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neutron diffraction study to elucidate hydrogen effect on the deformation mechanism in Type 310S austenitic stainless steel伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; Mao, W.*; 川崎 卓郎; 岡田 和歩*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.
Proceedings of the 7th International Symposium on Steel Science (ISSS 2024), p.237 - 240, 2024/11
Hydrogen embrittlement has long been an obstacle to the development of safe infrastructure. However, in contrast to hydrogen's embrittling effect, recent research has revealed that the addition of hydrogen improves both the strength and uniform elongation of AISI Type 310S austenitic stainless steel. A detailed understanding of how hydrogen affects the deformation mechanism of this steel could pave the way for the development of more advanced materials with superior properties. In the present study, 
neutron diffraction experiments were conducted on Type 310S steel with and without hydrogen-charged to investigate the effect of hydrogen on the deformation mechanism. In addition to the effect of solid-solution strengthening by hydrogen, the q-value, a parameter representing the proportion of edge and screw dislocations in the accumulated dislocations, was quantitatively evaluated using CMWP analysis on neutron diffraction patterns. The comparison of q-values between the hydrogen-charged and non-charged samples reveals that hydrogen has minimal effect on dislocation character in Type 310S steel.
柴山 由樹; 北條 智彦*; 小山 元道*; 秋山 英二*
International Journal of Hydrogen Energy, 88, p.1010 - 1016, 2024/10
被引用回数：3 パーセンタイル：37.00(Chemistry, Physical)The effect of plastic deformation on the hydrogen embrittlement behavior of high-strength martensitic steels was investigated using a U-bend test. The hydrogen embrittlement susceptibility appeared to be enhanced with increasing plastic strain. Based on fractographic and stress-strain analyses, the maximum principal stress dominated the hydrogen embrittlement fracture. Although the apparent enhancement with increasing plastic deformation was observed, the origin of the enhancement was increased residual stress arising from the evolution of graded plastic strain during U-bending. We conclude that residual stress rather than plastic strain induced by plastic deformation strongly affects hydrogen embrittlement susceptibility in deformed high-strength steel components.
比嘉 良太*; 藤原 比呂*; 戸田 裕之*; 小林 正和*; 海老原 健一; 竹内 晃久*
Materials Transactions, 65(8), p.899 - 906, 2024/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)Al-Zn-Mg合金では、水素(H)によって機械的特性が著しく劣化することから、そのような合金の強度を向上させるためには、水素脆化(HE)と呼ばれるこの現象を抑制することが不可欠である。粒界破壊(IGF)は主にHE発生時に観察されるため、HEを抑制するためにはIGFの発生挙動を理解する必要がある。通常、応力、ひずみ、H濃度の不均一な分布は、多結晶材料におけるIGFの発生に影響を与える。本研究では、X線イメージング技術により得られた多結晶体の3次元微細構造データをもとに作成した3次元イメージベースモデルを用いた結晶塑性有限要素法とH拡散解析によるシミュレーションから、実際の破壊領域における応力、ひずみ、H濃度の分布を調べた。そして、シミュレーション結果とX線CTによる引張試験試料のその場観察を組み合わせ、実際のき裂発生挙動における応力、ひずみ、H濃度の分布を調べ、粒界き裂の発生条件を検討した。その結果、結晶塑性に起因する粒界垂直応力が粒界き裂の発生を支配することが明らかになった。一方、応力による内部Hの蓄積はき裂発生にほとんど影響しないことがわかった。
