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論文

Microstructural stability of ODS steel after very long-term creep test

岡 弘; 丹野 敬嗣; 矢野 康英; 大塚 智史; 皆藤 威二; 舘 義昭

Journal of Nuclear Materials, 547, p.152833_1 - 152833_7, 2021/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.22(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、ODS鋼被覆管の強度決定因子であるナノサイズ酸化物粒子及び母相組織の高温・応力負荷下での安定性を評価するため、700$$^{circ}$$Cで45,000時間を超える内圧クリープ試験に供して破断したODS鋼被覆管の微細組織観察を行った。観察したODS鋼は、焼き戻しマルテンサイトを母相とする9Cr-ODS鋼及び再結晶フェライトを母相とする12Cr-ODS鋼の製造まま材及びクリープ破断材である。破断後の内圧クリープ試験片から切り出した板片を電解研磨にて薄膜化し、透過電子顕微鏡JEOL 2010Fにて観察した。観察の結果、ナノ粒子のサイズ及び数密度は700$$^{circ}$$Cにて45,000時間を超えるクリープ試験後においてもほぼ変化なく、高温長時間試験中に安定に存在していたことを確認した。また、9Cr-ODS鋼の強度決定因子の一つである焼き戻しマルテンサイト組織についても、製造まま材とクリープ破断材の間に大きな違いはなく、母相組織は安定であることがわかった。

論文

Evaluation of breach characteristics of fast reactor fuel pins during steady state irradiation

岡 弘*; 皆藤 威二; 生澤 佳久; 大塚 智史

Nuclear Engineering and Design, 370, p.110894_1 - 110894_8, 2020/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

本研究では、実験的に得られた燃料ピン破損データを使用して、高速炉燃料ピンの破損予測における累積損傷和(CDF)での評価の信頼性を評価したものである。EBR-IIでの照射により定常照射中に破損した6本の燃料ピンについてCDFを評価した。照射後試験により、被覆管のクリープ損傷に対するFCMIの寄与は小さく、FPガスを含む内圧応力により評価可能であることがわかった。被覆管温度履歴やFPガスによる内圧上昇を考慮し、炉内クリープ破断式を使用して破損ピンのCDFを評価した結果、破損発生時のCDFは0.7から1.4の範囲であり、定常照射での燃料ピン破損はCDF値が1.0近傍において発生する実績が得られた。本結果により、適切な材料強度と環境効果が考慮された場合、CDF評価は燃料ピン破損の予測にあたって信頼性のある手法であることがわかった。

論文

2次元C/C複合材のクリープ特性と微細構造

柴田 大受; 馬場 信一; 山地 雅俊*; 角田 淳弥; 石原 正博

日本機械学会M&M2004材料力学カンファレンス講演論文集, p.407 - 408, 2004/00

高温ガス炉の炉内構造材として有望である2次元C/C複合材について、その健全性を評価する設計手法を確立するため、クリープの発現を含めた高温変形特性について調べ以下の結論を得た。(1)室温での引張り試験により、クリープ条件を調べるうえで基準とする室温引張り強さを160MPaと評価した。データの偏差は、炭素繊維の方向と試験片平行部の方向とのずれに関連することを示した。(2)800$$^{circ}$$Cでの高温変形試験において、室温引張強さの80%の応力では300時間では有意な変形挙動は見られなかった。また、95%の応力では、一般的なクリープ変形に似た時間に伴うひずみの増加挙動を示し、約10時間後に破断した。室温で同じ応力を加えた試験では変形を生じていないことから、高温での変形は温度による効果で発現したと考えられる。(3)高温変形破断後の試験片断面の状態から、繊維の引き抜きを伴う擬似クリープが生じたと考えられた。また、破壊の起点の一つとして、C/C材の製造時にマトリックス部に生じる残留気孔が関与していると推測される。C/C複合材を用いた炉内構造物の製作にあたっては、残留気孔の影響に注意すべきである。

論文

Development of a filler metal for weldments of a Ni-Cr-W superalloy with high creep strength

倉田 有司; 斉藤 貞一郎*; 辻 宏和; 高津 玉男*; 新藤 雅美; 中島 甫

JSME International Journal, Series A, 45(1), p.104 - 109, 2002/01

クリープ強度の高いNi-Cr-W超合金は、1000$$^{circ}C$$付近の高温で使用可能な鍛造合金であるが、溶接割れ感受性が非常に高い。この合金を実用化するためには、溶接性の優れた溶加材を開発することが必須である。微量元素量の異なるNi-18.5Cr-21W合金の数多くのヒートを用いて、ビードオンプレート,肉盛溶接,曲げ試験などの溶接性試験を行った。Ti,Mgの適量添加は改善効果をもたらす一方、Zr,Y,Bのような元素は溶接割れ感受性を著しく高める。このような知見をもとに、Ni-Cr-W超合金用に溶接性の優れた溶加材を開発した。これらの溶接ワイヤを用いてTIG自動溶接により製作した溶接金属について、900~1050$$^{circ}C$$でクリープ特性を評価した。溶接金属は、1000$$^{circ}C$$,10万時間で10MPaのクリープ破断強度をもつ母材と同程度のクリープ破断強度を有すことがわかった。

