軽水炉・シュラウドの表面硬化層における微細組織
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カテゴリ: 第2回
1. 緒言
近年、国内の沸騰水型原子力発電所の SUS316L 鋼 製シュラウドにおいて、機器製造時にグラインダー 仕上げが行われた部位に集中して応力腐食割れ (SCC)が多数発生した。割れの発生したシュラウド 内表面には硬度が上昇した領域が存在し、SCC 発生 の原因となった可能性が指摘されている。この硬化 は表面加工に伴う加工硬化現象であると考えられて いるが、炉内での中性子照射による影響に関する検 討は十分には行われていない。また、表面硬化層の 存在と SCC 発生の関連についても十分な理解が得ら れているとは言えない。 * 本研究では SCC の発生が認められたシュラウド内 表面から採取した“ ボートサンブル”ならびにひび 割れが生じた部位での表面加工を模擬した“モック アップ材”に存在する表面硬化層について TEM によ り詳細に調査することで、表面加工による微細組織発展及び炉内環境の影響について明らかにすること を目的とした。
2. 表面硬化層における微細組織観察
2.1 供試材本研究では柏崎刈羽 3 号炉 H7a(温度: 約 286°C, 中性子照射量: 2.6x10'°n/m2,溶存酸素濃度: 約 200 ~250ppb) から採取した SCC を含むボートサンプル 及びモックアップ材を供試材とした。試験片は SEM により表面状態の概要を把握した後、TEM 観察に供 する位置を決定した。TEM 薄膜は FIB 加工/マイクロ ピックアップ技法を用いて作製した。2.2 ボートサンプルに存在する表面硬化層 の内部組織Fig.1 にシュラウドにおいてグラインダー痕が認 められた部位での表面組織を示す。同部位に発生し たひび割れはグラインダー痕に対してほぼ垂直方向 に発生していた。Fig.2 はグラインダー痕が存在す る部位でのシュラウド内表面の内部組織である。硬 化が特に著しい表面では微細な結晶粒が観察された。 また、硬化領域には Fig.3 で示すような変形双晶の161存在も認められた。Fig. 4 は腐食生成物に接する結 晶粒界における EDS マッピング像である。腐食生成 物は Cr, Mo リッチなスピネル酸化物 (O_Ka に対応) であり、これと接する粒界上では局所的な Ni の濃化 及び Fe, Cr, Mnの枯渇が認められた。これは、腐食 の過程で Ni0 の生成と Fe, Cr, Mnの溶出が生じるた めである。CrackingTEM observation500kmFig.1 Trace of grinding observed on the inner surface of the core shroud.Muud surface・ジッFig.2 Micrograph of fine grains (left) and corrosion products (right in white contrast) observed at shroud surface.Fig.3 Micrograph (left) and diffraction pattern (right) of deformation-twins observed in surface hardened region.JSrotesterFig.4 EDS mapping at grain boundary in contact with corrosion products. (See Fig.2)3.結言1) グラインダー処理されたシュラウド内表面の硬化領域には微細な結晶粒、変形双晶が存在すること を示した。 2) 腐食は結晶粒界においてNi0 の生成ならびに Fe, - Cr, Mn の溶出を伴い進展することを示した。謝辞本研究は京都大学 本研究は京都大学・東京電力(株)共同研究の成 果の一部である。同時に、本研究は東北大学金属材 料研究所付属量子エネルギー材料科学国際研究セン ターとの共同研究による成果の一部である。162“ “軽水炉・シュラウドの表面硬化層における微細組織“ “末石 裕一郎,Yuichiro SUEISHI,香山 晃,Akira KHOYAMA,木下 博嗣,Hiroshi KINOSHITA,鳴井 實,Minoru NARUI,福元 謙一,Kenichi FUKUMOTO
近年、国内の沸騰水型原子力発電所の SUS316L 鋼 製シュラウドにおいて、機器製造時にグラインダー 仕上げが行われた部位に集中して応力腐食割れ (SCC)が多数発生した。割れの発生したシュラウド 内表面には硬度が上昇した領域が存在し、SCC 発生 の原因となった可能性が指摘されている。この硬化 は表面加工に伴う加工硬化現象であると考えられて いるが、炉内での中性子照射による影響に関する検 討は十分には行われていない。また、表面硬化層の 存在と SCC 発生の関連についても十分な理解が得ら れているとは言えない。 * 本研究では SCC の発生が認められたシュラウド内 表面から採取した“ ボートサンブル”ならびにひび 割れが生じた部位での表面加工を模擬した“モック アップ材”に存在する表面硬化層について TEM によ り詳細に調査することで、表面加工による微細組織発展及び炉内環境の影響について明らかにすること を目的とした。
2. 表面硬化層における微細組織観察
2.1 供試材本研究では柏崎刈羽 3 号炉 H7a(温度: 約 286°C, 中性子照射量: 2.6x10'°n/m2,溶存酸素濃度: 約 200 ~250ppb) から採取した SCC を含むボートサンプル 及びモックアップ材を供試材とした。試験片は SEM により表面状態の概要を把握した後、TEM 観察に供 する位置を決定した。TEM 薄膜は FIB 加工/マイクロ ピックアップ技法を用いて作製した。2.2 ボートサンプルに存在する表面硬化層 の内部組織Fig.1 にシュラウドにおいてグラインダー痕が認 められた部位での表面組織を示す。同部位に発生し たひび割れはグラインダー痕に対してほぼ垂直方向 に発生していた。Fig.2 はグラインダー痕が存在す る部位でのシュラウド内表面の内部組織である。硬 化が特に著しい表面では微細な結晶粒が観察された。 また、硬化領域には Fig.3 で示すような変形双晶の161存在も認められた。Fig. 4 は腐食生成物に接する結 晶粒界における EDS マッピング像である。腐食生成 物は Cr, Mo リッチなスピネル酸化物 (O_Ka に対応) であり、これと接する粒界上では局所的な Ni の濃化 及び Fe, Cr, Mnの枯渇が認められた。これは、腐食 の過程で Ni0 の生成と Fe, Cr, Mnの溶出が生じるた めである。CrackingTEM observation500kmFig.1 Trace of grinding observed on the inner surface of the core shroud.Muud surface・ジッFig.2 Micrograph of fine grains (left) and corrosion products (right in white contrast) observed at shroud surface.Fig.3 Micrograph (left) and diffraction pattern (right) of deformation-twins observed in surface hardened region.JSrotesterFig.4 EDS mapping at grain boundary in contact with corrosion products. (See Fig.2)3.結言1) グラインダー処理されたシュラウド内表面の硬化領域には微細な結晶粒、変形双晶が存在すること を示した。 2) 腐食は結晶粒界においてNi0 の生成ならびに Fe, - Cr, Mn の溶出を伴い進展することを示した。謝辞本研究は京都大学 本研究は京都大学・東京電力(株)共同研究の成 果の一部である。同時に、本研究は東北大学金属材 料研究所付属量子エネルギー材料科学国際研究セン ターとの共同研究による成果の一部である。162“ “軽水炉・シュラウドの表面硬化層における微細組織“ “末石 裕一郎,Yuichiro SUEISHI,香山 晃,Akira KHOYAMA,木下 博嗣,Hiroshi KINOSHITA,鳴井 實,Minoru NARUI,福元 謙一,Kenichi FUKUMOTO