応力腐食割れ亀裂先端における空孔生成機構の解明と空孔－添加元素間相互作用の評価

• Project/Area Number: 22760682
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 薮内 敦 独立行政法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員 (90551367)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2012: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2011: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2010: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 原子炉材料 / 応力腐食割れ / 格子欠陥 / 原始空孔 / 陽電子消滅 / 原子空孔

Research Abstract

応力腐食割れ対策鋼として開発された低炭素ステンレス鋼でもなお、原子炉環境の高温水(約300℃)中においては、応力腐食割れの発生が見受けられる。この高温水中での応力腐食割れ亀裂進展は亀裂先端部の結晶粒界への原子空孔の凝集に起因する粒界結合力の低下が誘発しているのではないかという説が近年提唱されている。本年度は高温純水腐食がステンレス鋼中の原子空孔形成に与える影響について陽電子消滅法を用いて調べた。始めに真空中で1150℃・2時間の溶体化熱処理を施したSUS316Lステンレス鋼試料を用意した。引張応力下では空孔生成エネルギーが低下するとの計算機シミュレーションに基づく報告があることから、一部の試料には曲げ変形により表面に7%の引張ひずみを付与した。これらの無ひずみ材・曲げひずみ付与材を脱気288℃純水中に1200時間置き腐食させた後、陽電子消滅測定を行い消滅ガンマ線ピーク強度の陽電子入射エネルギー依存性を計測した。その結果、高温純水腐食により表面から200mmまでの領域で原子空孔の生成を示唆する消滅ガンマ線ピーク強度の増大が観測された。また、無ひずみ材と曲げひずみ付与材との比較では消滅ガンマ線ピーク強度に大きな差は観測されなかった。次に、無ひずみ材腐食試料から取得した消滅ガンマ線スペクトルを、2MeV電子線照射により単原子空孔を導入した参照試料から取得したスペクトルと比較したところ、両者のスペクトル形状は高運動量領域で一致しなかった。これは腐食試料中に含まれる欠陥は単原子空孔ではないことを示している。そこで無ひずみ材腐食試料を1200℃まで100℃刻みで30分ずつ加熱処理を行ったところ、消滅ガンマ線ピーク強度の減少は1100℃まで観測されなかった。これは腐食処理で生じた消滅ガンマ線ピーク強度の増大は試料表面における酸化膜の形成に起因していることを示唆する結果である。

Research Products

• [Journal Article] Vacancy defects in a stress-corrosion-cracked Type 304 stainless steel investigated by positron annihilation spectroscopy (2011)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: 419 Issue: 1-3 Pages: 9-14
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.08.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Positron microbeam study on vacancy generation caused by stress corrosion crack propagation in austenitic stainless steels (2011)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Volume: 262
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ステンレス鋼における照射誘起偏析抑制添加元素と原子空孔との相互作用 (2011)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Organizer: 京都大学原子炉実験所専門研究会
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所(大阪府)
  • Year and Date: 2011-12-02
• [Presentation] SUS304ステンレス鋼中の原子空孔回復挙動の陽電子消滅法による研究 (2011)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Organizer: 高崎量子応用研究シンポジウム
  • Place of Presentation: 高崎シティギャラリー(群馬県)
  • Year and Date: 2011-10-14
• [Presentation] 陽電子顕微鏡を用いた材料中の格子欠陥の可視化-原子炉ステンレス鋼の亀裂進展機構へのアプローチ- (2011)
  • Author(s): 河裾厚男、薮内敦、前川雅樹
  • Organizer: 高崎量子応用研究シンポジウム
  • Place of Presentation: 高崎シティギャラリー(群馬県)
  • Year and Date: 2011-10-13
• [Presentation] 微量元素添加ステンレス鋼中の照射誘起空孔回復挙動 (2011)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Organizer: 日本原子力学会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(福岡県)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 原子炉用ステンレス鋼中に導入された空孔型欠陥の回復挙動 (2011)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Organizer: アイソトープ・放射線研究発表会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館(東京都)
  • Year and Date: 2011-07-08
• [Presentation] 原子炉用ステンレス鋼の応力腐食割れ現象に関する陽電子消滅法による研究 (2010)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Organizer: 京都大学原子炉実験所専門研究会
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所(大阪府)
  • Year and Date: 2010-11-26
• [Presentation] ステンレス鋼応力腐食割れ亀裂近傍に形成された空孔型欠陥の陽電子マイクロビームによる観察 (2010)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Organizer: 高崎量子応用研究シンポジウム
  • Place of Presentation: 高崎シティギャラリー(群馬県)
  • Year and Date: 2010-10-14
• [Presentation] 陽電子顕微鏡による原子空孔型欠陥の評価-原子力ステンレス鋼の応力腐食割れ評価の事例から- (2010)
  • Author(s): 河裾厚男、薮内敦、前川雅樹
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-25
• [Presentation] SUS304鋼SCC亀裂周辺の格子欠陥分布測定 (2010)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Organizer: 日本原子力学会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] Positron Microbeam Study on Vacancy Greneration caused by Stress Corrosion Crack Propagation in Austenitic Stainless Steels (2010)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Organizer: 12th International Workshop on Slow Positron Beam Techniques (SLOPOS-12)
  • Place of Presentation: マグネティック島(オーストラリア)
  • Year and Date: 2010-08-04
• [Presentation] ステンレス鋼応力腐食割れ亀裂の陽電子マイクロビームによる評価 (2010)
  • Author(s): 薮内敦、前川雅樹、河裾厚男
  • Organizer: アイソトープ・放射線研究発表会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館(東京都)
  • Year and Date: 2010-07-08