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酸化物分散強化鋼の高温照射環境下における強度劣化とその機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 14F04903
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 核融合学
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 裕樹 (2016)  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20211948)

阿部 弘亨 (2014-2015)  東北大学 (40343925)

研究分担者 LI YANFEN  東北大学, 金属材料研究所, 外国人特別研究員
LI Yanfen  東北大学, 金属材料研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2015年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2014年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード原子力材料 / 酸化物分散強化鋼 / クリープ強度 / 微細組織変化 / ヘリウム注入 / 高温熱処理 / ナノ粒子 / nuclear materials / oxide dispersion / creep properties / irradiation effect / thermal stability / microstructure / nano-scale particles / ODS steels
研究実績の概要

We studied microstructural evolution and mechanical properties change of an oxide dispersion strengthened steel (12Cr-ODS) for nuclear application.
The effect of high-temperature annealing at 1473-1673 K on the coarsening kinetics of nanoparticles and microstructural evolution was systematically investigated. The nanoparticles were extremely stable and continued precipitating during annealing at 1473 K, whereas, significant coarsening took place during exposure at 1673 K. Furthermore, heterogeneously distributed voids were developed, sizes of which increased distinctly at 1573 and 1673 K for longer holding time. This is probably due to the growth and/or aggregation of Ar-entrapped and pre-existed voids in the as-fabricated condition. Additionally, no obvious changes were observed in texture at 1473 K, except that its intensity reduced. The hardness slightly decreased at 1473 K up to 24 h, however, obvious reduction was observed after annealing at 1573 and 1673 K for more than 6 h.
The helium implantation experiments were carried out in cyclotron accelerator in Tohoku University. The implanted helium reached 390 μm from the surface, and concentration was 35 and 70 appm. The creep properties were tested at 873 and 973 K with different stresses. The helium leaded to slight reduction in creep time-to-rupture and strain-to-rupture at 973 K. While it shows almost no effects at 873 k. It indicates that 12Cr-ODS steel has the good resistance to helium irradiation, which was derived from the high number density and dispersed nano-particles.

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 2件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Microstructural stability of an as-fabricated 12Cr-ODS steel under elevated-temperature annealing2017

    • 著者名/発表者名
      J.J. Shen, H.L. Yang, Y.F. Li, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 695 ページ: 1946-1955

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2016.11.029

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallographic analysis on atomic-plane parallelisms between bcc precipitates and hcp matrix in recrystallized Zr-2.5Nb alloys2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsukawa, I. Okuma, H. Muta, Y. Shinohara, R. Suzue, H.L. Yang, T. Maruyama, T. Toyama, J.J. Shen, Y.F. Li, Y. Satoh, S. Yamanaka, H. Abe
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 126 ページ: 86-101

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2016.12.053

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reassessment of oxidation-induced amorphization and dissolution of Nb precipitates in Zr-Nb nuclear fuel cladding tubes.2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsukawa, S. Kitayama, K. Murakami, Y. Shinohara, K. Yoshida, H. Maeno, H.L. Yang, T. Toyama, K. Yasuda, H. Watanabe, A. Kimura, H. Muta, S. Yamanaka, Y.F. Li, Y. Satoh, S. Kano
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 127 ページ: 153-164

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2017.01.032

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of fabrication processing on the microstructure and mechanical properties of oxide dispersion strengthening steels2016

    • 著者名/発表者名
      YF. Li, JJ. Shen, F. Li, HL. Yang, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, HY. Fu, H. Abe, T. Muroga
    • 雑誌名

      MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A

      巻: 654 ページ: 203-212

    • DOI

      10.1016/j.msea.2015.12.032

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructural characterization and strengthening mechanisms of a 12Cr-ODS steel2016

    • 著者名/発表者名
      J.J. Shen, Y.F. Li, F. Li, H.L. Yang, Z.S. Zhao, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: A

      巻: 673 ページ: 624-632

    • DOI

      10.1016/j.msea.2016.07.030

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study on recrystallization and correlated mechanical properties in Mo-modified Zr-Nb alloys2016

    • 著者名/発表者名
      H.L. Yang, S. Kano, Y. Matsukawa, Y.F. Li, J.J. Shen, Z.S. Zhao, F. Li, Y. Satoh, H. Abe
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: A

      巻: 661 ページ: 9-18

    • DOI

      10.1016/j.msea.2016.03.014

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of molybdenum on microstructures in Zr-1.2Nb alloys after β-quenching and subsequently 873 K annealing2016

    • 著者名/発表者名
      H.L. Yang, S. Kano, Y. Matsukawa, Y.F. Li, J.J. Shen, F. Li, Z.S. Zhao, Y. Satoh, H. Abe
    • 雑誌名

      Materials & Design

      巻: 104 ページ: 355-364

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2016.05.047

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The effect of crystallographic mismatch on the obstacle strength of second phase precipitate particles in dispersion strengthening: bcc Nb particles and nanometric Nb clusters embedded in hcp Zr2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsukawa, HL. Yang, K. Saito, Y. Murakami, T. Maruyama, T. Iwai, K. Murakami, Y. Shinohara, T. Kido, T. Toyama, Z. Zhao, YF. Li, S. Kano, Y. Satoh, Y. Nagai, H. Abe
    • 雑誌名

