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永江 勇二; 青砥 紀身; 鬼澤 高志; 加藤 章一
JNC TN9400 2001-042, 35 Pages, 2001/03
高速増殖炉の主要構造材料であるSUS304鋼の高精度な非破壊検出技術の研究開発を行っている.本研究では非破壊検出技術として磁気特性変化に着目した.この方法は,き裂発生前の金属組織変化からき裂までの損傷を検出できる可能性があるものである.ここでは,高速増殖炉構造材料への磁気特性変化に基づく非破壊検出の適用を検討するために,まず単純な時間依存損傷であるクリープ損傷に伴う磁気特性変化を調査した結果を報告する.本研究において以下の知見を得た.(1)クリープ損傷材と無負荷材の残留漏えい磁束密度分布の比較を行い,クリープ損傷を受けることにより残留漏えい磁束密度が変化することが分かった.具体的に言えば,クリープ損傷を受けることにより残留漏えい磁束密度が急激に変化する場所が見られるようになる.(2)残留漏えい磁束密度変化と破損位置との関係を調査した結果,残留漏えい磁束密度の変化が急激な場所において破損を生じることが分かった.このことは,漏えい磁束密度の変化から破損位置を推定できることを示している.これらの結果は,磁気特性変化に基づいてクリープ損傷を非破壊的に検出することができることを示している.
黄 錦涛
JNC TN9400 2001-046, 84 Pages, 2001/02
JNC-TN9400-2001-046.pdf:2.01MB
高温質量分析では、蒸気圧解析に必要なイオン種を得るために電子衝撃イオン化断面積を必要とする。しかしながら、原子の蒸気種に対するイオン化断面積については、既に実験的に測定され、データベース化されているのに対して、分子の蒸気種のそれに対しては、理論的な評価および実験的データが非常に限定されているのが現状である。特に、ナトリウムを含有する分子イオン化断面積は、現在のところ、実験データと理論的結果の両方とも報告されていない。そこで、本研究では、ナトリウムを含有する分子のイオン化断面積を量子力学レベルで評価した。ここでは、Fe-Na-0-H系の中のナトリウムを含有する分子として、NaO(g)、NaOH(g)、Na20(g)およびNa2(g)を評価対象とした。この結果、修正イオン化断面積相加法(MAR)のような古典的モデルでは、電子衝撃エネルギーが低い場合にイオン化断面積の計算に適さないことがわかった。一方、近年提案された分子パラメータを用いるBinary-Encounter-Bethe(BEB)モデルを用いてイオン化断面積を評価した結果、電子衝撃エネルギーの関数として示すことができた。さらに、このBEBモデルから得られた結果について信頼性評価を実施した。これらのデータは、高温質量分析によるナトリウム化合物の蒸発挙動評価の研究に反映できる。
加藤 章一; 吉田 英一; 青砥 紀身
JNC TN9400 2001-025, 53 Pages, 2001/01
JNC-TN9400-2001-025.pdf:6.49MB
高速炉の有力な蒸気発生器用材料であるMod.9Cr-1Mo鋼について、高温流動ナトリウム環境下での低サイクル疲労試験及びクリープ疲労試験を実施し、疲労及びクリープ疲労特性に及ぼすナトリウム環境の影響を評価した。本試験において得られた結果を要約すると、以下のとおりである。(1)Mod.9Cr-1Mo鋼のナトリウム中疲労寿命は、同一条件下の大気中疲労寿命よりも長くなる傾向が認められ、ナトリウム環境の影響による寿命低下は生じないことが分かった。ナトリウム中疲労寿命の増大は、2・1/4Cr-1Mo鋼と同様に、主として試験片表面における酸化がナトリウムの還元作用により抑制されるため、その結果疲労き裂の発生寿命が増加したことによるものと考えられる。(2)引張保持のナトリウム中クリープ疲労寿命は、同一条件下の大気中と比較して有意差は認められなかった。これは、ナトリウム中では酸化が抑えられること、大気中では表面き裂が停留してしまうことから、両者とも内部のクリープ損傷が支配的となったためと考えられる。(3)圧縮保持のナトリウム中クリープ疲労寿命は、最適疲労破損線(疲労寿命)に近づく傾向になった。これは、ナトリウム環境により酸化がほとんどないこと、圧縮保持中のクリープ損傷は小さいことによるものと考えられる。(4)ナトリウム中疲労及びクリープ疲労寿命は、現行の大気中データをベースにした評価法によって保守的に予測可能であることを明らかにした。
