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論文

Empirical equations for tensile properties and stress-strain curves of neutron irradiated stainless steels in LWR conditions

福谷 耕司*; 藤井 克彦*; 知見 康弘; 端 邦樹

Proceedings of 19th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems - Water Reactors (Internet), p.523 - 531, 2019/08

軽水炉の炉内構造物の構造健全性評価に資するため、中性子照射したオーステナイト系ステンレス鋼の最新の引張特性データベースを用いたデータフィッティングにより、引張特性の中性子照射量依存性を示す経験式と、応力-ひずみ関係を示す傾向曲線を提案した。データベースに収められた引張特性データは、日本の国家プロジェクトの報告書と公開文献から得られたもので、データシートの形でまとめた。引張特性の中性子照射量依存性を示す経験式は、冷間加工316と溶体化304/316ステンレス鋼に対し、照射量の増加に伴って飽和する式に基づき、温度範囲280-350$$^{circ}$$C、損傷量範囲で最大80dpaを対象として検討した。また、応力-ひずみ関係を示す曲線はSwiftモデルに基づいて検討した。こうして得られた経験式と応力-ひずみ関係の計算結果は、実験値によく一致した。本論文では、組成と冷間加工等、材料の相違の影響について議論した。

論文

アラミド繊維ロッド材料の極低温引張特性評価

齊藤 徹; 大久保 暁一*; 泉 敬介*; 大川 慶直*; 小林 宣博*; 山崎 亨; 河野 勝己; 礒野 高明

低温工学, 50(8), p.400 - 408, 2015/08

アラミド繊維強化プラスチック(AFRP)は軽量、かつ高強度の長所を有する構造材料として開発されてきた。本研究においては、室温、液体窒素温度(77K)と液体ヘリウム温度(4.2K)中における、鉄筋代替コンクリート補強材として用いられる市販品のAFRPロッドの引張強度を評価するために、張力試験を行った。これまでは極低温環境下での試験において、試験片がつかみ部ジグをすり抜ける現象か生じるため、引張試験を実施することは困難であった。そのため、AFRPロッドの滑りを防ぐために、ジグに樹脂を充填して行った。また、グリップジグを改良し、ロッドの表面処理を行い、AFRPロッドのグリップ力を高めるために極低温用エポキシ樹脂を使うことによって、適切な引張試験条件を確立させた。各温度環境下での引張強さは1100MPa以上を示し、さらに、試験温度の減少に伴いヤング率が増加する温度依存を示した。ヤング率の増加の要因はアラミド繊維がエポキシ樹脂より支配的であることを確認した。

論文

Tensile results of low-activation martensitic steel irradiated in HFIR RB-11J and RB-12J spectrally tailored capsules

芝 清之; Klueh, R. L.*; 三輪 幸夫; 井川 直樹; Robertson, J. P.*

Fusion Materials Semiannual Progress Report (DOE/ER-0313/28), p.131 - 135, 2000/06

低放射化マルテンサイト鋼F82H及びF82H鋼TIG溶接材を、米国HFIR炉で、300$$^{circ}C$$及び500$$^{circ}C$$で5dpaまでスペクトル調整照射した試験片の引張試験結果について報告する。300$$^{circ}C$$照射では母材、溶接材ともに照射硬化が著しかったが、500$$^{circ}C$$照射では照射硬化は起こらなかった。溶接材の中では、溶接金属部は母材と同程度の照射硬化を起こしたが、熱影響部を含む継手材では照射硬化量は母材や溶接金属部の半分程度であり、熱影響部が照射による変化を受けにくいことがわかった。また、母材について、歪速度を10倍及び1/10倍に変えて引張試験を行った結果、早い歪速度では強度が高く現れる傾向があり、遅い歪み速度では伸びが小さく現れる傾向が見られた。

