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論文

Hydrogen permeation through heat transfer pipes made of Hastelloy XR during the initial 950$$^{circ}$$C operation of the HTTR

坂場 成昭; 大橋 弘史; 武田 哲明

Journal of Nuclear Materials, 353(1-2), p.42 - 51, 2006/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.58(Materials Science, Multidisciplinary)

HTTRの中間熱交換器(ハステロイXR製)におけるトリチウム透過の防止は、高温ガス炉に化学プラントを接続する際の重要な課題の一つである。本報では、HTTRに水素製造装置を接続する際に化学プラントであるISシステムの非原子力級可に資するため、HTTRの高温試験運転における実測値をもとに水素透過を保守的に評価した。ハステロイXRの活性化エネルギー及び頻度因子は、707Kから900Kにおいて、それぞれ、65.8kJ/mol, 7.8$$times$$10$$^{-9}$$m$$^{3}$$(STP)/(m$$ast$$s$$ast$$Pa$$^{0.5}$$)と評価された。これらの値は、従来の値と同程度である。また、最確値による評価の結果から、トリチウム透過を妨げる酸化膜が伝熱管表面に形成されていることが示唆された。

論文

Helium chemistry in high-temperature gas-cooled reactors; Chemistry control for avoiding Hastelloy XR corrosion in the HTTR-IS system

坂場 成昭; 平山 義明*

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

高温ガス炉の熱を用いた熱化学IS法による水素製造は、その製造過程で二酸化炭素を排出することなく大量の水素を製造することが可能である。原研では、日本初の高温ガス炉HTTRを化学プラントである熱利用システムに接続することを計画しているが、ISシステムは熱利用システムの有力候補である。HTTR-ISシステムにおける高温環境下で使用される構造材(例えば、HTTRの中間熱交換器伝熱管及びHTTRとISシステムを接続する高温二重管のライナ材に使用されるハステロイXR等)の構造健全性維持のためには、ヘリウム化学の確立による化学組成制御が必要不可欠であるが、実機で応用可能な知見は、先行高温ガス炉を含め、これまでに得られていない。そこで、本報では、ハステロイXRの腐食の一つである脱炭・浸炭を防止するため、不純物による影響を、クロムスタビリティ図を用いて個別に評価し、最も影響を与える不純物が一酸化炭素であることを明らかにした。加えて、ハステロイXRの腐食を防止するために化学組成の下限を明らかにした。この知見は、HTTR-ISシステムはもとより、将来高温ガス炉あるいは第四世代原子炉システムの候補であるVHTRに生かされることが期待できる。

論文

Evaluation of permeated hydrogen through heat transfer pipes of the intermediate heat exchanger during the initial 950$$^{circ}$$C operation of the HTTR

坂場 成昭; 松澤 孝治*; 平山 義明*; 中川 繁昭; 西原 哲夫; 武田 哲明

Proceedings of 2005 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '05) (CD-ROM), 8 Pages, 2005/05

HTTRの中間熱交換器伝熱管に使用されているハステロイXRにおける水素同位体の透過は、HTTRの熱利用系として近い将来HTTRへの接続が計画されている水素製造装置における懸案の一つである。HTTRの初めての950$$^{circ}$$C運転となった高温試験運転における実測水素濃度をもとに、中間熱交換器伝熱管における1次系から2次ヘリウム系への水素透過を評価した。保守的に高く行った評価の結果、伝熱管平均温度735Kから940Kにおける、水素透過の活性化エネルギーE$$_{0}$$及び前指数部F$$_{0}$$は、それぞれ、E$$_{0}$$=62kJ/mol及びF$$_{0}$$=3.6$$times$$10$$^{-5}$$cm$$^{3}$$(NTP)/(cm s Pa$$^{0.5}$$)であった。本評価結果と従来報告されている値とを比較した結果、活性化エネルギーはほぼ一致した。また、本評価における前指数部は従来値より低く、これは、中間熱交換器伝熱管表面に酸化被膜が形成されている可能性を意味しており、水素同位体透過の低減につながることが示唆された。

