報告書番号

Q09026

タイトル（和文）

重イオン照射された圧力容器モデル合金の照射硬化及びミクロ組織変化に及ぼす照射温度の影響

タイトル（英文）

Effect of irradiation temperature on hardening and microstructural changes of heavy ion irradiated reactor pressure vessel model alloys

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

軽水炉の高経年化に伴って、原子炉圧力容器（RPV）鋼の中性子照射脆化はより高精度な予測と評価が求められるため、中性子照射量や照射速度の脆化影響だけでなく、照射温度についても脆化メカニズムの理解が必要である。本研究では、重イオン照射されたRPV鋼モデル合金の硬さ及びミクロ組織変化に及ぼす照射温度の影響を明らかにした。多点（最大900点）計測の超微小硬さ測定法を用いることにより、鉄イオン照射後の硬さ分布が明瞭になると共に、高精度な分布の平均値が得られた。硬化に及ぼす照射温度の影響について、超微小硬さの上昇量は、銅含有量の少ない実用鋼では200℃照射の方が大きく、銅含有量の多いモデル材では300℃照射の方が大きくなる。このことから、硬化に及ぼす照射温度の影響は銅含有量等に依存する傾向がある。また、ミクロ組織変化に及ぼす照射温度の影響について、何れの材料も300℃では明瞭な溶質原子クラスタが形成されるが、200℃では明瞭ではなく、照射温度によってミクロ組織は大きく異なる。200℃照射材のクラスタは300℃照射材に比べて小さく、高密度である。溶質原子クラスタの体積率の平方根は超微小硬さの上昇量と照射温度に係わらず良好な線形の相関がある。このことから、中性子照射材と同様にクラスタの形成が硬化の主な要因と考えられる。

概要 （英文）

More accurate prediction and evaluation of radiation embrittlement of reactor pressure vessel (RPV) steels is very important issue for long-term operation of light water reactors, so that further understanding of the mechanism of radiation embrittlement as a function of not only neutron fluence and flux but also irradiation temperature are needed. In this study, effects of irradiation temperature on radiation hardening and microstructural changes of RPV model alloys irradiated with heavy ions were investigated. We applied nano-indentation technique with the large number of measurements, e.g. 900 indents, to the evaluation of hardening. The technique enabled to obtain hardness distribution and precise average values of the distribution of iron-irradiated materials. The increase in nano-indentation hardness of low copper containing commercial steel irradiated at 200C was larger than that of 300C irradiation. However, the hardening of high copper containing model alloys resulted in contrary behavior. This indicated the effect of irradiation temperature on hardening depends on copper content and so on. An atom probe tomography technique was applied to observe solute atom clusters formed in these materials due to irradiation. There was a large difference of microstructure in these materials depending on the irradiation temperature. The clusters in the materials irradiated at 200C had much smaller size and higher number density than that of 300C. In addition, the square root of volume fraction of clusters correlated linearly with the increase in the nano-indentation hardness. The formation of solute atom clusters by iron ion irradiation can be concluded to be main cause similar to neutron irradiation.

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