2023 Fiscal Year Research-status Report

低炭素オーステナイト系ステンレス鋼の非熱鋭敏化SCC機構解明研究

Research Project

Project/Area Number	23K04428
Research Institution	Japan Atomic Energy Agency
Principal Investigator	近藤啓悦国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所原子力基礎工学研究センター, 研究副主幹 (50391321)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Keywords	応力腐食割れ / 低炭素オーステナイト系ステンレス鋼 / 熱時効
Outline of Annual Research Achievements	研究代表者が実施したこれまでの研究において、沸騰水型軽水炉内主要構造材であるSUS316Lオーステナイト系ステンレス鋼に対して加速腐食環境SCC試験（CBB試験）を実施した結果、鋼材への加工硬化処理に加えて炉内温度での長時間熱時効処理を施すことで応力腐食割れ（SCC）発生感受性が上昇することを明らかとしてきた。本事業では、感受性の低い加工硬化処理まま材と高い感受性を示す長時間熱時効材の材料解析を行い、基礎的腐食挙動や弾性・塑性変形挙動を比較することにより、SCC発生機構の解明を目指す。令和5年度は、加速腐食環境ではなく実機炉内冷却水環境を模擬した環境での材料腐食試験を実施し、基礎的腐食特性に関するデータの取得を目指した。表面研削によって加工硬化層を導入したSUS316L鋼材及びその長時間熱時効材（288℃、14000時間）に対して、高温高圧水中（温度：288℃、溶存酸素濃度：8 ppm）腐食試験を実施し、材料表面に形成される酸化皮膜の特性を評価した。その結果、加工硬化まま材の表面に形成される酸化物粒子サイズは平均約２００nmであり、一方で長時間熱時効材は約１００nmとそのサイズが小さくなることが明らかとなった。この結果から、加工硬化まま材と比較して長時間熱処理材に形成される酸化物は溶解しやすいことが推測された、さらに、これら酸化皮膜についてTEM/EDXによる元素分析を行った結果、加工硬化まま材と比べて長時間熱時効材の酸化物粒子はNi含有量が高い傾向にあることが明らかとなり、このような酸化物構成元素の違いが先述した酸化物粒子の溶解度に影響を及ぼしたものと考察している。今後、同一の腐食環境で明確となった２つの材料の腐食特性変化の原因を究明し、さらに、長時間熱時効材における応力腐食割れ感受性促進に及ぼす影響についても検討を進めていく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究事業では、低炭素オーステナイト系ステンレス鋼の長時間熱時効処理が応力腐食割れ（SCC）発生感受性を増大させる、という実験室での加速腐食試験によって得られた結果を出発点として、熱時効前後の基礎的材料特性の変化を詳細に評価することにより、このSCC発生促進因子を特定することを目指す。また、本研究過程で得られた知見を基にして、実機環境におけるSCC発生機構の考察及び解明に資することも目的としている。令和5年度は、より実機炉内環境に近い環境で材料腐食試験を実施し、長時間熱時効処理による基礎的腐食特性変化の評価を中心に研究を進めてきた。その結果、実炉内模擬環境における長時間熱時効材の腐食特性（酸化物性状、構成成分）変化が詳細に明確化されたことから、SCC発生機構を考察する上で非常に有意義な知見が得られたと考えられる。以上のことから、当初の計画通り研究を遂行していると考える。
Strategy for Future Research Activity	令和5年度に実施した腐食特性に関するデータ（実機模擬環境及び加速腐食環境）の拡充と解析を進め、長時間熱時効材がき裂を発生する過程について考察を深める。また、SCC発生に影響を及ぼす因子として、材料に負荷される応力下での材料変形挙動も大きく影響を及ぼすと考えられていることから、加工硬化まま材とその長時間熱時効材をSCC試験に供した後に、き裂断面（表面深さ方向）の微細組織観察（SEM/ECCI、EBSD等）を実施し、き裂周辺の局所塑性変形挙動を比較する。また、令和5年度に製作したSEM内曲げ変形拘束治具を用いて、それぞれの材料についてき裂発生箇所である結晶粒界の近傍領域における弾性変形解析にも着手する。
Causes of Carryover	応力腐食割れ感受性評価試験に供する試験片の作製について、その作業工程を再検討した結果、当初の予定していた価格よりも費用を抑えられたことから次年度使用が生じた。次年度は、令和６年度分の経費と合わせて、試験片調製（加工、研磨及び保管）のための消耗品購入費用として使用する予定。