論文

Structural design of high temperature metallic components

橘 幸男; 伊与久 達夫

Nuclear Engineering and Design, 233(1-3), p.261 - 272, 2004/10

 被引用回数:22 パーセンタイル:81.08(Nuclear Science & Technology)

高温工学試験研究炉(HTTR)の最高950$$^{circ}$$Cの冷却材に接する第1種機器は、900$$^{circ}$$Cを超える高温となるため、これらの機器については、新たに開発した耐熱合金ハステロイXRが使用されている。また、多くの第1種機器が、従来の構造設計基準の温度範囲を超える条件で使用されるため、新たに、高温ガス炉第1種機器の高温構造設計指針を策定した。本論文は、ハステロイXR製,2 1/4Cr-1Mo鋼製,ステンレス鋼製,1Cr-0.5Mo-V鋼製のHTTRの高温機器の構造設計についてまとめたものである。

論文

Permeability of hydrogen and deuterium of Hastelloy XR

武田 哲明; 岩月 仁*; 稲垣 嘉之

Journal of Nuclear Materials, 326(1), p.47 - 58, 2004/03

 被引用回数:17 パーセンタイル:74.24(Materials Science, Multidisciplinary)

高温工学試験研究炉(HTTR)に接続する水素製造システムでは中間熱交換器の伝熱管や水蒸気改質器の反応管に使用される高温耐熱合金の水素同位体透過が重要な問題となる。そこで、中間熱交換器の伝熱管に使用されているハステロイXRの水素,重水素透過係数を取得するため水素同位体透過実験を実施した。本論文ではハステロイXRの水素及び重水素透過係数の活性化エネルギーと前指数部の係数を求めた。

報告書

HTTR水素製造システムの水素同位体透過に関する研究,2; 酸化膜による重水素透過の低減効果(受託研究)

武田 哲明; 岩月 仁*; 西原 哲夫

JAERI-Tech 2002-090, 30 Pages, 2002/11

JAERI-Tech-2002-090.pdf:5.44MB

高温工学試験研究炉(HTTR)に接続する水素製造システムでは、中間熱交換器の伝熱管や水蒸気改質器の触媒管に使用される高温耐熱合金中の水素同位体透過が重要な問題となる。そこで、安全審査や数値解析コードの開発に必要なデータを取得するため、機器要素試験の一つとして水素透過試験を実施した。本研究の目的は、ハステロイXRや他の高温耐熱合金に対する水素同位体透過係数を取得するとともに、酸化膜が水素同位体透過量の低減効果に及ぼす影響を定量的に評価することである。試験の結果から、原子炉運転初期に伝熱管表面に形成される酸化膜により、HTTR1次系から熱利用系に透過するトリチウム透過量は低減されると予想される。本報告書は、伝熱管表面に酸化膜が形成された場合のハステロイXRに対する水素と重水素透過量の低減効果と酸化膜の形成状態についてまとめたものである。

論文

Multiaxial creep behavior of nickel-base heat-resistant alloys Hastelloy XR and Ni-Cr-W superalloy at elevated temperatures

加治 芳行; 辻 宏和; 西 宏; 武藤 康; Penkalla, H. J.*; Schubert, F.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(8), p.923 - 928, 2002/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.84(Nuclear Science & Technology)

原研において、原子力用構造材料として開発したハステロイXRとNi-Cr-W合金の多軸クリープ挙動を調べ、多軸条件下での変形挙動を記述する構成式を検証するために、一連の単軸及び多軸クリープ試験を実施した。Norton型クリープ構成式とMisesの流れ則を種々の負荷条件下での多軸クリープ挙動の予測に適用した。ほとんどの場合には、これらの材料の多軸クリープ挙動は、単軸クリープ試験結果から求めたパラメータに基づく構成式によってよく記述できたが、一部例外な場合も見られた。本研究から、簡易設計法としてNorton型クリープ構成式とMisesの流れ則に基づく方法をハステロイXR及びNi-Cr-W合金の多軸クリープ挙動を記述するのに適用できることがわかった。