論文

Development of a filler metal for weldments of a Ni-Cr-W superalloy with high creep strength

倉田 有司; 斉藤 貞一郎*; 辻 宏和; 高津 玉男*; 新藤 雅美; 中島 甫

Proceedings of the 7th International Conference on Creep and Fatigue at Elevated Temperatures (CREEP7), p.93 - 99, 2001/06

クリープ強度の高いNi-Cr-W超合金は、1000$$^{circ}C$$付近の高温で使用可能な鍛造合金であるが、溶接割れ感受性が非常に高い。この合金を実用化するためには、溶接性の優れた溶加材を開発することが必須である。微量元素量の異なるNi-18.5Cr-21W合金の数多くのヒートを用いて、ビードオンプレート、肉盛溶接、曲げ試験などの溶接性試験を行った。Ti,Mgの適量添加は改善効果をもたらす一方、Zr,Y,Bのような元素は溶接割れ感受性を著しく高める。このような知見をもとに、Ni-Cr-W超合金用に溶接性の優れた溶加材を開発した。これらの溶接ワイヤを用いて、TIG自動溶接により製作した溶接金属について、900~1050$$^{circ}C$$でクリープ特性を評価した。溶接金属、1000$$^{circ}C$$、10万時間で10MPaのクリープ破断強度をもつ母材と同程度のクリープ破断強度を有することがわかった。

論文

クリープ強度の優れたNi-Cr-W超合金用溶加材の開発

倉田 有司; 斉藤 貞一郎*; 辻 宏和; 高津 玉男*; 新藤 雅美; 中島 甫

日本学術振興会原子炉材料第122委員会資料集, p.279 - 282, 2000/11

クリープ強度の優れたNi-Cr-W超合金は、1000$$^{circ}C$$付近の高温で使用可能な鍛造合金であるが、溶接割れ感受性が非常に高い。この合金を実用化するためには、溶接性の優れた溶加材を開発することが必須である。微量元素量の異なるNi-18.5Cr-21W合金の数多くのヒートを用いて、ビードオンプレート,肉盛溶接,曲げ試験などの溶接性試験を行った。Zr,Y,Bのような元素は溶接割れ感受性を著しく高めるが、Ti,Mgの適量添加は改善効果をもたらす。このような知見をもつに、Ni-Cr-W超合金用に溶接性の優れた溶加材を開発した。これらの溶接ワイヤを用いてTIG自動溶接により製作した溶接金属について、900~1050$$^{circ}C$$でクリープ特性を評価した。溶接金属は、1000$$^{circ}C$$,10万時間で10MPaのクリープ破断強度をもつ母材と同程度のクリープ破断強度を有することがわかった。

報告書

Ni-Cr-W系超耐熱合金試作溶接継手の大気中クリープ破断特性

倉田 有司; 斉藤 貞一郎*; 辻 宏和; 高津 玉男*; 新藤 雅美; 中島 甫

JAERI-Research 97-032, 20 Pages, 1997/05

JAERI-Research-97-032.pdf:1.78MB

Ni-Cr-W系超耐熱合金を実用化する上で、残された課題である溶接用溶加材を開発するため、微量添加元素の量を調整して溶接割れ感受性を低下させ、手動TIG溶接により試作した3種類の溶接継手F,P5,P6の900~1050$$^{circ}$$Cにおけるクリープ破断特性の評価を行った。試作継手のクリープ破断時間は、母材(1000$$^{circ}$$C,10万時間のクリープ破断強度10.8MPa)と同程度かわずかに短く、高温で使用する溶接継手としてはかなり優れたクリープ破断強度を示した。溶接継手の破断位置は900$$^{circ}$$Cでは母材、1000$$^{circ}$$C,1050$$^{circ}$$Cと高温になるに従い、溶接金属となった。ボイド、クラックは、母材あるいは溶接金属の結晶粒界に形成した。今後、自動TIG溶接用の溶接ワイヤの開発を行い、溶接性、クリープ特性、耐食性等に優れたNi-Cr-W系超耐熱合金用の溶加材を開発していく予定である。

論文

Creep rupture properties of a Ni-Cr-W superalloy in air environment

倉田 有司; 辻 宏和; 新藤 雅美; 中島 甫

Journal of Nuclear Materials, 246(2-3), p.196 - 205, 1997/00

 被引用回数:14 パーセンタイル:73.52(Materials Science, Multidisciplinary)