永江 勇二; 青砥 紀身
JNC TN9400 2000-103, 32 Pages, 2000/09
JNC-TN9400-2000-103.pdf:1.94MB
本研究では、Mod.9Cr-1Mo鋼の複数の長時間クリープ破損試験片の破面からの距離とラス幅の変化を精緻に観察することで、破損位置決定に至る損傷進行の局所化を評価検討した。複数のクリープ破損試験片の破面からの距離とラス幅の関係を調査した結果、破面に近づくにつれてラス幅が大きくなっていることが分かった。受入時には、ラス幅の大きな違いがないことから、クリープ損傷の進行により局所的なラス組織回復が生じているものと考えられる。このラス組織回復の原因を調査するために、析出物の粗大化によりラス組織の局所的な回復が生じると考え、破面からの距離による析出物の面積率および大きさの比較を行った。その結果、破面から距離が異なっても析出物の面積率および大きさには違いがないことが分かった。したがって、析出物の粗大化が局所的ラス組織回復の原因ではないと考えられる。
上野 文義; 大鳥 範和
JNC TN9400 2000-097, 55 Pages, 2000/09
JNC-TN9400-2000-097.pdf:1.19MB
高温のナトリウムが大気中において燃焼し高温の溶融体を形成する際、湿分を吸ってNaOHが生成し、その結果NaOHを溶媒とする高温のナトリウム化合物溶融体となる場合がある。この溶融体中に過酸化物イオン(O
)が存在するとき、その高い酸化能力によって鉄鋼材料などを著しく腐食すると考えられている。本研究は、高温のNaOH溶媒中の過酸化物イオンの存在状態を調べることを目的として実施した。腐食性の強い高温融体にも適用可能なラマン分光分析法を採用し、NaO試薬単独またはNaOHとの混合試薬について測定を行った。この実験を行うために、試料を最高1073Kまで加熱する能力を有しかつArガス中に密封できる試料加熱容器を用意した。得られたスペクトルに基づいて、高温のNaOH溶媒中での過酸化物イオンの存在や安定性について検討した。また、NaO試薬中に含まれる不純物の超酸化物イオン(O$^
)イオンの安定性についても検討した。その結果、過酸化物イオンは単独では873Kまで、NaOH溶媒中では823Kまで安定に存在することが示された。また、超酸化物イオンは単独の場合は873Kまで、NaOH溶媒中では773Kまで安定に存在することが示された。さらに、超酸化物イオンは高温において過酸化物イオンに変化することはないと考えられた。
黄 錦涛; 古川 智弘
JNC TN9400 2000-101, 47 Pages, 2000/08
JNC-TN9400-2000-101.pdf:1.52MB
四重極質量分析計(Microvision Plus LM70)とクヌーセン・セルを組み合わせた蒸気圧測定装置が完成した。今後、この装置を用いて、ナトリウム-鉄複合化合物の信頼性のある熱力学データを取得し、高速増殖炉のナトリウム漏えい時の詳細な腐食機構解析を研究していくことを予定している。このためには、本装置構成によって得られるデータの信頼性を事前に評価しておくことが重要である。そこで、以下の主要項目について測定、調査および校正等を行った。(1)クヌーセンセル-質量分析部間の垂直軸合わせ、(2)質量分析部の質量数測定校正、(3)真シグナル識別、(4)ノイズ減少評価、(5)電子衝撃エネルギーの決定、(6)パラメータ調整による感度改善、(7)温度校正、(8)蒸気圧校正。はじめに、重要項目である機械的な装置調整、各種パラメータの影響調査、そして温度および圧力校正を実施した。そして、これらの広範な調査結果に基づき、蒸気圧測定条件を最適化した。さらに、標準試料(Ag、Pb)を用いて蒸気圧を測定し、得られた結果が文献値と一致すること、ならびに同一条件下で複数回の測定を行い、その再現性を確認した。これらの結果から、ナトリウム-鉄複合酸化物の測定を進めるにあたって、本システムから信頼性のある蒸気庄測定結果を得られることが確認された。
若井 隆純; 青砥 紀身
JNC TN9400 2001-078, 115 Pages, 2000/06
JNC-TN9400-2001-078.pdf:2.39MB