論文

Multiaxial creep behavior of nickel-base heat-resistant alloys Hastelloy XR and Ni-Cr-W superalloy at elevated temperatures

辻 宏和; 西 宏; 加治 芳行; 武藤 康; Penkalla, H. J.*; Schubert, F.*

Proceedings of the 7th International Conference on Creep and Fatigue at Elevated Temperatures (CREEP7), p.101 - 106, 2001/06

原研において原子力用構造材料として開発したハステロイXRとNi-Cr-W合金の多軸クリープ挙動を調べるために、一連の単軸及び多軸クリープ試験を実施した。Norton型クリープ構成式とMisesの流れ則を種々の負荷条件下での多軸クリープ挙動の予測に適用した。ほとんどの場合には、これらの材料の多軸クリープ挙動は、単軸クリープ試験結果から求めたパラメータに基づく構成式によってよく記述できたが、一部例外な場合も見られた。本研究から、簡易設計法としてNorton型クリープ式構成式とMisesの流れ則に基づく方法をハステロイXR及びNi-Cr-W合金の多軸クリープ挙動を記述するのに適用できることがわかった。

論文

Creep properties of base metal and welded joint of Hastelloy XR produced for high-temperature engineering test reactor in simulated primary coolant helium

倉田 有司; 田辺 龍彦*; 武藤 功*; 辻 宏和; 平賀 啓二郎*; 新藤 雅美; 鈴木 富男

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(12), p.1160 - 1166, 1999/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:46.57(Nuclear Science & Technology)

高温工学試験研究炉の中間熱交換器用に製造されたハステロイXRと同一化学成分の母材、溶接金属、溶接継手のクリープ試験を1次冷却材近似ヘリウム中で実施した。溶接金属及び溶接継手のクリープ破断時間は850及び900$$^{circ}C$$で母材とほぼ同等あるいはそれより長い。しかしながら、950$$^{circ}C$$低応力及び1000$$^{circ}C$$では、溶接金属及び溶接継手のクリープ破断時間は母材より短くなる。溶接継手の破断位置は850及び900$$^{circ}C$$の母材部から、950及び1000$$^{circ}C$$の溶接金属部に遷移する。ハステロイXRの溶接金属の定常クリープ速度は850,900,950$$^{circ}C$$では母材より低い。この研究で得られたハステロイXRの母材、溶接金属、溶接継手のクリープ破断強度は、950$$^{circ}C$$以下で、材料強度基準の設計クリープ破断応力強さ(S$$_{R}$$)を十分上回っていることが確かめられた。

論文

Creep damage in welded joints of a Ni-base heat-resistant alloy hastelloy XR

田辺 龍彦*; 倉田 有司; 武藤 功*; 辻 宏和; 平賀 啓二郎*; 新藤 雅美

Mater. Sci. Eng., A, 234-236, p.1087 - 1090, 1997/00

HTTR用ハステロイXRの溶接継手を対象に、1123-1273Kにおけるクリープ破断寿命とキャビテーション損傷の関係を検討した。溶接継手の破断寿命は1123-1173Kの低温側では母材とほぼ同じである。一方、前者の寿命は1123-1273Kの高温側では後者よりも短くなる。組織観察によれば、溶接金属のキャビテーションは低温側では母材より低く、それが母材部での破壊をもたらす。一方、前者のキャビテーションは高温側では後者より高くなり、溶接金属部での破壊をもたらす。高められたキャビテーションとその結果としての溶接継手の破断寿命の減少は、高温で溶接金属の再結晶が著しくなることに起因している。

論文

Feasibility study on the applicability of a diffusion-welded compact intermediate heat exchanger to next-generation high temperature gas-cooled reactor

竹田 武司; 國富 一彦; 堀江 哲次*; 岩田 克雄*

Nucl. Eng. Des., 168, p.11 - 21, 1997/00

 被引用回数:39 パーセンタイル:92.45(Nuclear Science & Technology)