報告書

高純度鉄基合金開発に関する研究; 高純度試料作製・極微量分析・特性試験, 先行基礎工学分野に関する報告書

安彦 兼次; 高木 清一*; 加藤 章一; 永江 勇二; 青砥 紀身; not registered

JNC-TN9400 2000-059, 43 Pages, 2000/05

JNC-TN9400-2000-059.pdf:2.08MB

本研究では、現状技術で製作可能な高純度鉄および高純度鉄基合金の材料諸特性を把握し、先進的高速炉の構造材料および機能性材料への適用見通しを得ることを目的とする。そこで、まず10kg程度の高純度鉄及び高純度鉄基合金を超高真空対応のコールドクルーシブル溶解炉を用いて溶製した。次に高速炉の特徴である高温ナトリウム環境と高純度鉄および高純度鉄基合金との共存性、常温および高温における引張特性について検討した。また、高純度鉄基合金の高速炉構造材料に特化された性質の一つである高温クリープ特性を調べるために550$$^{circ}C$$におけるクリープ試験を行い、その特性を評価した。さらに、高純度鉄の基本的材料特性である熱膨張係数や比熱、電気比抵抗などを測定し、機械的特性等含めて高速炉構造材料への見通しを評価した。特性試験および評価より以下の結果が得られた。(1)超高真空対応のコールドクルーシブル溶解炉を用いて10kg程度の高純度鉄および高純度50%Cr-Fe合金を溶製することができた。(2)常温および高温における変形挙動を理解するために高純度50%Cr‐Fe合金の引張試験を行った。その結果、高純度50%Cr-Fe合金は高温においても高強度でかつ延性を有していることがわかった。(3)高純度50%Cr-Fe合金の物理的特性(熱膨張係数や比熱等)を測定した。高純度50%Cr-Fe合金の熱膨張係数はSUS304よりも小さく、高速炉構造材料として有望であることがわかった。(4)ナトリウム腐食試験の結果、普通純度鉄は重量減少を示したが、高純度鉄は重量増加を示した。また、普通純度鉄は粒界近傍に著しい腐食が生じていたが、高純度鉄は粒界にも腐食は生じていなかった。(5)高純度50%Cr-Fe合金の550$$^{circ}C$$でのクリープ試験を実施した。その結果、短時間側で高純度50%Cr-Fe合金のクリープ破断強さは改良9Cr-1Mo鋼よりも高強度であるが、長時間側では同程度の強度であった。一方、クリープ破断伸びおよび絞りは改良9Cr-1Mo鋼より若干低下した。

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:38.98(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

Effects of annealing on the tensile properties of irradiated austenitic stainless steel

井岡 郁夫; 内藤 明; 芝 清之; 實川 資朗; J.P.Robertson*; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.1664 - 1668, 1998/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.18

ITER第一壁構造部の候補材であるオーステナイト鋼の力学的特性を調べた。比較のため、イオン照射したTEMディスクの焼鈍後の硬さも調べた。供試材は、耐スエリング性を向上させたJPCA(改良SUS316)の溶体化処理材(SA材)と15%冷間加工材(CW材)である。平行部が7.6l$$times$$12.5w$$times$$0.75tmmの板状引張試験片をHFIRにおいて照射した。照射温度200$$^{circ}$$C、照射量約10dpa、He濃度は約100appmとした。焼鈍は、500$$^{circ}$$C、真空中で8時間行った。引張試験は200$$^{circ}$$C、真空中で行い、変形速度は0.5mm/minである。TEMディスクは、12MeVのNiイオンで200$$^{circ}$$C、30dpaまで照射し、焼鈍後の硬さをマイクロビッカーズで測定した。SA材は、焼鈍により降伏応力及び引張強さの低下、加工硬化率の増加が認められたが、均一伸び及び全伸びに関しては、照射材とほとんど変わらなかった。一方、CW材は、焼鈍により降伏応力及び引張強さの低下、均一伸び及び全伸びの増加が認められ、降伏後も顕著な加工硬化を示すようになった。イオン照射材においても、焼鈍により硬さの減少が認められた。

論文

Tensile properties of 316 stainless steel after low temperature neutron irradiation