永瀬 文久; 上塚 寛
Proc. of Int. Topical Meeting on LWR Fuel Performance, 0, p.677 - 684, 1997/03
NSRRにおける、PWR高燃焼度燃料に対するパルス照射実験(HBO実験)の結果を評価することを目的に、同じ燃料集合体(大飯1号炉、4サイクル照射)から引き抜いた燃料棒(47GWd/t)に対する照射後試験を行った。燃料棒軸方向10ヶ所における水素分析結果から、水素濃度分布は第2スピン内にピーク濃度(約380ppm)を持ち、燃料棒内で軸方向で大きく変化することが分かった。NSRRで照射されるセグメント燃料は異なるスパンから採取されるため、水素濃度の差がパルス照射時のセグメント燃料の挙動に影響を与えたかもしれない。また、被覆肉厚内で半径方向に水素化物密度の大きな変化が見られ、外面近傍で水素化物の顕著な偏析が認められた。画像解析装置を用いた解析から外面近傍は平均よりもかなり高い水素濃度を持つことが推定される。この水素化物の偏在は運転時の被覆肉厚中の温度分布によって生じるが、パルス照射時にはクラック発生源となる。
永瀬 文久; 清野 俊*; 小松 和志*; 古田 照夫
JAERI-Review 95-012, 122 Pages, 1995/08
JAERI-Review-95-012.pdf:4.42MB
軽水炉燃料の高燃焼度化に伴い、ジルカロイ燃料被覆管の水側腐食量と水素吸収量が増加する。そのため、ジルカロイの水素脆化が燃料棒の寿命を決定する主な要因のひとつになると考えられる。本報告では、照射材を含むジルコニウムとその合金の水素脆化に関するこれまでの研究をレビューし、高燃焼度燃料被覆材の延性低下に関する研究課題を検討した。ジルコニウム合金の水素脆化に関してこれまでに多くの基礎的な研究がなされてきた。しかし、高燃焼度燃料被覆管の脆化機構は複雑であり、特に、水素化物と照射欠陥が複合的に大きな効果を及ぼすと考えられる。更に高い燃焼度まで燃焼させた被覆管の延性低下を適切に評価するためには、系統的な試験によりこれら2つの因子による複合的な影響を把握する必要がある。
上塚 寛; 古田 照夫; 川崎 了
Journal of Nuclear Science and Technology, 19(2), p.158 - 165, 1982/00
被引用回数：25 パーセンタイル：89.10(Nuclear Science & Technology)軽水炉の冷却材喪失事故時に生ずると予想される内面酸化によるジルカロイ被覆管の脆化挙動を明らかにするために、破裂被覆管内部の雰囲気状態を模擬した滞留水蒸気雰囲気中においてリング状ジルカロイ-4試片を890~1194
Cの温度範囲で等温酸化した。その結果、滞留水蒸気雰囲気中で酸化したジルカロイ-4の脆化は主に吸収水素量に影響されることが明らかになった。100Cにおけるリング圧縮試験で、約500wt.ppm以上の水素を吸収したジルカロイ試片は脆性を示した。本実験の結果は、著しい脆化の原因となる破裂被覆内面における水素吸収が破裂被覆内部の雰囲気状態と強く関係しているという前報で報告した考え方を指示するものである。
-水蒸気反応および急冷の影響上塚 寛; 古田 照夫; 川崎 了
JAERI-M 9681, 19 Pages, 1981/09
軽水炉のLOCA時に燃料棒が破裂した場合に生じる内面酸化によるジルカロイ被覆脆化におよぼすUO-水蒸気反応および急冷の影響を調べるために、UOペレット内蔵模擬燃料棒を用いて内面酸化実験を行った。模擬燃料棒を流速1.6g/cm
・minの水蒸気流中で破裂させ、900
1150Cの各温度で4分間等温酸化した。酸化後のジルカロイ被覆脆化挙動は100Cでのリング圧縮試験で調べた。その結果、内面酸化したジルカロイ被覆の脆化は主に吸収水素量に影響されることがわかった。吸収水素量の分析値は最大で2050wt.Ppmであり、AlO
ペレット内蔵模擬燃料棒を用いた実験結果と定量的にほぼ一致した。また、UO-水蒸気反応による付加的な脆化は認められなかった。したがって、LOCA条件下の破裂燃料棒内におけるUO-水蒸気反応はほとんど生じないと考えられる。酸化後空冷したジルカロイ被覆と水中に急冷したジルカロイ被覆の間での脆化挙動の差はほとんど認められなかった。
上塚 寛; 古田 照夫; 川崎 了
JAERI-M 9445, 37 Pages, 1981/04
軽水炉のLOCA時に燃料被覆管が破裂した場合に生じる内面酸化による披覆管脆化挙動を明らかにするために、水蒸気流中で模擬燃料棒破裂・酸化実験を行った。その結果、内面酸化した燃料被覆管の脆化は被覆中に吸収された水素による水素脆化であることが明らかになった。100Cにおけるリング圧縮試験の結果、ジルカロイ被覆管は酸化温度が1000C以上の場合、吸収水素量200300w.T.Ppm以上で脆化することがわかった。酸化温度が932972Cの場合には500750w.T.Ppm以上で脆化していた。被覆中に吸収された水素はprior-
結晶粒界近傍に1
m以下の微細な水素化物として析出していた。破裂開口中心から軸方向に1545mm離れた位置に水素吸収のピークがあった。水素吸収のピーク位置が酸化条件の違いによって変化することから内面酸化に伴う被覆中への水素吸収は内面の雰囲気、特に水素と水蒸気の体積比(V
/V
)に影響されると考えられる。
上塚 寛; 古田 照夫; 川崎 了
Journal of Nuclear Science and Technology, 18(9), p.705 - 717, 1981/00
被引用回数：42 パーセンタイル：95.97(Nuclear Science & Technology)軽水炉のLOCA時に燃料被覆管が破裂した場合に生じる内面酸化による被覆管脆化挙動を明らかにするために、水蒸気流中で模擬燃料棒破裂・酸化実験を行なった。 その結果、内面酸化した燃料被覆管の脆化は被覆中に吸収された水素による水素脆化であることが明らかになった。100Cにおけるリング圧縮試験の結果、ジルカロイ被覆管は酸化温度が1000C以上の場合、吸収水素量200~300wt.ppm以上で脆化することがわかった。 酸化温度が932~972Cの場合には500~750wt.ppm以上で脆化することがわかった。 被覆中に吸収された水素はprior-結晶粒界近傍に1m以下の微細な水素化物として析出していた。 破裂開口中心から軸方向に15~45mm離れた位置に水素吸収のピークがあった。 水素吸収のピーク位置は酸化温度と水蒸気流速の違いによって変化した。
上塚 寛; 古田 照夫; 川崎 了
JAERI-M 8081, 26 Pages, 1979/02
