Study on the relation between the crystal structure and thermal stability of FeUO and CrUO

秋山 大輔*; 日下 良二; 熊谷 友多; 中田 正美; 渡邉 雅之; 岡本 芳浩; 永井 崇之; 佐藤 修彰*; 桐島 陽*

Journal of Nuclear Materials, 568, p.153847_1 - 153847_10, 2022/09

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.153847

ウラン酸鉄,ウラン酸クロム、およびその固溶体を合成し、これらのウラン酸塩が異なる熱的安定性を示すメカニズムを研究した。熱的安定性を評価するため、ウラン酸塩試料の熱重量分析を実施した結果、ウラン酸クロムの分解温度(約1250C)に対してウラン酸鉄は低温(約800C)で分解するが、クロムを含む固溶体では熱分解に対する安定性が高まることが分かった。この熱的安定性と結晶構造との関係性を調べるため、エックス線結晶構造解析,エックス線吸収微細構造測定,メスバウアー分光測定,ラマン分光分析による詳細な結晶構造と物性の評価を行ったが、本研究で用いたウラン酸塩試料の間に明瞭な差異は観測されなかった。そのため、熱的安定性の違いは結晶構造に起因するものではなく、鉄とクロムとの酸化還元特性の違いによるものと推定した。クロムは3価が極めて安定であるのに対して、鉄の原子価は2価と3価を取ることができる。このため、ウラン酸鉄の場合には結晶中でウランと鉄との酸化還元反応が起こり、低温での分解反応を誘起したものと考えられる。

Difference between Cr and Ni K-edge XANES spectra of rust layers formed on Fe-based binary alloys exposed to Cl-rich environment

小西 啓之; 山下 正人*; 内田 仁*; 水木 純一郎

Materials Transactions, 46(1), p.136 - 139, 2005/01

https://doi.org/10.2320/matertrans.46.136

耐候性鋼の表面に生成するさび層の保護性は、さび層の構造に関係して現れる特性である。塩分環境下でCr添加型耐候性鋼のさび層よりもNi添加型耐候性鋼のさび層が高い保護性を持つことは、それぞれのさび層中におけるCr及びNiの化学状態や局所構造などの特徴が異なることを示唆する。塩分環境下での鋼材さび層の保護性に対するCrとNiの効果の相違を説明するために、塩分環境下で大気暴露したFe-Cr及びFe-Ni合金のさび層中のCr及びNiの周辺構造を放射光を用いたXANES測定によって調べた。Cr K-edge XANES測定の結果よりFe-Cr合金のさび層中のCrの局所構造はCr添加量によって変化し、したがってその構造は不安定であり、CrまたはCrが作る分子はその周辺の原子から比較的強く相互作用を受けると考えられる。一方、Fe-Ni合金のさび層のNi K-edge XANES測定から、Niがさび層構成物質の結晶構造の中の特定の位置を占有しており、このためClイオンなどの影響をNiはほとんど受けず、保護性さび層形成にかかわる役割を阻害されないと考えられる。

Damage structures and mechanical properties in high-purity Fe-9Cr alloy irradiated by neutrons

若井 栄一; 菱沼 章道; 宇佐美 浩二; 加藤 康*; 高木 清一*; 安彦 兼次*

Materials Transactions, JIM, 41(9), p.1180 - 1183, 2000/09

中性子照射した高純度と低純度のFe-9Cr合金の微細組織と引張及び衝撃特性が調べられた。照射はJRR-3M(Modified Japan Research Reactor-3)炉にて、255または290で0.3dpaまで行った。照射による降伏応力の増分は高純度と低純度材料でそれぞれ225MPaと170MPaとなり、それは高純度材料の方が大きくなった。また、それらの延性の低下は高純度材で著しい低下が見られた。衝撃特性に関しては、高純度材料は低純度材料に比べて、延性脆性遷移温度の上昇が大きく、175であった。透過型電子顕微鏡観察ではこれらのFe-9Cr合金に転位ループが形成していて、その数密度は低純度材料の方がやや高かった。また、高純度材料では、ループ上に'相に類似した析出物が観察された。降伏応力の増加に対する転位ループの障壁力を分散型障壁物のモデルで評価すると、その強度因子は高純度材の方がやや大きいことがわかったが、これは転位ループ上に形成した析出物が起因していると考えられる。以上のような照射による機械的特性の変化は、転位ループの硬化だけでは説明できず、ループ上の析出物の形成がそれらに大きな影響を及ぼしていると考えられる。

Stress measurement of sintered Fe-Cr/TiN composite material with X-ray and neutron diffraction methods

鷹合 滋樹*; 佐々木 敏彦*; 皆川 宣明; 森井 幸生; 広瀬 幸雄*

Proceedings of 6th International Conference on Residual Stressess (ICRS-6), Vol.1, p.41 - 48, 2000/07

Fe-Cr/TiN系焼結複合材は、TiN粒子によって分散強化した材料であり、優れた耐摩耗性で知られた材料である。複合材料内部では構成材料相間で応力が発生し複雑化する。応力解析法としてはEshelly法、Mori-Tanaka法、等があり、X線回折により実験検証が行われていれば、侵入深さが数10mと浅いため、自由表面による応力緩和の影響は無視できない。中性子回折法はX線に比べFe-Crでは数万倍となり、内部の応力状態及び分散体の平均応力が測定可能である。日本原子力研究所JRR-3Mに設置されたRESAを用いて応力測定を行い良好な結果が得られたので発表する。