      ACTA MATERIALIA

      巻: 102 ページ: 323-332

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2015.09.038

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructure and mechanical behavior of metallic glass fiberreinforced Al alloy matrix composites2016

    • 著者名/発表者名
      Z. Wang, K. Georgarakis, K. S. Nakayama, Y. Li, A. A. Tsarkov, G. Xie, D. Dudina, D. V. Louzguine-Luzgin, A. R. Yavari
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 24384-24384

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In-Situ High-Resolution Transmission Electron Microscopy Investigation of Overheating of Cu Nanoparticles2016

    • 著者名/発表者名
      C. Chen, Z. Hu, Y. F. Li, L. Liu, H. Mori, Z. Wang
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 19545-19545

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of alloying elements (Sn, Nb, Cr, and Mo) on the microstructure and mechanical properties of zirconium alloys2015

    • 著者名/発表者名
      Huilong Yang, Jingjie Shen, Yoshitaka Matsukawa, Yuhki Satoh, Sho Kano, Zishou Zhao, Yanfen Li, et al.,
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Science and Technology

      巻: in press

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Grain structural characterization of 9Cr-ODS steel aged at 973 K up to 10,000 h by electron backscatter diffraction2014

    • 著者名/発表者名
      Yanfen Li, H. Abe, et al.,
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 45 ページ: 568-572

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication andcharacterization of reference 9Cr and 12Cr-ODS low ctivation ferriticmartensitic steels2014

    • 著者名/発表者名
      T. Muroga, T. Nagasaka, Y. Li, et al.,
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 89 ページ: 1717-1722

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stability of Oxide Particles under Electron Irradiation in a 9Cr ODS Steel at 400°C2014

    • 著者名/発表者名
      Feng Li, Hiroaki Abe, Takahiro Ishizaki, Yanfen Li, et al.,
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 45 ページ: 724-727

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] New Approach to In Situ Observation Experiments under Irradiation in High Voltage Electron Microscopes2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Abe, Takahiro Ishizaki, Feng Li, Sho Kano, Yanfen Li, et al.,
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 55 ページ: 423-427

    • NAID

      130004455279

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Investigation on creep behavior and fracture mechanisms of oxide dispersion strengthening ferritic steel2016

    • 著者名/発表者名
      Yanfen Li, H.L. Yang, J.J. Shen, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe
    • 学会等名
      第132回金属材料研究所講演会
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2016-11-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Stability of as-fabricated and cold-rolled 12Cr-ODS steel during high temperature annealing2016

    • 著者名/発表者名
      J.J. Shen, H. Yang, Y. Li, F. Li, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe
    • 学会等名
      The Ninth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • 発表場所
      京都市
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 燃料被覆管の安全設計基準に資する環境劣化評価手法に関する研究開発 - 材料特性の環境劣化影響の評価2015

    • 著者名/発表者名
      叶野翔、楊会龍、李艶芬、松川義孝、佐藤祐樹、藪内聖皓, 阿部弘亨、等
    • 学会等名
      2015年日本原子力学会春の大会
    • 発表場所
      茨城大学
    • 年月日
      2015-03-20 – 2015-03-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Effects of excess oxygen level on mechanical properties and microstructure for two 9Cr-ODS steel2015

    • 著者名/発表者名
      Yanfen Li, J.J. Shen, F. Li, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe, T. Muroga
    • 学会等名
      2015年日本金属学会春季大会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Recrystallization behavior and microstructure evolution during annealing of a cold-rolled 12Cr-ODS steel2015

    • 著者名/発表者名
      J.J. Shen, Yanfen Li, Feng Li, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe
    • 学会等名
      2015年日本金属学会春季大会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Effects of fabrication routes on mechanical properties and microstructure for two 12Cr-ODS ferritic steels2014

    • 著者名/発表者名
      Yanfen Li, F. Li, J.J. Shen, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe, T. Muroga
    • 学会等名
      材料試験炉に関する国際シンポジウム, 2014年度大洗研究会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2014-12-11 – 2014-12-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Anisotropy in microstructures and mechanical properties of ODS ferritic steels2014

    • 著者名/発表者名
      Yanfen Li, F. Li, J.J. Shen, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe, H.Y. Fu, T. Muroga
    • 学会等名
      2014年日本原子力学会秋の大会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2014-09-08 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Effect of microstructural evolution on the stability of oxide nano-particles in ODS steels under electron irradiation2014

    • 著者名/発表者名
      Feng Li, H. Abe, T. Ishizaki, Yanfen Li, T. Nagasaka, T. Muroga, T. Nagase, H. Yasuda
    • 学会等名
      2014年日本原子力学会秋の大会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2014-09-08 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Study on Anisotropy of Mechanical Property and Microstructure of 12Cr Ferritic - Oxide Dispersion Strengthened Steel2014

    • 著者名/発表者名
      Yanfen Li, H. Abe, Y. Satoh, Y. Matsukawa, F. Li, J.J. Shen, T. Muroga
    • 学会等名
      2014年度春季第127回金属材料研究所講演会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2014-05-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 原子力材料工学/Nuclear Materials Engineering

    • URL

      http://nuclmater.imr.tohoku.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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