菱沼 章道; 實川 資朗

Annales de Physique, 22(SUPPL.3), p.163 - 170, 1997/06

核融合炉へのステンレス鋼の応用として、その使用温度と考えられている低温($$<$$400$$^{circ}$$C)での照射挙動を明らかにすることを目的に、これまでに日米照射実験で得られたデータを中心に、中性子照射したステンレス鋼の引張特性をまとめた。同時に、その特徴をもとにその使い方について議論した。ステンレス鋼は、約7dpaの照射を受けると、著しい延性の低下を伴って大きく硬化する。さらに特徴としては、降伏後の加工硬化がほとんど生じないことである。さらに照射量を18dpaまで増やすと、延性がさらに低下するが、強度特性はほとんど変わらない。このような照射材の挙動を、真応力-真歪みの関係で表せば、冷間加工材のそれと良く似ていることが分かる。これは、照射材の応用研究に非常に有効である。

報告書

HTTR実機用ハステロイXRの総合特性評価,6; 伝熱管母材および溶接継手の引張特性およびクリープ特性

渡辺 勝利; 新藤 雅美; 中島 甫; 小池上 一*; 樋口 洵*; 仲西 恒雄*; 佐平 健彰*; 丸七 香樹*; 竹入 俊樹*; 斉藤 貞一郎*; et al.

JAERI-Research 97-009, 62 Pages, 1997/02

JAERI-Research-97-009.pdf:4.82MB

HTTR実機用ハステロイXR伝熱管材および実機用溶加材を用いて、伝熱管母材および溶接継手の引張特性およびクリープ特性を検討し、次のような結果を得た。引張特性に関しては、時効後の室温における強度変化は母材および溶接継手材ともに比較的少なかったが、著しい延性低下が両者ともに観測された。一方、クリープ特性に関しては、母材と溶接継手材について、900$$^{circ}$$Cおよび950$$^{circ}$$Cのいずれの場合にも、クリープ破断強度に関する差異は比較的少なかった。他方、板材と伝熱管材のクリープ特性について見ると、母材および溶接継手材ともに、管材は低応力・長時間側で板材よりもクリープ破断時間が若干低下する傾向が見られたが、管材のクリープ破断時間は、ハステロイXR母材のマスターカーブと同等以上であり、設計破断応力強さ[S$$_{R}$$]よりも充分に長いことから、実用上は特に問題ないと判断される。

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:16.82(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。

報告書

アロイ800Hの高温強度特性データベースの整備

横山 憲夫*; 渡辺 勝利; 辻 宏和; 中島 甫

JAERI-M 93-148, 34 Pages, 1993/07

JAERI-M-93-148.pdf:0.9MB

原子力材料について、その特性データを収集し効率的な利用を行うために、原子力材料総合データベースを整備している。高温工学試験研究炉の制御棒構造用材料として使用されるアロイ800Hについての高温強度特性に関するデータとして、引張試験結果(約100件)、クリープ試験結果(約240件)を収集した。クリープ試験には時効、試験雰囲気及び照射の影響について調べたものも含まれている。これらを原子力材料総合データベース(JMPD)に格納した。さらにパーソナルコンピュータを用いてデータベースを作成した。その全データを出力するとともに代表的な材料特性値について図形出力を行った。

論文

Function and utilization of Data-Free-Way system; Distributed database for advanced nuclear materials

藤田 充苗*; 栗原 豊*; 中島 甫; 横山 憲夫*; 上野 文義*; 加納 茂樹*; 岩田 修一*

Computer Aided Innovation of New Materials,II,Pt. 1, p.81 - 84, 1993/00

原研、金材技研及び動燃事業団が協力して整備を進めている基盤原子力材料に関するデータベース(データフリーウェイシステム)の機能及びその利用法の一例を紹介する。具体的内容は以下の通りである。(1)三機関の協力により構築した分散型材料データベースであるが、エンドユーザーからは「あたかもひとつの大きなデータベースにアクセスしている」ように見える。(2)メニュー方式によるソフトウェアを自主開発したことにより、データ構造や計算機に精通していなくても本システムを自由に利用することが可能である。(3)316ステンレス鋼の高温引張特性及びクリープ特性に関する非照射材及び中性子照射材のデータを収集し、その挙動を体系的に示す。

