(2) 九 州 大 学応 用 力 学研 究所 所 報

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(1)九州大学学術情報リポジトリ Kyushu University Institutional Repository. In-situ observation of damage formation in FeMn alloy 關, 人史 九州大学大学院総合理工学府. 渡辺, 英雄 九州大学応用力学研究所. 吉田, 直亮 九州大学応用力学研究所. https://doi.org/10.15017/27098 出版情報:九州大学応用力学研究所所報. 139, pp.141-144, 2010-09. 九州大学応用力学研究所 バージョン: 権利関係:.

(2) 九 州 大 学応 用 力 学研 究所 所 報. 第139号(141‑144)2010年9月. Fe‑Mn合. 金 の応 力 下 で の欠 陥 形 成 の そ の 場 観 察 關. 人 史*1渡. 辺. 英 雄*2吉. (2009年7月30日. In-situ. observation. 田. 直 亮*2. 受 理). of damage. formation. in Fe-Mn. alloy. Hitoshi SEKI, Hideo WATANABE , Naoaki YOSHIDA E-mail of corresponding author: seki@riam.kyushu-u.acjp. Abstract PWR type nuclear reactor pressure vessels is added stress when it during operation. Therefore it is important to know the effect of irradiation brittleness of the material. To study the influence of the stress on the nuclear reactor pressure vessel steal, the sample was irradiated under applied stress by using a high voltage electron microscope. Fe-1.4(w %) Mn alloy was used in this study as model alloy of A533B steel. The influence of the damage formation process was discussed in this paper.. Key words: pressure vessel steels, electron irradiation 1.緒. 言. 2.実. 地 球 温 暖 化 の影 響 か ら発 電 時 に温 暖 化 ガスを生 成 しな. 験 方 法. 2.1超 高 圧 電 子 顕微 鏡 引 張試 験 ホル ダ ー の概 要. い原 子 力 発 電 に つ いて見 直 され つ つある.し か し原 子力 発 電 も住 民 の 反 対 による立 地 上 の問 題,1基. 当た り数 千億 円. 今 回 用 い た超 高 圧 電 子 顕 微 鏡 は,九. 州大 学箱崎地 区. かか るコスト上 の 問題 か ら現 存 す る原 子 力 発 電 所 の長 期 運. 超 高 圧 電 子 教室 設 置 のJEoL‑1250を. 転 が 余儀 なくされ てい る.そのた めに設 置30年. を超 えるプ ラ. 圧 電 子 顕 微 鏡加 熱 引 張 ホルダ ー の試 験 片装 着 部 写真 を示. 用 いた.Fig.1に 超 高. ントに高 経 年化 の問 題 が 出 てきている.2010年. 現 在 日本 に. す.加 熱 引 張 ホ ル ダ ー の 最 大 引 張 可 動 範 囲 は0.0〜. ある54基 の原 子 力 発 電 プラントのうち18基 の原 子 力 発 電 プ. 2.0(mm),引 張速 度 は0.9(μm/s)である.電 子顕 微 鏡 試 験 片. ラントが設 備 利 用 開始 か ら30年. 設 置 部 にある白金 ・白金13%ロ ジウムの 熱 電 対 にて起 電 力. を経 過 してい る.軽 水 炉 の. 高 経 年 化 に伴 い,応 力 腐 食 割 れ,配 線 の劣 化 等 が 発 生 し, 交 換 の す ることの容 易 で ない 原 子 炉 圧 力 容 器 で は大 きな問 題 が発 生 してい ると考 えられ る.中性 子 の影 響 に より材 料 の 硬 化 が 進 む 現 象 を照 射 脆 化 と呼 ん でい る,照射 脆 化 の 原 因 となる照 射 欠 陥 としては,点 欠 陥 集 合 体 やCu析. 出物 の 存. を計 測 す ることによって試 験 片 温度 の観 測 を実 施 した. シ ャフト部 をモ ー ター で 回転 させ ることにより試 験 片 に荷 重 が負荷 され る仕 組 み になってい る, Fig.2,Fig.3に 荷 重 及 び 変位 の校 正 を行 った グラフを示 す.荷 重 は歪 ゲー ジ の 出 力 電圧 と荷 重 の 関係 を実 測 す るこ. 在 が報 告 され て いる.し か し,こ れ までの 研 究 の 大 半 に お. とにより求 めた.変 位 も同様 に出 力 され る電圧 と変 位 の 関係. い てPWR圧. 性 か ら校 正を行 った.. 力 容 器 胴 部 に負 荷 され てい る応 力 の影 響 は 考. 慮 され て お らず,正 確 な脆 化 機 構 を知 るた めに は応 力 も加 味 し,損 傷 発 達 機 構 を考 える必 要 が ある.そ こで 本 研 究 で は,超 高 圧 電 子 顕 微 鏡 を用 い て応 力 下で そ の場 観 察 を実 施 し,応力 が転 位 ル ー プ の核 形 成 及 び成 長 に与 える影 響 に つ い て考 察 した.ここでは,超 高 圧 電 子 顕微 鏡 を用 い た引 張 試 験 の概 要 ・実 験 結 果,な らび に今 後 の研 究 予 定 につ い て 示 す. *1九 州 大 学 総 合 理 工 学 府 院 生 '2九 州 大学 応 用 力 学 研 究 所. Fig.1 HVEM. specimen. holder. used in this study.

