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論文

Synergistic effect of displacement damage and helium atoms on radiation hardening of F82H at TIARA facility

安堂 正己; 若井 栄一; 沢井 友次; 谷川 博康; 古谷 一幸; 實川 資朗; 竹内 浩; 岡 圭一郎*; 大貫 惣明*; 香山 晃*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(2), p.1137 - 1141, 2004/08

 被引用回数:40 パーセンタイル:7.32(Materials Science, Multidisciplinary)

F82H鋼の開発にあたり、高照射域($$sim$$100dpa)での照射脆化に及ぼすヘリウムの効果を調べることは、構造材料の寿命を見通すうえで非常に重要である。一般的に照射によって生じる脆化と硬化の間には正の相関関係があることから、損傷により生じる硬化に加え、ヘリウムが存在する場合での硬化の促進作用の有無について把握しておく必要がある。本研究では、イオン照射法を用いて、総ヘリウム量5000appmまでの同時照射実験(Feイオンによる損傷導入+ヘリウム注入)を行い、微小押込み試験により照射後の硬さ変化について調べた。その結果、約500appmのヘリウム量では、硬化量の促進はほとんど認められず、ミクロ組織も損傷のみの場合と同様の組織が観察された。このことから500appmまでのヘリウム同時照射は、照射硬化の促進には寄与しないことがわかった。

論文

Effects of heat treatment process for blanket fabrication on mechanical properties of F82H

廣瀬 貴規; 芝 清之; 沢井 友次; 實川 資朗; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.324 - 327, 2004/08

 被引用回数:53 パーセンタイル:4.54(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合発電実証プラントにおける増殖ブランケット製作技術開発の一環として、製造プロセスにおける熱履歴が低放射化フェライト鋼の材料特性に及ぼす影響について評価を行った。低放射化フェライト鋼に対して、熱間等方圧加圧(HIP)相当の熱履歴与えたところ、0.04%のTaを含むF82H鋼は1313K以上のHIP相当熱処理により結晶粒の粗大化が認められたが、F82H-0.1%Ta添加材では粒成長が抑制された。これは粒成長が粒界の移動を阻害する炭化物(TaC)の溶解によるものであることを示唆している。より高温における接合を考慮した場合、1373K以下での熱処理では、炭化物の分布状況に起因する熱処理以前の粒径の影響が残っていることから、接合処理後の細粒化には、均質化及びTaCの溶解温度以下での焼きならしの2段階の熱処理が必要である。F82H鋼においては、1423K以上における均質化、並びにTaC溶解温度以下($$sim$$1243K)での焼きならし処理により、加工を伴うことなく結晶粒度7程度の細粒組織が得られることを確認した。

論文

On the effects of fatigue precracking on the microstructure around precrack in 1TCT fracture toughness specimen of F82H-IEA

谷川 博康; 橋本 直幸*; Sokolov, M. A.*; Klueh, R. L.*; 安堂 正己

Fusion Materials Semiannual Progress Report for the Period Ending (DOE/ER-0313/35), p.58 - 60, 2004/04

本報告は、日米協力に基づき著者が米国オークリッジ国立研究所において、High Flux Isotope Reactor(HFIR)を用いて行った研究の成果である。低放射化フェライト鋼の延性脆性遷移温度評価はマスターカーブ法による評価が中心となるが、F82H鋼の評価においては、遷移温度領域において特異な低靭性データが得られることが問題となっており、本研究によって、その原因と解決法が示唆された。まず予亀裂周辺のミクロ組織は、光学顕微鏡,SEM,方位像顕微鏡(OIM),TEMによって観察された。この一連のクラック前方周辺のTEM試片はFIB加工によって作製された。さらに試験後の破面観察も行われた。光学顕微鏡観察の結果、疲労予亀裂の形成は、始め直線的であるが、そのあと旧オーステナイト粒界に沿って進み、最終端では、2$$sim$$3の方向に分かれている傾向にある。SEMとOIMの結果より、予亀裂周辺と予亀裂前方のミクロ組織は、典型的なF82H鋼の疲労組織に見られるようなセル構造を呈していた。さらにクラック前方の領域から得られたTEM像と、逆極点図形は、この構造変化を支持するものである。予亀裂の分離や予亀裂前方のセル構造は、破壊靭性に影響することから、粗大な旧オーステナイト粒を持つ鋼の場合、疲労予亀裂の影響が遷移温度領域における特異な低靭性として現れやすい可能性があることを指摘した。