Effects of neutron irradiation on tensile properties in high-purity Fe-(9-50)Cr and Fe-50Cr-xW alloys

若井 栄一; 菱沼 章道; 三輪 幸夫; 大内 朝男*; 磯崎 誠一*; 高木 清一*; 安彦 兼次*

Materials Transactions, JIM, 41(1), p.136 - 140, 2000/01

高純度Fe-(9-50%)Cr及びFe-50Cr-(0-8)W合金の引張特性に対して中性子照射の効果を調べた。これらの合金はSS-3タイプの形状の引張試験片にし、加工層を取り除いた後に、原子炉(JRR-3M)において、400、500、600Cの3温度で約0.4dpaの弾き出し損傷量まで照射された。照射後、多くの試験の場合、照射と同じ温度で、真空中にて4.410sの引張速度で引張試験を行った。この照射によって、これらの合金の降状強度と引張強度は増加した。また、照射によるそれらの強度の増分はこれらに添加したクロム量及びタングステン量の増加に伴い、大きくなる傾向になった。これらの合金の引張特性は多くの場合、延性的な挙動を示したが、500C以下で照射されたFe-50CrとFe-50Cr-W合金においてのみ、それらの引張試験において、延性が生じないまま、脆性破断が生じた。これらの合金の引張特性は脆性的な挙動を示した温度及びクロム量の領域が状態図における約500C以下での脆性領域に非常に近いことから、照射によって形成される'相と格子間型転位ループに密接に関係していると考えられる

Effects of purity and Cr concentration on microstructural evolution in Fe-Cr alloys during electron irradiation

若井 栄一; 菱沼 章道; 加藤 康*; 高木 清一*; 安彦 兼次*

日本金属学会講演概要,1994秋期 (第115回)大会, 0, p.488 - 494, 1994/00

Fe-Cr合金の原子炉材料への応用において、主な問題は照射脆性と照射によって生じる延性-脆化温度のシフトである。本研究ではこれらの初期過程における転位ループの発達に対する純度の効果を明らかにするために、99.7%と99.99%の2種類の純度のFe-Cr合金を作製し、室温から773Kの温度において1MeVの電子を照射した。低純度のFe-Cr合金においては{100}面にa〈100〉のバーガースベクトルを持つ転位ループのみが観察されたが、高純度のFe-Cr合金においては{100}面にa〈100〉型と{111}面にa/2〈111〉型の2種類の転位ループが観察された。a/2〈111〉型の転位ループの成長速度は723Kより高温側で、a〈100〉型の転位ループより速く、それより低温側ではやや遅くなることが分かった。これらの結果は、転位ループの成長速度がバイアス効果にコントロールされているだけではなく、ループの安定性によってもコントロールされていることを示している。

Decomposition kinetics in iron-chromium alloys

片野 進; 飯泉 仁

Physica B; Condensed Matter, 120, p.392 - 396, 1983/00

Fe-Cr合金の相分離に運動学について、中性子小角散乱実験により広範に調べ、最近の理論や計算機シミュレーションの結果と比較した。その結果、相分離過程の本質的な点はこれらの理論的予言によって説明されるものの、実際は相分離過程がより複雑なふるまいをすることがわかった。

高レベル廃棄物ガラス固化における金属製溶融炉内の遊離金属の生成

岡本 雅道*; 妹尾 宗明; 田代 晋吾; 馬場 恒孝; 三田村 久吉; 荒木 邦夫; 天野 恕

JAERI-M 8574, 28 Pages, 1979/11

JAERI-M-8574.pdf:2.16MB

原研においては、ガラス固化試験装置にクロムを主成分とする金属製溶融炉を採用し、1200C~1300Cの温度域で約150時間、76回に及ぶ試験を行なった。今回、同一材料の新しい溶融炉と交換し、従来の溶融炉を試料として溶融炉に関する耐久性の検討を行なった。本報告ではフリーズバルブ上端に認められた遊離金属の生成機構について論じた。遊離金属の組織観察及び組成分析により次の結果を得た。遊離金属は溶融炉内壁において、炉材成分であるクロムによって還元された廃棄物元素のモリブデン及び鉄と炉材との反応により生成したものであり、種々の組織の集合体である。各組織の組成はFe-Cr-Mo三元系状態図において、炉材組成から低融点領域(およそ20%Cr55%Fe25%Mo)に向う線上に位置している。こうした機構により生成した遊離金属は溶融炉内壁に沿って沈降し、フリーズバルブ上端に堆積凝固したものと推定される。

Compatibility of Fe-Cr-Al alloys with liquid bismuth

古川 智弘; 高井 俊秀; 渡辺 茂樹*; 石岡 典子*

no journal, , 

近年、われわれはがん治療用アスタチン211の連続製造を可能にする液体ビスマス標的システムの開発研究を開始した。Fe-Cr-Al合金は、このシステムの候補標的窓の一つである。本研究では、液体ビスマス中における候補標的窓の耐食性を明らかにすることを目的に、複数のFe-Cr-Al合金およびその比較対象材料について高温でのビスマス中腐食試験を実施した。ビスマス中腐食試験は、アルゴンガス流雰囲気下で、つまり熱力学的には飽和溶存酸素濃度条件で実施し、試験温度と浸漬時間はそれぞれ500C、500時間である。浸漬後の各種材料の分析の結果、液体ビスマス中での腐食挙動は、ADSや高速炉の候補冷却材である鉛ビスマス共晶合金中での挙動と同様に評価できることがわかった。