次世代の高温ガス炉(HTGR)において、プロセス熱利用を行うための高温の熱を輸送する中間熱交換器(IHX)の開発は重要である。PFCHXを長期間、高温条件下において使用した場合、プレートとフィン接合に用いるろう付けの信頼性は不十分である。そのため、凹凸プレート(CP)の接合に固相拡散接合法、材料にニッケル基長合金であるハステロイXRを用いた凹凸プレート形コンパクト熱交換器(CPCHX)を提案した。本研究では、はじめに、CPCHXのCPの固相拡散接合に対する最適条件を、ハステロイXRの試験片を用いた実験により見いだした。つぎに、固相拡散接合法を用いた小型CPCHXを設計、製作し、試験ループに据え付けることで、固相拡散接合の信頼性を調べた。漏洩試験の結果として、固相拡散接合は十分な信頼性を有していることが確認できた。性能試験から、小型CPCHXの熱コンダクタンスは計算値より優れていることを示した。さらに、CPCHXの設計研究を行い、次世代のHTGRのIHXに対する固相拡散接合法を用いたCPCHXのフィジビリティを調べた。

論文

ヘリウム中でクリープ試験を行ったハステロイXRの破断モードとM$$_{23}$$C$$_{6}$$/M$$_{6}$$C炭化物の関係

小川 豊*; 倉田 有司; 門馬 義雄*; 芳須 弘*; 鈴木 富男; 近藤 達男*

鉄と鋼, 83(5), p.43 - 48, 1997/00

800,900,1000$$^{circ}$$Cで長時間クリープ試験を行ったハステロイXRについて、破断モード及びそれと炭化物の関係を検討した。クラックは800$$^{circ}$$C及び900$$^{circ}$$Cの短時間側ではくさび型、900$$^{circ}$$Cの長時間側ではキャビティ型である。1000$$^{circ}$$Cでは、キャビティ型が主体であるが、部分的にはラプチャー型の破断もある。破断時間の応力指数は、800$$^{circ}$$Cで5.7,1000$$^{circ}$$Cで3.4であり、900$$^{circ}$$Cでは5.9から3.3に変化する。900$$^{circ}$$C,1000$$^{circ}$$Cの析出物はCrを主体とするM$$_{23}$$C$$_{6}$$型炭化物とMoを主体とするM$$_{6}$$C型炭化物であり、800$$^{circ}$$Cではこの2相の中間組成を含む3相が共存する。原子炉近似ヘリウム中と大気中の破断材を比較すると、大気中における酸化の激しい破断部を除けば、両者でクラック及び炭化物に違いはみられない。

報告書

Oxidation characteristics of oxide dispersion strengthened (ODS) alloy

鈴木 富男; 渡辺 勝利; 新藤 雅美

JAERI-Research 95-088, 16 Pages, 1996/01

JAERI-Research-95-088.pdf:1.07MB

酸化物分散強化型(ODS)合金の高性能高温ガス炉及び熱利用系の高温構造物用材料への適応性を検討するため、高温ガス炉近似ヘリウム雰囲気及び大気中でFe-Cr-Al-Y$$_{2}$$O$$_{3}$$系ODS合金の酸化試験をハステロイXR及びNi-Cr-W系耐熱合金とともに実施した。その結果、ODS合金はY$$_{2}$$O$$_{3}$$が分散したAl主体の酸化膜の形成により、高温ガス炉近似ヘリウム雰囲気及び大気中で優れた特性を示すことを明らかにした。さらに、ハステロイXRとNi-Cr-W系耐熱合金の酸化挙動についても比較検討した。

論文

Creep properties of 20% cold-worked Hastelloy XR

倉田 有司; 中島 甫

Journal of Nuclear Materials, 228, p.176 - 183, 1996/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:71.65(Materials Science, Multidisciplinary)

固溶化処理状態及び20%冷間加工状態のハステロイXRのクリープ特性を、800、900、1000$$^{circ}$$Cで調べた。800$$^{circ}$$Cでは定常クリープ速度及び破断延性は20%の冷間加工により減少し、破断寿命は増加する。900$$^{circ}$$Cでもそれらは減少するが、破断寿命への有益な効果は消失する。20%の冷間加工は導入された高密度の転位により800及び900$$^{circ}$$Cでクリープ変形抵抗を高める。1000$$^{circ}$$Cでは、20%冷間加工材の破断寿命は、クリープ中に起こる著しい動的再結晶により、短くなり、また定常クリープ速度は大きくなる。このような冷間加工効果は、高温工学試験研究炉の高温構造物の設計及び運転において考慮すべきである。