(3) Fig.4 SEM image. Fig.2 Relation. Fig.3. of Displacement. Relation. and output. of load and output. of the sample. voltage. voltage. 2.2超 高 圧 電 子 顕 微 鏡 引 張 試 験 片 の 概 要 Fig.5 Fig.4に. 今 回 用 い た 試 験 片 のSEM画. Result. of. FEM. simulation. 像 を 示 す.試 験 片 に. 用 い た 原 子 炉 圧 力 容 器 モ デ ル 合 金 として,こ れ まで の 研 究 か ら 脆 化 へ の 寄 与 が 顕 著 で あ るMnを Fe‑(1.4wt%)Mnを. 添 加 した. 用 い た.試 験 片 の 寸 法 は 縦:2.0(mm). 横:7.5(mm),幅:0.12(mm)の. 短 冊 状 試 料 を 用 い た.. 2.3照. 射 な らび に照 射 後 解 析 の 概 要. 試 験 片 の 中 央 部 に は 応 力 集 中 と薄 膜 化 が 確 実 に 中 央 で 起 こ るよ うに,試. 験 片 の2/3の. (r=2.4mm,d・0.08mm)を. 行 い,中. 化 を施 した.さ らに,超. 厚 さ まで デ ィン プ ル 処 理 心 を ツイン ジ ェッ トに て 薄 膜. 高 圧 電 子 顕 微 鏡 内 での試 験 片 の 向. き を確 認 す る た め にFIBを. 用 い て5×10(μm)の. 切 り欠 きを 入. れ た.. 電 子 線 照 射 は,照 射 速 度25×10"4(dpa/s)で. った が 今 回 は 紙 面 の 関 係 上573(K)の 変 位 量 を0.1(㎜)ず. っ 変 化 させO.4(mm)ま. 測 個 所 付 近 で の 応 力 は 複 雑 で あ る.そ の 為,試. で 変 位 量 ご とに. 験 片 内 に お け る観. 向 に 約3倍 の 最 大 荷 重 が 負. 長 部 分 の 応 力 の 分 布 を 有 限 要 素 法 を 用 い て 解 析 を行 っ た.. 荷 され る箇 所 に て 照 射 実 験 を 行 っ た.照 射 試 験 後 は 転 位 ル ー プ の 数 密 度 ・サ イズ の 成 長 を 定 量 的 に 計 測 し ,Orowanモ. 試 験 片 に1.0(N)を. デ ル を 用 い て硬 度 見 積 も りを 行 うことに よ り,応 力 が 損 傷 組. Fig.5に 示 す.. 験 片有効. 測 箇 所 に っ い て はFig.5のX方. 行. 結 果 の み 記 載 す る.. 照 射 を 実 施 し,その 場 観 察 を 行 っ た.試. 中 心 を 薄 膜 化 して い る た め 応 力 を負 荷 した 際 の 試 験 片 観. 約0.2(dpa). 程 度 まで 照 射 を 行 っ た.照 射 時 の 温 度 は 室 温 と573(K)で. 負 荷 した 際 の シ ミュ レ ー シ ョン の 結 果 を. 織 に 与 え る影 響 に つ い て 考 察 を行 っ た..

