| 研究課題/領域番号 |
17106002
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
庄子 哲雄 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (80091700)
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| 研究分担者 |
三浦 英生 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (90361112)
宮本 明 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (50093076)
小川 和洋 東北大学, 大学院工学研究科, 助教授 (50312616)
久保 百司 東北大学, 大学院工学研究科, 助教授 (90241538)
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| キーワード | 応力腐食割れ / 軽水炉発電プラント / 酸化特性評価 / 粒界 / 量子化学分子動力学 / 酸化則の応力依存性 |
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| 研究概要 |
き裂先端における動的ひずみと応力加速酸化を主因とする応力腐食割れ(き裂酸化)モデルに基づき、耐応力腐食割れ進展特性に優れた材料として、酸化抑制効果が期待できる置換元素を量子化学分子動力学による評価結果を基に選定し、Y、Zr、Ce、Wをそれぞれ添加したステンレス鋼を製造した。原子力プラント材料である316Lステンレス鋼(16.5%Cr-12.5%Ni-Fe)の組成を元に、溶解時の酸素量の低減により0.042%Y、0.038%Ce、0.03%Zr、2.61%Wをそれぞれ固溶させ、かつ機械的性質もほぼ通常の316Lステンレス鋼の特性と同等のオーステナイト系鋼を得ることが可能であった。
それら添加元素の応力腐食割れ進展特性について、CeとYについて304Lステンレス鋼材料を試作し、予測との対応の検討に着手した。その結果、Pの有害性を予測どおり確認し、また低CrにおいてもCeとYの有効性を見出した。耐応力腐食割れ進展特性の評価には、その遅い進展速度のため、長時間の試験が必要となるが、き裂酸化モデルに基づいた加速試験として、ひずみ硬化により材料の降伏応力を高めた状態での進展速度の評価法を提案し、添加材についての進展試験に着手した。
Ni基モデル合金製作のため、量子化学分子動力学により四面体クラスター並びに八面体クラスターモデルを用いて、酸素を固溶した場合ならびに酸素の内部拡散のエネルギー変化を密度汎関数法により求めた。酸化抑制には酸化エネルギーが低く、もしくは酸素拡散の活性化エネルギーが大きく、クラスターの結合エネルギーが大きいことが有効であり、元素としてSc、Ti、Y、Nb、Hfが有効と考えられた。酸素固溶時の結合距離の変化は、Nbがこれらの内で最も大きくYは小さい。このことは酸化過程において生じる誘起ひずみへの影響度が異なることが想定され、高応力負荷環境下での酸化挙動調査に対する指針を得ている。
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