1000$$^{circ}$$C付近の高温で使用することを目指して開発したNi-Cr-W超耐熱合金の棒材、板材、管材の900,1000,1050$$^{circ}$$Cにおける大気中クリープ破断特性を調べた。得られたクリープ破断データに対し、時間・温度パラメータ(TTP)を適用し、長時間クリープ破断強度を推定した。1000$$^{circ}$$Cで約10000時間を越える破断時間を示したクリープ曲線では、酸化強化による異常挙動が認められたため、それらのデータにはこれに対する補正を行った上でTTP法を適用した。適用したTTP法のうち、Larson-Miller法がOrr-Sherby-Dorn法より適合性に優れていた。ASTM No.2より大きな結晶粒の棒材及び板材のクリープ破断応力は、開発目標である1000$$^{circ}$$C,10万時間の破断応力9.8MPaを上回っていた。クリープ破断強度は、熱処理温度が高く、結晶粒径が大きくなるに従い、増加した。

論文

高温ガス炉近似ヘリウム中におけるハステロイXRの長時間クリープ破断挙動

倉田 有司; 小川 豊*; 鈴木 富男; 新藤 雅美; 中島 甫; 近藤 達男*

耐熱金属材料第123委員会研究報告, 36(2), p.149 - 156, 1995/07

高温ガス炉近似ヘリウム中、800、900及び1000$$^{circ}$$CでハステロイXRの長時間クリープ試験を行った。約50000時間までの試験結果は、長時間側においてもクリープ特性の著しい劣化を示さず、クリープ破断応力はHTTRの材料強度基準の設計破断応力の強さを十分上回っていた。破断寿命は、Larson-Millerパラメータを使って十分な精度で評価することができた。定常クリープ速度の応力指数は4.5~5.7であり、支配的なクリーププロセスは転位クリープであると判断される。ハステロイXRは高温ガス炉近似ヘリウム中で浸炭するが、長時間試験においてもクリープ破断特性の著しい劣化は認められなかった。長時間クリープ中に析出物は粗大化し、M$$_{6}$$C型炭化物と考えられるMo-rich析出物とM$$_{23}$$C$$_{6}$$炭化物と考えられるCr-rich析出物が共存した。

論文

Exploratory study on providing austenitic stainless steels designed for nuclear applications

中島 甫; 磯部 晋*; 渡辺 勝利; 近藤 達男

Computer Aided Innovation of New Materials, p.827 - 830, 1991/00

原子力用にクリープ強度とオーステナイト相の安定性を現用316鋼と比較して高めることをねらいとした合金設計法を体系化し、この合金設計法の妥当性を評価するために実施した合金試作と各種のスクリーニング試験の結果を述べる。提案合金はMoやWを添加してオーステナイト基地の固溶強化をはかると同時に、Cr/Ni比を低くしてオーステナイト相の安定化をねらったものである。高温強度と延性の均衡のとれた(オーステナイト+M$$_{23}$$Co+TiC)相からなる合金と、顕著な高温強度の改善が可能な(オーステナイト+Fe$$_{3}$$Mo$$_{2}$$+TiC)相からなる2種類の合金系が有望なことを明らかとした。

論文

高温クリープ・疲労重畳条件下におけるNi基合金切欠き材のき裂発生と成長挙動

菊地 賢司; 横堀 寿光*; 二川 正敏; 武藤 康

日本機械学会論文集,A, 52(477), p.1228 - 1231, 1986/00

高温クリープ・疲労相互作用による破壊モードを考慮すべき高温部材にVHTRの高温機器要素がある。そこで、高温配管や中間熱交換器に使用されるNi基耐熱合金を用いて、切欠きから発生・成長するき裂の挙動に及ぼす応力保持時間の効果を検討した。その結果、無次元き裂発生寿命は(保持時間)/(上昇時間)≧10で高温クリープの値と一致した。また、保持時間が50S以上の場合、き裂成長速度は切欠き開口変位速度と対応することなどが明らかとなった。

口頭

Evaluation of breach characteristics of fast reactor fuel pins during steady state irradiation

岡 弘; 生澤 佳久; 大塚 智史; 皆藤 威二

no journal, , 

In the fast reactor fuel pin design analysis, the cumulative damage fraction (CDF) is applied to predict the fuel pin breach. The objective of this study is to evaluate the reliability of CDF analysis for the prediction of the fuel pin breach. For this objective, the relationship between the CDF analysis and actual occurrence of the fuel pin breach during steady state irradiation was investigated. Six in-reactor fuel pin breaches (20% cold worked D9 steel) have been obtained in the run-to-cladding-breach testing program that was performed in EBR-II. The CDF of each breached pin was calculated by using the in-reactor creep rupture data of D9 steel, the irradiation history of cladding temperature, and gas pressure induced hoop stress. The evaluated CDFs of the breached fuel pins were in the range of 0.7 to 1.4 at the occurrence of the breach. This confirms that the fuel pin breach occurs when the CDF approaches "1".

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