論文

Radiation effects on the plasticity and microstructure of Ti-Al-V alloys containing $$beta$$ phase

沢井 友次; 田淵 正幸*; 若井 栄一; 菱沼 章道

Proceedings of Materials Research Society Symposium, Vol.650, p.R3.9.1 - R3.9.6, 2001/00

高温用構造材料であるTiAl金属間化合物に10at%以上のVを添加することにより、金属組織中に新たに$$beta$$相を発生させ、これにより引張延性の飛躍的な向上を実現することができた。引張延性の向上は特に600$$^{circ}C$$以上で著しい。Ti-35Al-15V合金では、そのミクロ組織はほとんど$$beta$$相から構成され、620$$^{circ}C$$を境にその引張伸びは約10%から60%へと大きく向上する。大きな伸びを示した引張試験片を破断後、透過電子顕微鏡で観察すると特異なミクロ組織が見いだされた。すなわち六方晶の粒とマトリクスとは異なった方位を有する新たな$$beta$$相の粒からなる多数の変形バンドが存在する。これらのバンド中の$$beta$$相(方位は2種類)とマトリクスの$$beta$$相は、変形バンド中の六方晶と(101)$$beta$$//(0001)h,[111]$$beta$$//[1210]hなる方位関係を有しており、塑性変形に対して加工誘起マルテンサイト変態の寄与が示唆される。また、Ti-30Al-10V合金では、600$$^{circ}C$$で60%以上の破断伸びを示したが、この材料をJRR-3Mで3.5e25n/cm$$^{2}$$の照射を行ったところ延性が大幅に低下した。400$$^{circ}C$$照射材を照射温度で試験するとほとんど延性しめさず破断し、600$$^{circ}C$$照射材では照射温度での試験では破断伸びは10%程度に低下している。特に400$$^{circ}C$$照射材を600$$^{circ}C$$で試験した場合でも顕著な延性の回復が見られなかったことから、照射欠陥による延性低下のほかに、$$beta$$相の相分解によってもろい相が発生していることが示唆される。

論文

Microstructure of welded and thermal-aged low activation steel F82H IEA heat

沢井 友次; 芝 清之; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 283-287(Part.1), p.657 - 661, 2000/12

 被引用回数:36 パーセンタイル:9.71(Materials Science, Multidisciplinary)

IEAヒートF82HをTIG及びEB溶接し、溶接後歪み取り熱処理(PWHE)を施した後、さらに550$$^{circ}C$$での時効を実施した。また、母材の時効を500~650$$^{circ}C$$の間で行った。PWHT直後の溶接継手の硬さ分布では、TIG,EBともに溶金部での硬化が認められ、EBではより顕著であった。一方、TIGの場合には明瞭な軟化部が溶接熱影響部に認められた。母材の顕著な軟化は650$$^{circ}C$$以上の時効温度で認められたが、硬化したTIG溶接金属は、550$$^{circ}C$$での時効でも軟化を示した。溶金部の電子顕微鏡観察の結果、550$$^{circ}C$$,3000時間の時効でも、析出物の発生は通常の母材よりかなり少なかった。X線回折によって定められたF82HのTTT線図では、Laves相の発生は550$$^{circ}C$$時効の場合は6000時間以上の時効時間が必要とされているが、電子顕微鏡観察では溶金部中には550$$^{circ}C$$での3000時間時効でLaves相の発生が見られた。炭化物発生が少ないために固溶W量が多いこと、Laves相の発生を押さえると言われるNbの濃度が低いこと、あるいは凝固時の偏析等、溶金部では母材に比してLaves相の発生による脆化を懸念させる要素があるが時効時間を10000時間に延長してもLaves相は、その成長が顕著でなく、時効温度550$$^{circ}C$$に関しては溶金部でのLaves相による脆化は影響が少ないと予測される。