(4) 3.実. 3.3応. 験 結 果 及 び考 察. 力 下 に お け る そ の 場 観 察 か らの 定 量 的 解 析. 3.2の 応 力 下 で の そ の 場 観 察 結 果 か らFig.8に 転 位 ル ー プ. 3.1引. 張試 験 結 果(荷 重 一変 位 曲線). の 数 密 度,Fig.9に. Fig.6に ホル ダ ー を用 い て得 られ た,Fe‑1.4(w%)Mnの. 転 位 ル ー プ の サイズ の 変 化 に つ い て. 定 量 的 に 計 測 した 結 果 に つ い て 示 す.数. 密 度 は荷 重 の負. 573Kで の 引 張実 験 結 果 として荷 重 一変位 曲線 を示 す.. 荷 に より減 少 し,荷 重 値 に依 存 して い るこ とが わ か る.さ らに. 荷 重 ・変位 曲線 は荷 重 と変 位 の間 に 比例 の 関係 性 が見 られ,. 転 位 ル ー プ の サ イズ は 応 力 の 負 荷 に よ り成 長 し,応 力 の 負. 中心 の 薄 膜 化 により単 純 な引 張 試 験 で は材 料 の特 性(弾 性. 荷 に より転 位 ル ー プ サ イズ が 約2〜3倍. 領 域 ・塑 性 領 域)の 変 化 は見 られ なか った.今 後 さらに 定 量. 確 認 され た.さ らに転 位 ル ー プ の 数 密 度 ・サ イ ズか ら(1),(2). 性 を 高 めるため にも,薄 膜 部 分 にお け る荷 重 ・変 位 量 を正. 式 のOrowanモ. 確 に求 めてい くことが必 要 である.. をFig.10に. ここで,Nは. 程 度 の 成長 促 進 が. デ ル を用 い て 硬 度 の 見 積 もりを行 っ た 結 果 示 す.. 転 位 ル ー プ 密 度,dは. 転 位 ル ー プ の サ イ ズ,. μ は 剛 性 率(=80Gpa),MはTaylorFactor(=3),bは バL‑一 ・ 一 ガ ー ス ベ クトル(=0.25nm),aは 欠 陥 の 種 類 に よる 定 数(=02), は 耐 力 ・ビッカ ー ス 硬 度 換 算 係 数(=3.79)を 行 っ た.応 力 場,非. 用 い,計 p. 算を. 応 力 場 で の 大 きな 差 異 は 見 られ な か っ. た が 転 位 ル ー プ 成 長 が 時 間 経 過 ととも に 顕 著 で あ る た め 、 Fig.6. Load displacement. curve. 時 間 経 過 に つ れ て 応 力 場 で は 非 応 力 場 と比 較 し て 硬 度 の 上 昇 が 起 こっ て い ることが 確 認 され た.. 3.2応. 力 下 に お け るそ の 場 観 察 結 果. Fig.7に573(K)に. お け る[100]方 向 か らの 応 力 下 で の そ の. 場 観 察 結 果 に つ い て 示 す.応. 力 の 負 荷 に より,転 位 ル ー プ. サ イズ の 減 少 ・数 密 度 の 減 少 が 顕 著 に み られ る ことが 分 か る.. Fig.8 Time dependence. Fig.7. Result. of high voltage. microscope. of I-loop volume. electron. observation. Fig.9 Time dependence. of I-loop size. density.

(5) Fig.10. 4.結. Estimate. results. of hardness. by Orowan's. equation. 言. 今 回超 高 圧 電 子 顕 微 鏡 と変位 制 御 型 の加 熱 引 張 ホル ダ ー を用 い て応 力 下 での そ の場 観 察 実 験 を[100]方 向か ら実 施 した,応 力 の負 荷 により転 位 ル ー プ の 数 密 度 の抑 制 傾 向 ・成 長 の促 進 が確 認 され た が 、今 後 これ らの結 果 に加 え 転 位 ル ー プ の 成 長 と応 力 方 向 との 関係 性,結 晶 方 向 と応 力 方 向の 関 係 性 を議 論 して いく必 要 があるが,薄 膜 試 料 へ の 照 射 で あるため表 面 効 果(シ ンク強度)等 も考慮 に入 れ た 上 で の実 験 考 察 が 必 要 である.. 5.参. 考文献. (1) S.B.Fisher,J.T.Buswell,Int.J.Pres.Ves.&Piping,27 (1987) 91. (2) G.R.Odettee,G.E.Lucas: Radiation Effects and Defects in Solids . 144 (1998) 189 (3) W.J.Phythian,C.C.English,J.Nucl:Master,205(1993) 162 (4) H.Watanabe,S.Masubuchi,N.Yoshida:Master2,47 (2008) 620 (5) H.Watanabe,T.Imamura,S.Masubuchi,N.Yoshida, Y.Kamada,S.Takahashi:Reportof research Institute for Applied Mechanics,Kyusu University,133(2007) 161-165.

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