低放射化バナジウム合金の高温強度向上と低温照射脆化抑制の両立

• Project/Area Number: 15K18308
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 宮澤 健 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 特任研究員 (00733726)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 核融合炉 / 低放射化材料 / 材料強度 / 照射損傷 / バナジウム合金

Outline of Annual Research Achievements

低放射化バナジウム合金V-4Cr-4Tiの高温強度向上と低温照射脆化抑制の両立を図るため、微量Y添加と高Cr化を組み合わせたV-(6, 10)Cr-4Ti-0.15Yを試作した。高温強度と低温脆性を評価するためにそれぞれ高温引張試験とシャルピー衝撃試験を実施した。その結果、V-10Cr-4Ti-0.15YはV-4Cr-4Tiと同程度の高温強度を有し、過去のV-10Cr-4Tiと比較して良好な低温衝撃特性を示した。高Cr化による固溶強化によって微量Y添加による高温強度の低下を補うことができると示唆された。V-10Cr-4Ti-0.15Yの加工プロセスでは中間焼鈍処理が必要になったことから、Y添加合金においても高Cr化により圧延加工性は劣化する。
圧延加工性を損ねること無くVを強化する方法としてTa添加に着目した。V-4Cr-4Tiは優れた低温脆性を有することから、最適な合金組成として位置付けられている。そこで、低温脆性を損ねることが無い許容範囲内において、Vの合金成分の一部をTaで置換することで、V-4Cr-4Tiの更なる高温高強度化を試みることを目的とした。アーク溶解炉にて(V,Ta)-4Cr-4Tiを試作した。溶解後のインゴットは冷間圧延が可能であったことから、Ta置換は加工性を損ねること無く、V-4Cr-4Tiを強化できると言える。引張試験の結果から、室温及び高温においてTa量を増やすに従い、強度は上昇する傾向がある。しかしながら、Taを15at%置換した(V85,Ta15)-4Cr-4Tiは室温での伸びが著しく低下した。微細組織観察から、(V92,Ta8)-4Cr-4TiではV-4Cr-4Ti合金と類似した析出物が観察されたが、(V85,Ta15)-4Cr-4Tiでは析出物が非常に多く、組織一面に観察された。これらの多量な析出物が延性を低下させた原因であると考えられる。また、過度な材料強化は低温脆化を促進させるため、今後はシャルピー衝撃特性とクリープ特性を評価することで、最適なTa量を求める必要がある。