによって腐食表面を解析した。加えて,2元系Nb基およびMo基合金を用いた同様の解析を併せて行った。(3)800脆化:800および1200でクリープ試験したNb-1Zr合金をいて,硬さ試験,X線回析および組織観察を行った。また,クリープ試験をしていない試料も併せて試験した。(結果および考察)(1)加工性:Mo基合金へのTiの微量添加により加工性が著しく改善した。Moの脆化は粒界に偏析する酸素が原因であるとされている。このことから,Tiの添加により,Mo中の酸素との無害なTi酸化物を形成し,加工性の向上が得られたと考えられる。しかしながら,B,CおよびHfの微量添加は逆に加工性を悪化させる結果となった。(2)液体Li耐食性:暫定的Nb基一次選定合金には,液体Li耐食性に有効なHfが添加されているにも関わらず,その腐食表面には多数のき裂が観察された。特にWの添加に伴うき裂進展が著しかった。すなわち,液体Li耐食性を改善するためにはW量を減少させる必要があることを見出した。一方,Mo基2元系合金は優れた液体Li耐食性を示し,表面のき裂は観察されなかった。なかでもHfおよびTaを添加した合金は表面に粒状物を形成することなく,良好な液体Li耐食性を有することが明らかになった。(3)800脆化:800と1200のクリープ試験材で明瞭な硬さの違いが認められた。しかしながら,X線回析ではいずれの試料においても析出物は検出されなかった。(結論)(1)加工性:Mo基合金の加工性は,Tiの微量添加により著しく改善されることがわかった。(2)液体Li耐食性:Nb基合金の液体Li耐食性は,Wの添加により著しく低下した。一方,Mo基合
渡部 和男
ぶんせき, 0(3), p.196 - 197, 1996/00
核燃料・原子炉材料分析用標準試料に関して、原研分析センターで開発したものを中心に解説した。これまで開発した標準試料は、(1)ウラン分析用標準試料(不純物元素定量用、純分ウラン定量用、ウラン濃縮度測定用)、(2)ジルコニウム及びジルコニウム合金分析用標準試料、(3)耐熱合金分析用標準試料、(4)高純度黒鉛分析用標準試料、などである。これらの標準試料は、日本をはじめ各国の機関に供給され、関連の分析の信頼性向上に役立っている。
森永 正彦*; 斉藤 淳一*; 村田 純教*; 加納 茂機; 古井 光明*; 舘 義昭; 井上 聡*
PNC TY9623 95-001, 165 Pages, 1995/03
次世代原子力システムの構造材料には、高温強度特性に優れ、しかも比重が他の高融点金属よりも小さいNbおよびMoが有望視されている。最近の高温液体金属技術の進歩に伴い、これら超耐熱合金の開発は、原子力プラントの高性能化のために不可欠であると思われる。これまでの共同研究によって耐熱合金の設計とその特性評価を行い、暫定的第1次選定合金を選択した。本研究では、暫定的第1次選定合金の加工性、液体Li耐食性ならびに溶接性を明らかにし、原子力システムの要求特性を満たす合金系ならびに添加量の最適選定を行うことを目的とする。(1)加工性:暫定的第1次選定合金を含む種々の実験合金を用いて3点曲げ試験を行い、加工性の予測法を検討した。(2)液体Li耐食性:最長500時間の液体Li腐食試験を実施し、変化重量,腐食解析ならびに成分分析を行った。また純金属の試験も併せて行った。(3)溶接性:暫定的第1次選定合金のTIG溶接を初めて行い、溶接の可否を調査した。(1)加工性:Nb基合金の曲げ降伏応力および曲がり角度は、硬さを介してd軌道エネルギーレベル差(
Md)によって予測できる。すなわちNb基合金の加工性に対する設計指針は、合金のデルタMdを0.05以下に設定することである。また、Mo基合金の加工性を良好に保つためには、Reの添加が有効であることを明らかにした。(2)液体Li耐食性:Nb基合金では長時間の腐食により深さ40ミューmの亀裂が観察された。Mo基合金はNb基合金に比べて優れた耐食性を示した。両合金の表面には試料カプセルからの元素移行による粒状晶出物が確認された。液体Li耐食性を向上させるためには、変化重量および1200度Cの液体Liに対する高融点金属の溶解度の観点から、酸化物生成自由エネルギーが大きい元素の添加が有効であることを見い出した。(3)溶接性:暫定的第1次合金は十分に溶接が可能であることを明らかにした。また、NbへのW添加は溶接性を向上させることを示した。対象合金中ではMo-15Re-0.5Zr合金が最も優れた溶接性を有することがわかった。得られた設計指針を用いて、トータルバランスに優れるMo基1次選定合金を以下のように決定した。・Mo基合金・・・・・・Mo-15Re-0.1Zr,Mo-15Re-0.5Zr Nb基合金については、液体Li腐食に伴う亀裂の発生の問題がある。今
辻 宏和; 田辺 龍彦*; 中曽根 祐司*; 中島 甫
Journal of Nuclear Science and Technology, 31(4), p.274 - 278, 1994/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)高温工学試験研究炉の高温構造用部材として開発したハステロイXRを供試材料として、一連の荷重一定クリープ試験、短期過大荷重を伴うクリープ試験を900~1000C域の高温ガス炉1次冷却材模擬ヘリウムガス中で行った。短期過大荷重の水準は、高温工学試験研究炉高温構造設計方針に定められたハステロイXRの設計応力強さSmとした。10回程度の過大負荷は、最小クリープ速度、3次クリープ開始点、クリープ破断時間及びクリープ破断伸びのいずれにも本質的な変化を与えなかった。これは、設計応力強さSmの設定が妥当であったことを示唆している。