報告書

反応度事故条件下における照射済ATR/MOX燃料の挙動(共同研究)

笹島 栄夫; 更田 豊志; 中村 武彦; 中村 仁一; 上塚 寛; 菊池 圭一*; 安部 智之*

JAERI-Research 99-060, p.62 - 0, 2000/03

JAERI-Research-99-060.pdf:12.05MB

反応度事故条件下における照射済MOX燃料の挙動、特にFPガス放出や破損機構をウラン燃料と比較し把握するために、原研のNSRRにおいて燃料燃焼約20MWd/kgHMまで新型転換炉「ふげん」においてベース照射したATR/MOX燃料を用いたパラメータ照射実験を行った。これまでに4回のパルス照射実験をピーク燃料エンタルピ335J/gから586J/gの範囲で実施したが、燃料の破損は観察されなかった。500J/g以上のピーク燃料エンタルピを与えた実験では、PCMIによる比較的大きな燃料棒の変形が生じた。パルス後のガスパンクチャ試験により、約20%のFPガス放出が観察された。Puスポット位置では、FPガスがたまっていると思われる直径数十ミクロンの大きな気孔が見られた。ペレット外周部のPuスポットの周りでは結晶粒の微細化が観察された。またペレット外周部でのマイクロクラックの生成、Puスポットを起点としたクラックの生成、マトリックス部の結晶粒界分離が観察された。このようにパルス照射によるペレットミクロ組織の変化がパルス照射時の燃料スエリングに寄与したと考えられる。また相対的に高いピーク燃料エンタルピのパルス照射時に見られた、燃料棒の大きな変形及び高いFPガス放出率は、このようなミクロ組織の変化によって生じたものと思われる。

論文

Development and tensile properties of Ti-40Al-10V alloy

菱沼 章道; 田淵 正幸; 沢井 友次

Intermetallics, 7(8), p.875 - 879, 1999/00

 被引用回数:10 パーセンタイル:39.15(Chemistry, Physical)

一般に金属間化合物は、高比強度、高比剛性、高耐食性などの優れた特性を有するものの、室温延性、靭性に乏しいため、すなわち脆いことが障害となってこれまで実用材料には至っていない。本研究では、まったく新しい取り組みとして、従来のL10と呼ばれる規則格子のTiAlをベースにバナジウムを添加することによって、さらに対称性の高いB2結晶構造を有する$$beta$$相を発生させることにより、その最大の欠点である室温延性を飛躍的に向上させ、しかも強度特性も従来材料に比べて著しい高い値を有する合金の製造に成功した。その値は、従来のTiAl金属合金化合物に比べて数倍の室温延性と約2倍の強度を併せ持つ優れた特性を示している。

論文

Microstructural evolution of welded austenitic stainless steel irradiated in HFIR target experiments

沢井 友次; 芝 清之; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.1997 - 2001, 1998/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.81(Materials Science, Multidisciplinary)

改良ステンレス鋼JPCAに電子ビーム溶接を行い、母材及び溶接部から採取した試験片をHFIRターゲットキャプセルで照射した。照射温度は300,400及び500$$^{circ}$$Cであり、照射量は17dpaであった。300$$^{circ}$$Cでは、キャビティーは2nm以下であり試料によるミクロ組織変化はほとんど見られなかった。400$$^{circ}$$Cではキャビティーサイズは若干大きくなるが(最大8nm)、ヘリウムガス圧によるバブルと推定される。これに比して500$$^{circ}$$CではJPCA溶接部試験片中に最大30nmまでのキャビティーが観察され、これらはボイドであると推定される。溶金部試料では最終凝固部分にチタン等のスエリング抑制元素が偏析した結果、500$$^{circ}$$Cでのミクロ組織変化は不均一であり、初晶に対応する凝固セル中央部では顕著なボイドの発生、成長により耐スエリング性劣化が見られる。凝固セル界面ではキャビティー密度は高いものの、全て微細なバブルにとどまっておりスエリングは少なかった。以前の超高圧電子顕微鏡による実験結果とは完全に一致しないが、ヘリウムの発生する照射環境でも、改良ステンレス鋼の耐スエリング性が溶接によって劣化することが示された。