論文

Reliability evaluation of nuclear structural materials through JAERI Material Performance Database(JMPD)

辻 宏和; 横山 憲夫*; 塚田 隆; 中島 甫

Proc. of the 4th Int. Symp. on Advanced Nuclear Energy Research (JAERI-CONF 1/JAERI-M 92-207), p.426 - 433, 1992/12

原研で整備を進めてきたJAERI Material Performance Database(JMPD)の現状及びJMPDを用いて原子炉構造材料の信頼性評価した例題を紹介する。JMPDは1986年以来、大型計算機を用いて材料データベースを構築しており、とくに日頃計算機を使用していない研究者でも容易にシステムを使いこなせるように配慮してある点に工夫をこらしている。JMPDに格納してあるデータを利用した原子炉構造材料の信頼性評価においては、(a)試験研究炉用アルミニウム合金の設計降伏点(Sy)及び設計引張強さ(Su)の検討結果、(b)軽水炉圧力容器鋼の疲労き裂成長速度データのばらつきと試験方法及び試験雰囲気の影響についての報告を行う。

報告書

高温ガス炉中間熱交換器用Ni基超耐熱合金の高温引張特性

倉田 有司; 中島 甫

JAERI-M 90-157, 38 Pages, 1990/09

JAERI-M-90-157.pdf:1.76MB

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600-1000$$^{circ}$$C、ひずみ速度5$$times$$10$$^{-5}$$-1.25$$times$$10$$^{-3}$$1secの範囲で高温引張試験を行なった。約800$$^{circ}$$C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、800$$^{circ}$$C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、800$$^{circ}$$C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。

論文

High velocity tensile test of austenitic stainless steel at elevated temperatures, JIS type 304 stainless steel

磯崎 敏邦; 大場 敏弘; 植田 脩三

Bull.JSME, 20(141), p.278 - 284, 1977/00

オーステナイト系ステンレス鋼SUS304鋼は高速増殖炉1次冷却系構造材料として使用される。高速増殖炉の核暴走事故時には構造物は衝撃荷重を受けることが予想される。このような衝撃荷度に対する原子炉構造物の健全性を評価するためには構造材料の機械的性質に与えるひずみ速度の効果を明らかにしておく必要がある。本報では以上の目的をもとに、SUS304鋼を供試材として火薬爆発力を直接利用した高温衝撃引張試験を実施した。実験温度は室温、400$$^{circ}$$C、600$$^{circ}$$Cの3段階とし火薬薬量をパラメータとして引張過程中のひずみ速度を変化させた。その結果各実験速度において引張強さ、伸びおよび変形エネルギーなどの機械的性質に与えるひずみ速度の効果が明らかになった。

口頭

改良9Cr-1Mo鋼の時効効果による強度への影響

金山 英幸; 永江 勇二; 鬼澤 高志; 若井 隆純; 芋生 和道*

no journal, , 

改良9Cr-1Mo鋼に対して600$$^{circ}$$C大気中において、ラーソンミラーパラメータによる換算で550$$^{circ}$$C $$times$$10万, 20万および50万時間と等価となる時効ならびに、破断時間のおよそ10および20%のクリープ損傷を与える550$$^{circ}$$C$$times$$20万および50万時間相当の予損傷を行った。各試料から試験片を切出し、引張、疲労およびクリープ試験を行った。引張特性は未時効材に比べて、時効および予損傷処理を行うことで低下した。同鋼の組織は時効処理および予損傷処理によってLaves相が増加し、その増加量と引張特性の低下には相関関係があった。疲労特性はひずみ範囲で整理した場合、未時効材, 時効材および予損傷材で明確な差がなかった。これは疲労軟化によって応答応力の差が小さくなるためと考えられる。クリープ特性は未時効材が最も長寿命であり、次いで時効材となり、予損傷材が最も短寿命となった。Monkman-Grantの関係式が受入材、熱時効処理材およびクリープ損傷処理材に拘わらず一直線に整理できたことから、時効処理によるクリープ寿命の変化はクリープ変形抵抗の低下が原因であると考えられる。

