| 研究課題/領域番号 |
20K05143
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 応力腐食割れ / 低炭素オーステナイト系ステンレス鋼 / 長時間熱時効 |
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| 研究実績の概要 |
発電用軽水炉プラントの炉内構造材料（低炭素オーステナイト系ステンレス鋼）に発生する損傷事象である応力腐食割れ（SCC）は、これまでの検証実験の結果から、材料がプラント運転温度で長時間熱時効されることでその発生が促進されることが示唆されている。SCC発生機構の解明研究の一環として、令和2年度は、長時間熱時効が微細組織発達に及ぼす影響評価を主として実施した。20％冷間圧延により高密度に転位を導入したSUS304LおよびSUS316L、またそれらに対して温度288度で14000時間の長時間熱時効を施した材料に対して、透過型電子顕微鏡による微細組織観察を実施した。SUS316L鋼は、長時間熱時効によって粒界型SCC発生感受性が増大する結果が得られているが、材料組織観察の結果、未熱時効鋼材は高密度タングル組織を呈している一方で、長時間熱時効材では転位セル構造が形成されていることが確認され、長時間熱時効による組織変化が起こっていることが明らかとなった。一方で、未熱時効材、長時間熱時効材ともにSCC発生感受性が低いSUS304Lでは、熱時効前後とも転位タングル組織を呈しており、熱時効による転位組織変化は小さいことが確認された。電子後方散乱回折による局所結晶方位解析によっても、SUS316Lは長時間熱時効により結晶の局所ひずみが回復する傾向が見られたが、SUS304Lでは熱時効前後で局所ひずみ分布に変化は確認されなかった。以上のことから、SUS316L長時間熱時効材に形成された転位組織がSCC発生を促進する因子の一つであると推測されたことから、今後SCC発生機構の解明に向けて、この長時間熱時効組織に対する応力負荷応答や、高温高圧水中での腐食応答を評価する計画である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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SCC発生感受性に及ぼす長時間熱時効影響を評価し、得られた知見をSCC機構解明に資するため、(I) 長時間熱時効材の微細組織観察、(II) 長時間熱時効材への応力負荷の影響評価、および(III) 長時間熱時効材への応力負荷と腐食挙動への影響、の3項目を実施する計画である。令和2年度は、主として項目(I)に関する評価を行い、SUS304L鋼では微細組織に及ぼす長時間熱時効影響は確認されないこと、一方で、SUS316L鋼は長時間熱時効によって転位組織が変化（セル化）することを確認した。SCC試験において、長時間熱時効処理したSUS316Lは高いSCC発生感受性を示しており、転位組織変化とSCC発生感受性増大が相関している可能性を示唆した。今後、微細組織発達に及ぼす長時間熱時効影響の異なる材料を用いて、先述した研究項目（II）および（III）を実施することでSCC機構解明研究に繋げることが可能と考える。以上のことから、当初の計画通り研究を遂行できたと考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度は主として長時間熱時効による鋼材の微細組織観察（研究項目I）を進め、添加溶質元素の異なるSUS304L鋼とSUS316L鋼の微細組織（転位組織）に及ぼす熱時効影響が異なることを明らかとしたが、その原因については明らかとなっていない。熱時効中の転位移動のし易さには転位を取り巻く溶質元素の拡散や偏析・析出等が関与していることが考えられることから、熱時効材の3次元アトムプローブ分析を行うことでナノスケールでの空間分解能で溶質元素分布評価を行い、熱時効影響が異なる原因を考察することを計画している。また、次年度は長時間熱時効処理によって発達した転位組織に対する応力負荷時の塑性変形挙動評価（研究項目II）に着目した研究を実施する。特に、粒界型SCCの発生感受性が高いと評価されている長時間熱時効SUS316Lにおいて特徴的な塑性変形挙動が存在するかに焦点を当てる。具体的には、本事業で実施しているSCC試験（隙間付き低ひずみ曲げ試験）では、試験片の表面に約1%の塑性ひずみを生じさせることから、SCC試験前後での表面組織の解析を走査電子顕微鏡観察や電子後方散乱回折法等によって実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
他研究機関（物質・材料研究機構）にて３次元アトムプローブによる材料解析を実施する予定であったが、新型コロナウィルス感染拡大防止の観点から出張を取りやめたため、旅費の支出が当初計画よりも少なくなったことから次年度使用が生じた。次年度は、令和3年度分の経費と合わせて、試験片調製（加工、研磨および保管）のための消耗品購入費用として使用する予定。
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