論文

Temperature dependence of creep properties of cold-worked Hastelloy XR

倉田 有司; 中島 甫

Journal of Nuclear Science and Technology, 32(6), p.539 - 546, 1995/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:55.97(Nuclear Science & Technology)

固溶化処理、10%あるいは20%冷間加工したハステロイXRのクリープ特性を800~1000$$^{circ}$$C、約2500ksまでの時間で調べた。10%あるいは20%冷間加工すると、800及び850$$^{circ}$$Cでは、定常クリープ速度及び破断延性は減少し、破断寿命は増加した。900$$^{circ}$$Cでは、10%冷間加工材の破断寿命は固溶化処理材より長くなるが、HTTRの中間熱交換器の最高ヘリウム温度である950$$^{circ}$$Cでは、両者の破断寿命はほぼ同じであった。破断寿命と定常クリープ速度に及ぼす10%冷間加工の有益な効果は、1000$$^{circ}$$Cでは消失した。20%冷間加工材ではその効果は広範な動的再結晶のため950$$^{circ}$$Cで消失した。この合金の破断延性は10%または20%の冷間加工により減少するが、1000$$^{circ}$$Cではかなり回復する。HTTRの高温構造物の設計、寿命評価において、これらの冷間加工効果を考慮すべきであることが強調されている。

論文

Seizure and wear characteristics of Hastelloy XR and titanium nitride coating in high temperature condition

竹田 武司; 國富 一彦; 中瀬 毅*; 今井 修*; 岡崎 泰三*

The 3rd JSME/ASME Joint Int. Conf. on Nuclear Engineering (ICONE),Vol. 1, 0, p.417 - 420, 1995/00

高温工学試験研究炉(HTTR)は、黒鉛減速、ヘリウムガス冷却型の原子炉であり、原子炉出口温度は950$$^{circ}$$C、熱出力は30MWである。HTTRの炉心と1次熱交換器を接続する二重管の内管の内側にあるライナは高温ヘリウムガスバウンダリを形成し、その材質はハステロイXRである。ライナと内管の熱膨張差はライナにスライドジョイントを設けることにより吸収した。それ故に、スライドジョイントの焼付き及び異常な摩耗を防止する必要がある。そのため、ハステロイXRの表面に熱CVD法を用いて窒化チタン(TiN)を3$$mu$$mの厚さでコーティングすることを考え、焼付き及び摩耗実験を行った。その結果、950$$^{circ}$$Cのヘリウムガス雰囲気でハステロイXRとTiNコーティング材の凝着は生じなかった。また、950$$^{circ}$$CにおけるTiNの摩耗は3$$mu$$mより薄い厚さであった。従って、ハステロイXRの表面にTiNをコーティングすることにより、焼付き及び異常な摩耗を防止できる。

報告書

ハステロイXRのクリープ特性に及ぼす冷間加工の影響

倉田 有司; 中島 甫

JAERI-Research 94-004, 30 Pages, 1994/08

JAERI-Research-94-004.pdf:2.99MB

ハステロイXRの固溶化熱処理材、10%及び20%冷間加工材を用いて、800~1000$$^{circ}$$Cで約2000ksまでのクリープ試験を行い、クリープ特性に及ぼす冷間加工の影響を検討して以下の結果を得た。(1)本実験の範囲では、10%冷間加工材のクリープ破断時間は、950$$^{circ}$$C以下で固溶化熱処理材の強度水準を上回っている。950$$^{circ}$$C及び10%の冷間加工は、高温工学試験研究炉の中間熱交換器の最高使用温度及び部材の最大加工度である。(2)20%冷間加工材のクリープ破断時間は、900$$^{circ}$$Cを超えると、固溶化熱処理材より短くなる。(3)破断延性は冷間加工材の方が小さくなる。(4)800~900$$^{circ}$$Cでは、10%及び20%冷間加工材の最少クリープ速度は固溶化熱処理材より著しく小さくなる。(5)1000$$^{circ}$$Cにおける冷間加工材のクリープ破断強度の低下は、クリープ変形中に起こる広範な動的再結晶によって説明される。