報告書

低放射化フェライト鋼F82H IEAヒート材の特性;IEAラウンドロビン試験中間報告,1

芝 清之; 菱沼 章道; 遠山 晃*; 正村 克身*

JAERI-Tech 97-038, 110 Pages, 1997/08

JAERI-Tech-97-038.pdf:5.13MB

低放射化フェライト鋼F82H鋼はIEA低放射化フェライト鋼ワーキンググループにおけるラウンドロビン試験の標準材に選ばれている。このラウンドロビン試験の日本分担分について、ミクロ組織、物理特性、機械特性の多くの特性についてのデータが得られた。この報告書では現在までに得られたデータについてまとめたものであり、これからもさらに多くの特性データが得られる予定である。

論文

Radiation induced swelling in welded austenitic stainless steel

沢井 友次; 芝 清之; 深井 勝麿; 菱沼 章道

6WS-96: 6th Int. Welding Symp. on the Role of Welding Science and Technology in the 21st Century, 2, p.483 - 488, 1996/00

核融合炉の炉心構造材料として短期的には最も有力な候補材料であるオーステナイト鋼に対して、溶接を行った場合の照射によるミクロ組織変化、特にボイドスエリングを母材と比較した。用いた照射手段は超高圧電子顕微鏡、分裂炉(HFIR、ORR)である。このうちORR照射では、照射温度が400$$^{circ}$$Cと低かったために母材と溶金部のスエリングの差はなかったが、超高圧電子顕微鏡照射では溶金部と溶接熱影響部では母材よりスエリングが大きく、これは特に溶金部で顕著であった。(照射温度は500$$^{circ}$$C)。HFIR500$$^{circ}$$C照射でも、溶金部のスエリングは、過去の母材データに比して大きかった。これら溶金部でのスエリング増加は、溶金部凝固組織中でのスエリング抑制元素の偏析と関連している。照射条件の差により、超高圧電子顕微鏡で照射した溶金部では、ボイドの発生が不均一ミクロ組織を生じさせていたが、原子炉照射ではボイドの成長が鍵であった。

論文

Stress corrosion cracking of model austenitic stainless steels irradiated in JRR-3M

塚田 隆; 三輪 幸夫; 新藤 雅美

Fourth Japan-China Symp. on Mater. for Advanced Energy Systems and Fission and Fusion Engineering '96, 0, p.223 - 227, 1996/00

照射腐食割れ(IASCC)に対する合金添加元素の効果を調べるため、高純度の304及び316型モデルステンレス鋼にSi、P、S、C及びTiを添加した合金をJRR-3Mにおいて照射した。照射後には、高温水中における応力腐食割れ感受性を調べるための低歪速度引張試験及びミクロ組織を調べるために透過電顕観察を行った。304型合金は高温水中で高いSCC感受性を示し、合金炭素濃度により粒内型及び粒界型の割れ形態となることが分かった。また、316型合金も両型のSCCを生じたSiの添加は照射後の機械的性質に大きな影響を与え、SまたはPの添加はIASCCの挙動に対し、それぞれ融体また低減の効果があることが知られた。Siの効果はミクロ損傷組織の観察結果とも整合性のあることを示した。

論文

Effect of minor elements on irradiation assisted stress corrosion cracking of model austenitic stainless steels

三輪 幸夫; 塚田 隆; 實川 資朗; 北 智士; 浜田 省三; 松井 義典; 新藤 雅美

Journal of Nuclear Materials, 233-237(PT.B), p.1393 - 1396, 1996/00

 被引用回数:14 パーセンタイル:24.2(Materials Science, Multidisciplinary)

