2009 Fiscal Year Annual Research Report
先端ナノ材料学による原子炉鉄鋼材料の脆化・劣化機構の解明と制御・予測
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17002009
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
長谷川 雅幸 Tohoku University, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 名誉教授 (80005975)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永井 康介 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10302209)
畠山 賢彦 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (30375109)
外山 健 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50510129)
松川 義孝 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (70566356)
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| Keywords | 原子炉圧力容器 / 照射脆化 / 高経年化原子炉 / アトムプローブ / 陽電子消滅 / ナノクラスター / 粒界・界面偏析 / 照射欠陥 |
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| Research Abstract |
昨年に引き続き、1970年代以前に採用された第1世代原子炉圧力容器(RPV)鋼(Cuなどの有害不純物濃度が高い)および1980年代以降の第2世代RPV鋼(不純物濃度が低減されている)に注目し、局部電極3次元アトムプローブ(LEAP)や陽電子消滅を駆使したナノ組織観察、照射硬化などの測定および両者の比較検討を行った。特に今年度は、実機監視試験片(ベルギーDoel・4、第2世代鋼)およびほぼ同じ照射条件(照射速度、照射温度など)で材料試験炉加速照射した第1,2世代RPV鋼を対象とした。主な結果は以下の通りである。
1)監視試験片(約12年間運転後、3.3x10^<19>n/cm^2)では、a)照射前から存在していたナノ炭化物(MnCrMoFe-C)(M_6C)中のMn濃度が約倍に増加し、逆にFe濃度が減少すること、b)ナノ炭化物と母相界面のMn,Cr,Moが増加するとともに、Pの偏析が起こるすることを見いだした。これらの界面現象は、従来の予測には考慮されていない硬化を伴わない脆化機構の主因であり、高経年化RPVの脆化で今後重要となると思われる。
2)加速照射した第1,2世代鋼の照射ナノ組織変化を調べた結果、両鋼とも照射初期(5.9x10^<18>n/cm^2)までに急激に硬化(脆化)したが、その後は緩やかに硬化した。照射初期までの硬化は、マトリックス欠陥、その後の硬化は不純物・溶質原子のクラスター形成が主であると思われる。第1世代鋼ではCu富裕クラスター、第2世代鋼ではMnNiSiクラスターが形成していた。
3)高経年化RPVでは、上記のように結晶粒界や炭化物界面の劣化(脆化)重要となると思われるので、それらを計算機シミュレーションするための分子動力学法の開発を行った。
さらに、シュラウド・ステンレス鋼、RPV・被覆ステンレス鋼中の合金元素クラスター、スピノーダル変態組織形成などを明らかにした。
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