繰り返し熱応力によるブランケット材料の性能変化

• 研究課題/領域番号: 60055039
• 研究種目: エネルギー特別研究(核融合)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 難波 慎吾 大阪府立大学, 総科, 教授 (60029056)
• 研究期間 (年度): 1985
• 研究課題ステータス: 完了 (1985年度)
• 配分額: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円); 1985年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
• キーワード: 慣性閉じ込め核融合炉 / 第1壁材料 / 熱応力 / パルス熱応力 / 材料の性能

研究概要

これまでの研究から、ステンレス鋼では熱膨張を阻止して加熱・冷却させ熱応力を与えると、結晶粒子の成長がおこるという新らしい知見を得た。今年度は計量形態学的な立場から画像計測的手法を用いて粒子の成長を定量的に測定した。
SUS-304ステンレス鋼を、室温と500℃の温度範囲で1000回〜5000回の加熱・冷却を繰り返すと、顕微鏡写真による観察では加熱・冷却のサイクル数の増加とともに明らかに粒子の成長がみられた。顕微鏡写真の原画をA/D変換して輝度を二値化し、結晶粒界で囲まれている画素の総数を求め粒子断面の大きさを算出し算術平均したところ、サイクル数2000回〜5000回で結晶粒子の断面積が逆に減少していることになった。即ち、算術平均によって求めた断面積の値と顕微鏡写真の観察とが一致しなかった。
つぎに、結晶粒子の断面積を対数目盛によって10グループに分類し単位面積当りの粒子数を考慮して粒子平均断面積を求めたところ、サイクル数の増加とともに断面積が増加するという結果が得られ、顕微鏡観察の結果と一致した。さらに、単位断面積当りの粒子の数もサイクル数の増加とともに減少しており粒子の粗大化を表わしている。これは断面積の値には極端な差がある場合、単純な算術平均による方法では正しい結果が得にくく、対数目盛によるグループ化が有効であることが判った。また、熱応力環境下における繰り返し熱応力によっておこるステンレス鋼の結晶成長は、比較的大きな粒子がさらに大きくなることによっておこることが明らかになった。また、室温と600℃の温度範囲で2000〜5000サイクルの加熱・冷却を行なったところ、同様にサイクル数の増加によって粒子の粗大化がすすみ、同じサイクル数では室温と500℃の間の加熱・冷却の結果より、結晶粒子径は増大した。