高純度Fe-18C-12Niステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC)に及ぼす微量添加元素の効果を調べた。3種の合金(高純度、Si添加、C添加)を溶製し、JRR-3Mにて6.7$$times$$10$$^{24}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$1MeV)まで中性子照射を行った。その後、IASCC感受性を評価するために、高温純水中(300$$^{circ}$$C、9.3MPa)にて歪み速度1.7$$times$$10$$^{-7}$$/sの低歪み速度引張試験を行い、さらに割れ破面のSEM観察及びマイクロストラクチャーのTEM観察を実施した。その結果、Si添加は顕著な照射硬化の低下と大きな均一伸びをもたらしたが、これは微細な欠陥クラスターのみが発達したためであり、C添加は大きな照射硬化をもたらしたが、これはクランクルーフの発達によるものであることが解った。またSi添加は腐食割れ性にはあまり影響を与えなかったが、C添加は割れ破面形態と粒界割れから粒内割れが主となるように、大きく変化させた。わずかな量の添加元素が照射硬化及び腐食割れ性に大きな影響を与えることが見い出された。

論文

Radiation damage of TiAl intermetallic alloys

菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 239(1-3), p.267 - 272, 1996/00

 被引用回数:19 パーセンタイル:16.96(Materials Science, Multidisciplinary)

金属間化合物は優れた高温特性及び低密度、低放射化性などから原子力材料としても有力であると考えられているが、これまで照射損傷に関する研究は非常に少ない。ここでは、金属間化合物の照射感受性に関する最近の研究結果をまとめ、TiAl化合物の原子炉材料としての魅力を紹介する。TiAl金属間化合物では、中性子、電子照射実験によるミクロ組織の変化が金属材料に比べて非常に小さいこと及び照射後引張特性が劣化しないことが示された。これらの特徴は、限られたデータではあるが、TiAl化合物が照射に対して優れた特性を有することを意味しており、今後この種の規則性をもつ金属間化合物は将来の原子力材料として非常に有望である。

論文

Cross-twinning in TiAl intermetallic alloy deformed at elevated temperature

沢井 友次; 深井 勝麿; 菱沼 章道

Microstructures and Functions of Materials (ICMFM 96), 0, p.257 - 260, 1996/00

宇宙・航空材料として注目されているTiAl金属間化合物の高温変形挙動に関するミクロ組織の解析である。この材料を600$$^{circ}$$Cで変形させた材料のミクロ組織を電子顕微鏡を用いて観察したところ、塑性変形は転位の運動よりも、変形双晶の発生によってより多く生じていることが見出された。特に結晶粒によっては2系統の1/6〈112]{111}双晶が共存しており、これらは互いに交差していることが見出された。さらに詳しい解析によって、これらは発生可能な4系統のもののうち、〈110]晶帯に属する2系統の組合せとなっていることが見出された。これは引張試験におけるSchrmid因子の考察から説明できる。また、実際の交差のメカニズムに関しては、2番目に発生する双晶を形成するショックレー・部分転位1/6〈112]は、既存の第1の双晶中で完全転位1/2〈110]となって通過するというモデルを提案し双晶の交差とそれに伴う屈折を説明している。

論文

Microstructural development of 10Cr-2Mo ferritic steel irradiated to 57 dpa in HFIR

鈴木 雅秀; 沢井 友次; P.J.Maziasz*; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 179-181, p.718 - 721, 1991/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.04(Materials Science, Multidisciplinary)