報告書

20%冷間加工したハステロイXRのクリープ特性

倉田 有司; 中島 甫

JAERI-M 94-022, 28 Pages, 1994/02

JAERI-M-94-022.pdf:0.9MB

20%冷間加工及び固溶化熱処理を行なったハステロイXRそれぞれについて、800、900及び1000$$^{circ}$$Cでクリープ試験を行った。得られた結果は以下のとおりである。(1)20%冷間加工材のクリープ破断時間は、固溶化熱処理材に比べ、800$$^{circ}$$Cでは長くなり、900$$^{circ}$$Cではほぼ同程度、1000$$^{circ}$$Cでは逆に短くなる。(2)破断延性は20%冷間加工材の方が低くなる。20%冷間加工材についてこの値は900$$^{circ}$$Cで最も低くなる。(3)固溶化熱処理材及び20%冷間加工材ともに高温では非古典的なクリープ曲線が観察された。(4)800及び900$$^{circ}$$Cでは20%冷間加工材の最小クリープ速度(Em)は固溶化熱処理材の1/20~1/50となるが、1000$$^{circ}$$Cでは逆に20%冷間加工材のEmは固溶化熱処理材の2倍程度に上昇する。(5)20%の冷間加工は、800及び900$$^{circ}$$Cではクリープ変形に対する大きな抵抗となるが、1000$$^{circ}$$Cではクリープ強度の著しい劣化をもたらす。

論文

Effect of cold work on creep properties of Ni-22Cr-18Fe-9Mo alloy

倉田 有司; 浜田 省三; 中島 甫

Proc. of 10th Int. Conf. on Strength of Materials; ICSMA 10, 0, p.677 - 680, 1994/00

固溶化熱処理状態及び20%冷間加工状態のNi-22Cr-18Fe-9Mo合金(ハステロイXR)のクリープ特性を800,900及び1000$$^{circ}$$Cで調べた。得られた結果は以下のとおりである。(1)800$$^{circ}$$Cでは20%冷間加工により定常クリープ速度及び破断伸びは減少し、破断寿命は増加する。(2)900$$^{circ}$$Cでは20%冷間加工によりそれらの値は減少するが、破断寿命の延長効果は消失する。これは定常クリープ速度の減少効果に比べ、破断伸びの減少が大きくなったためである。(3)1000$$^{circ}$$Cでは逆に固溶化熱処理材に比べ20%冷間加工材の定常クリープ速度は増加し破断寿命は短くなる。これは1000$$^{circ}$$Cでは20%冷間加工材のクリープ中に著しい動的再結晶が起こるためである。

論文

HTTR中間熱交換器伝熱管用渦流探傷プローブの特性試験

稲垣 嘉之; 宮本 喜晟; 中島 玉雄*; 上妻 強志*

日本原子力学会誌, 35(3), p.227 - 236, 1993/03

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

HTTR中間熱交換器(IHX)伝熱管の供用期間中検査(ISI)は、渦流探傷法(ECT)により実施する計画である。ECT検出器の特性を確認するためにIHX伝熱管と同素材(ハステロイXR)、同寸法の試験片を用いて欠陥検出試験を実施した。人工欠陥は、IHXにとって安全側となるASME Code軽水炉の蒸気発生器伝熱管の欠陥指標を参考にした。試験の結果、伝熱管母材部ではASME Codeの基準を十分満足しており、更に$$phi$$0.5mmの貫通穴及び幅0.5mmの溝等の小さな欠陥も検出可能であることを確認した。溶接部では、伝熱管内面の溶接金属部がノイズの原因となるが、多重周波数法により、そのノイズを除去することが可能であった。しかし、検出性能は低下した。

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