機器・構造安全工学グループでは、高速増殖大型炉の機器・配管に対する欠陥評価指針に関する検討を実施している。これは、高速炉配管に対する漏えい先行型破損(LBB)成立性評価への適用を前提として、機器・配管に欠陥が存在する場合の構造健全性を、主として破壊力学に基づいて評価する手法を提示しようとするものである。本報では、指針の枢要部となるクリープ疲労による欠陥の成長を評価する手法を線形和概念に基づき提案した。評価に必要な破壊力学パラメータ及び材料特性についても典型的な対象について付録した。
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
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。
門馬 義雄*; 山崎 政義*; 永江 勇二; 加藤 章一; 長谷部 慎一; 青砥 紀身
JNC TN9400 2000-044, 22 Pages, 2000/03
JNC-TN9400-2000-044.pdf:1.37MB
高速炉プラントの新構造材料および寿命診断技術の開発では、従来強度評価の補強資料として定性的理解のみに用いられてきた材料組織の微視的観察結果とその分析データを定量的に把握し、組織変化が材料特性におよぼす効果あるいは相関性を評価する手法の確立が必要である。特に炉心構造健全性を保証するために、溶接継手部における高温長時間強度特性と組織変化の関係を明らかにする技術開発のニーズが高い。このため、高速炉容器の溶接金属について、クリープによる組織の経時変化を定量化する技術に取り組んだ。本研究では、まず高速炉容器用に開発された316FR鋼を母材として、16Cr-8Ni-2Moおよび共金系(18Cr-12Ni-Mo)の溶接金属のクリープ試験を823および873Kで行い、37,000hまでのクリープ破断データを取得することにより、そのクリープ特性を明らかにした。さらにクリープ破断した試験片平行部の組織観察を行い、析出物の面積を定量化し、その経時変化とクリープ損傷の対応についての検討を行った。溶接金属のクリープ強度は高応力短時間側で16Cr-8Ni-2Mo系が共金系よりも小さいが、低応力長時間側では16Cr-8Ni-2Mo系と共金系のクリープ強度が同等になる傾向がみられた。また、クリープ破断延性は16Cr-8Ni-2Moの方が共金系よりも優れていることがわかった。さらに、溶接金属の823Kでの低応力長時間および873Kでは
フェライト中に析出した
相界面に発生する割れがクリープ破壊の起点となることを明らかにした。16Cr-8Ni-2Mo系溶接金属の析出量はいずれの温度時間においても共金系溶接金属よりも少ない。析出物の変化はマグネゲージで測定した残留フェライト量の変化と良く対応しており、フェライト量が時間の経過と共に減少するのに伴い、析出量は増加することを明らかにした。16Cr-8Ni-2Mo系溶接金属のクリープ破断材平行部の析出量とクリープ破断時間(対数)との関係をLarson-Millerパラメータ(LMP)で整理すると、1次式で表すことができ、この式から16Cr-8Ni-2Mo系溶接金属の析出量の予測が可能になった。
加藤 章一; 吉田 英一; 青砥 紀身
JNC TN9400 2000-042, 112 Pages, 2000/03
JNC-TN9400-2000-042.pdf:8.55MB
FBR蒸気発生器の伝熱管破損に起因する隣接伝熱管への破損メカニズムのひとつとして、ナトリウム-水反応により急速に伝熱管壁が加熱され破断に至るいわゆる高温ラプチャ現象が考えられる。本研究では、改良9Cr-1Mo鋼に関する高温ラプチャ評価の基礎データとして反映するため、超高温領域における引張及びクリープ試験を実施した。引張試験におけるひずみ速度は10%/min
10%/sec、クリープ破断時間は最長277secである。また、試験温度は7001300である。本試験において得られた結果を要約すると、以下のとおりである。(1)改良9Cr-1Mo鋼について、ひずみ速度と引張強度との関係及び数分以内の極端時間のクリープ破断強度に関する評価データを取得した。(2)上記取得データに基づき、Mod.9Cr-1Mo鋼伝熱管の構造健全性評価に必要なクリープ破断式を提案した。(3)改良9Cr-1Mo鋼の超高温域における引張強度及びクリープ強度は、「もんじゅ」伝熱管材料の2・1/4Cr-1Mo鋼よりも高い値を示し、優れた強度特性を有していることがわかった。