LOCA時に燃料被覆管が破裂した場合、被覆管内面が酸化することによって生じる脆化挙動を解明するためにLOCA安全解析における燃料被覆管表面温度の計算例に合わせて、被覆管内面酸化時の水蒸気状態を模擬した滞留水蒸気中酸化実験を行った。その結果、ジルカロイ被覆管が脆化する主因は被覆管中に吸収された水素による水素脆化であることが明らかになった。又,100Cにおけるリング圧縮試験で水素を約500wt.Ppm以上吸収したジルカロイ被覆管はすべて脆化していることが判明した。酸化後の金属組織が
相当軸晶である被覆管は吸収水素量が200wt.Ppm以上であっても300Cリング圧縮試験で延性を示したが、針状pior-組織である被覆管は吸収水素量が1000wt.Ppt程度であっても300C圧縮試験で脆性であった。
伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; 川崎 卓郎; 岡田 和歩*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.
no journal, ,
持続可能な社会の構築に向け、国を挙げて水素社会の実現に向けた研究が行われている。水素インフラを構築するために、水素環境で強度・延性に優れる鉄鋼材料が求められているが、一般的に水素は脆化を引き起こすと考えられてきた。しかし近年、SUS310S (Fe-24Cr-19Ni (mass%))において、水素により強度・延性が共に向上することが報告され、注目を集めている。これには水素由来の固溶強化と双晶変形の促進が寄与していると考えられているが、転位密度や積層欠陥など、個々の因子に対する水素の影響の詳細は明らかとなっていない。そこで本研究では、MLFの工学材料回折装置 「匠」を利用した引張変形中その場中性子回折実験を行い、変形メカニズムに及ぼす水素の影響を定量的に評価した。
伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; Mao, W.*; 川崎 卓郎; 岡田 和歩*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.
no journal, ,
Hydrogen is being considered as an alternative energy carrier to fossil fuels to achieve the goal of Carbon Neutrality. While hydrogen has historically been associated with causing steel embrittlement, Ogawa et al. reported that the introduction of hydrogen to a Fe-24Cr-19Ni-based (mass%) austenitic stainless steel (AISI Type 310S) enhances both strength and ductility, thus counteracts the embrittlement effect. Although this phenomenon was qualitatively explained by the hydrogen-induced solid-solution strengthening and the promotion of deformation twinning, the influence of hydrogen on the development of dislocations and stacking faults (
, twin nuclei) during deformation remains less understood. The aim of this work is to investigate the effects of hydrogen on the evolution of these crystal defects and overall deformation mechanisms by using neutron diffraction measurements.
伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; 川崎 卓郎; 岡田 和歩*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.
no journal, ,
Hydrogen is attracting attention as an alternative energy carrier to fossil fuels to establish a sustainable society. However, hydrogen is considered to cause embrittlement in steel, which has been a longstanding issue known as hydrogen embrittlement. In contrast to the embrittlement, recently, Ogawa 
, reported that the addition of hydrogen improved both strength and ductility in SUS310S (Fe-24Cr-19Ni mass%) steel. This phenomenon is attributed to hydrogen-induced solid solution strengthening and the promotion of twinning deformation. These approaches are gaining attention as effective ways to utilize hydrogen, which has long been considered harmful. However, the impact of hydrogen on crystal defects (dislocations, stacking faults) and the mechanisms behind enhanced twinning in SUS310S steel remain unclear. In this work, we investigated the deformation mechanisms of hydrogen-charged SUS310S steel by neutron diffraction measurement conducted by TAKUMI (MLF-BL19) of J-PARC.
