Development of highly reliable stainless steel welds and high accuracy life-prediction model based on metallography

• Project/Area Number: 15H05564
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Abe Hiroshi 東北大学, 工学研究科, 講師 (30540695)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥22,230,000 (Direct Cost: ¥17,100,000、Indirect Cost: ¥5,130,000); Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2017: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2016: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2015: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
• Keywords: オーステナイト系ステンレス鋼 / 溶接金属 / δ-フェライト / 応力腐食割れ / 熱時効脆化 / スピノーダル分解 / δ－フェライト / 機械材料・材料力学 / 原子力エネルギー / 保全 / 溶接 / δーフェライト / 溶接部

Outline of Final Research Achievements

The microstructural modification method has been developed to improve SCC resistance of austenitic stainless steels. The effect of microstructural anisotropy on a thermal embrittlement of welds has been investigated.
Type 316L stainless steel in which the island-shaped delta-ferrite distribute on grain boundaries due to preferential melting and solidification by heating up to near the melting point using induction heating and then water quenched has been developed. The modified 316L stainless steel showed good SCC propagation resistance.
The Charpy absorbed energy decrease ratio with thermal aging depends only on the ferrite content, whether weld metals or cast duplex stainless steels. It has been suggested that the previous knowledge about thermal aging behavior of duplex stainless steels can be applicable for that of stainless steel welds.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

軽水炉のより一層の信頼性向上には、経年劣化事象とその対応技術に関する継続的な研究開発が不可欠である。特にステンレス鋼溶接部においては、従来多くの劣化事象が顕在化していることから、健全性担保の観点から最も重要な対象の一つである。本研究ではステンレス鋼溶接部の主要な劣化モードである応力腐食割れに対して、有効な解決策となり得る金属組織が作製可能であることを示した。加えて、これまで全く検討されてこなかった溶接部の熱時効脆化に及ぼす組織異方性の影響について、少なくとも衝撃値に関しては影響が大きくないことを示した。したがって本研究成果は、軽水炉におけるステンレス鋼溶接部の信頼性向上に資すると判断できる。

Research Products

• [Presentation] 熱時効がオーステナイト系ステンレス鋼溶接金属の衝撃特性へ及ぼす影響の評価 (2018)
  • Author(s): 黒山結音、阿部博志、渡邉豊
  • Organizer: 日本機械学会 M&M材料力学カンファレンス
• [Presentation] Low temperature age-hardening behavior of type 309 and 316 stainless steel weld metal (2017)
  • Author(s): Kazuma Hirata, Hiroshi Abe, Yutaka Watanabe
  • Organizer: 5th IMRNPP & AWC 2017 & 3rd AF_MAINS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オーステナイト系ステンレス溶接金属の微視組織と低温時効硬化挙動に及ぼす溶接条件ならびに化学組成の影響 (2017)
  • Author(s): 平田一真、阿部博志、渡邉豊
  • Organizer: 日本機械学会 M&M2017材料力学カンファレンス
• [Presentation] オーステナイト系ステンレス鋼溶接金属におけるフェライト相の熱時効硬化挙動 (2017)
  • Author(s): 黒山結音、平田一真、阿部博志、渡邉豊
  • Organizer: 日本原子力学会 第16回材料部会 夏期セミナー
• [Presentation] オーステナイト系ステンレス鋼溶接金属の硬さならびに腐食特性に及ぼす熱時効の影響 (2017)
  • Author(s): 黒山結音、平田一真、阿部博志、渡邉豊
  • Organizer: 第13回量子エネルギー工学フォーラム