口頭

中性子照射ステンレス鋼のIASCC感受性に及ぼす照射開始時の温度履歴の影響

笠原 茂樹; 知見 康弘; 橘内 裕寿*; 越石 正人*

no journal, , 

BWR一次系模擬高温水中での低ひずみ速度引張(SSRT)試験の既往知見によると、BWR炉心で3dpa程度まで中性子照射された低炭素ステンレス鋼は照射誘起応力腐食割れ(IASCC)感受性を有するが、JMTR照射ステンレス鋼では照射量によらず粒界破面は生じないとされている。この相違の検討に資するため、BWRの起動時の温度履歴を模擬した条件で約3dpaまでJMTRで照射したSUS316LのSSRT試験を実施した。SSRT試験後の破面SEM観察の結果、粒界破面が確認された。既往のJMTR材を使ったIASCC感受性評価研究では、JMTRの起動時に予め昇温した後に照射を開始した供試材を用いており、照射開始時の温度履歴が粒界破面の発現に影響したことが示唆される。この結果を受け、照射開始時の昇温条件が異なる照射材の引張特性評価結果を踏まえた上で、IASCC感受性と引張特性パラメータの関連について検討した。

口頭

軽水炉炉内構成材料の照射特性に関するデータ調査と傾向分析,2; 引張特性とIASCC発生

福谷 耕司*; 知見 康弘; 笠原 茂樹; 藤井 克彦*; 藤本 浩二*

no journal, , 

軽水炉炉内構造物用ステンレス鋼を対象に照射特性に関する国内外の文献を広範に調査して取りまとめ、PWR炉内条件における引張特性とIASCC発生の照射量依存性を検討した。290$$sim$$350$$^{circ}$$Cにおける316ステンレス鋼冷間加工照射材の引張試験データに対し、降伏応力等が照射量の増加に伴って飽和する傾向を良く表現する傾向式を構築した。また290$$sim$$340$$^{circ}$$Cにおける冷間加工316ステンレス鋼のIASCC発生データに基づき、IASCC発生しきい応力の照射量依存性に関する下限を包絡する傾向式を構築した。

口頭

軽水炉炉内構成材料の照射特性に関するデータ調査と傾向分析,1; 全体概要

知見 康弘; 福谷 耕司*; 笠原 茂樹; 藤井 克彦*; 塙 悟史

no journal, , 

軽水炉炉内構造物の経年劣化評価に資するため、ステンレス鋼の照射特性に関して国内外の文献を広範に調査してデータを取りまとめた。今回の調査では、照射ステンレス鋼の機械的特性(引張特性, 硬さ, 破壊靭性)、IASCC特性(IASCC感受性, IASCC発生, IASCC進展)、応力緩和・クリープ・スエリング、ミクロ特性(ミクロ組織, 粒界偏析)を対象として既存データを収集し、試験条件や利用対象を考慮してPWRとBWRに分けてスプレッドシートの形で整理した。また、照射特性の照射量依存性等に関する既往研究の調査により得た知見を踏まえて、機械的性質, IASCC特性等に関する傾向線を検討した。本発表では、今回の調査の全体概要について報告する。

口頭

軽水炉照射によるオーステナイト系ステンレス鋼の機械的性質の変化

福谷 耕司*; 藤井 克彦*; 知見 康弘

no journal, , 

軽水炉の炉内構造物用オーステナイト系ステンレス鋼の引張特性に対する中性子照射の影響を適切に評価するため、照射ステンレス鋼の引張特性に関する既存のデータベースに最新の文献データを追加して、照射量依存性を調べた。照射量の増加に伴う引張特性の飽和傾向を適切に再現できる基本式を用いて、照射条件, 鋼種, 加工熱処理条件等で分類したデータに対して最適な照射量依存性の傾向式を作成した。発表では各傾向式の比較により、引張特性の照射挙動に及ぼす各条件の影響を検討した結果について報告する。

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