フェライト鋼は耐スエリング特性に優れていることが知られており、核融合炉第一壁の有力な候補材料である。原研では日米協力試験の一つとして、2相のフェライト鋼である10Cr-2Moを、米国オークリッジ国立研究所にある原子炉HFIR(High Flux Isotope Reactor)により、400$$^{circ}$$C~600$$^{circ}$$Cの温度範囲で57dpaまでの照射を行った。照射材料を透過電子顕微鏡を用いて観察することにより、ミクロ組織の進展について、以下の知見を得た。観察結果については、ヘリウム効果の観点から、考察を行った。(1)400$$^{circ}$$Cでの照射材では、ボイドは大きくは成長しておらず、多くの転位ループと微細な析出物が観察された。(2)500$$^{circ}$$Cでは57dpa照射後、ボイドが急激に成長しており、多くのボイドはX相に付着していることがわかった。(3)600$$^{circ}$$Cでは析出物が大きく成長していたが、ボイドの成長はみられなかった。

論文

Microstructual development of PCAs irradiated in HFIR at 300 to 400$$^{circ}$$C

田中 三雄; P.J.Maziasz*; 菱沼 章道; 浜田 省三

Journal of Nuclear Materials, 141-143, p.943 - 947, 1986/00

 被引用回数:24 パーセンタイル:10.04(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉用材料として開発した日米の候補材料(PCA)の照射実験を共同で進めている。ここでは双方の候補材料であるFERなど近未来を目標にしたSVS316鋼の改良材を実用に近い温度300と400$$^{circ}$$CでHFIR(High Flux Isotope Reactor)で10と34dpaまで照射した後、電子顕微鏡を利用してミクロ組織とくに転位ループ及び転位線、キャビティ(ボイド、ヘリウム気泡)、析出物に注目して観察した結果を報告する。用いた材料は米国の25%冷間加工材と日本の15%冷間加工材及び溶体化処理材である。その結果日米双方の上記パラメータの照射下における挙動はほとんど差がないこと及びこの実験条件下では加工材と溶体化材の差異が非常に小さいことが明らかとなった。

論文

Effect of external stress on the microstructural change during electron-irradiation in nickel

實川 資朗; 片野 吉男; 白石 健介

Journal of Nuclear Science and Technology, 21(9), p.671 - 677, 1984/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:23.64(Nuclear Science & Technology)

照射下に於けるミクロ組織の変化に対する外力の効果を調べるために、超高圧電子顕微鏡を用いて電子線照射下の純ニッケル中のミクロ組織変化を試料引張ステージを用いて、その場観察してみた。照射温度は723K,電子線束は1$$times$$10$$^{2}$$$$^{3}$$e/m$$^{2}$$sとした。外力が加わっている試料では、照射により生じたフランク・ループが、10nm程度にまで成長するとUnfaultすることが観察された。外力を加えていない試料中に発生したフランク・ループも外力が加えられるとUnfaultした。Unfaultを生じさせ得る外力の大きさは、照射温度723Kのとき、$$<$$112$$>$$Unfault方向の剪断応力で、3.7MPa以上であることがわかった。Unfaultして生じた完全転位ループの成長速度は、フランク・ループのそれより3倍程度と大きかった。外力の加わっている試料中に於いては、これらの完全転位ループは、その大きさがある大きさを越えるまで成長すると、すべり運動をして拡がった。

口頭

Effect of microstructure on fracture toughness of un-irradiated and irradiated heat affected zone materials of RPV steels

勝山 仁哉; 高見澤 悠; 河 侑成; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄

no journal, , 

原子炉圧力容器鋼の熱影響部における未照射及び照射材を対象に、中性子照射試験及び照射後試験により得られた硬さや破壊靭性等の結果の原因を明らかにするため、走査型電子顕微鏡やアトムプローブトモグラフィ等を用いたミクロ組織分析を行った。その結果、未照射材の破壊靭性には、結晶粒径や相分率のほか、島状マルテンサイトの有無が影響していることが明らかとなった。また、照射材に対する破壊靭性試験により、粗粒域の脆化は母材に比べて小さい一方、細粒域のそれは母材と同等であることが分かった。その違いの原因を調査するためミクロ組織分析を行ったが、熱影響部と母材とを比較して、照射脆化への寄与が知られている溶質原子クラスタや炭化物近傍の偏析、空孔型欠陥には有意な違いがないことが分かった。

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