圧延及び熱時効した FeCu モデル合金の脆化と磁気特性
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カテゴリ: 第2回
1.緒言
原子力発電プラントの運転期間延長に伴い、高経年 化した機器構造物の維持管理や健全性評価に関する技 術開発が求められている。特に、原子炉圧力容器の照 射脆化を把握するために行われているシャルピー衝撃 試験(破壊試験)について、炉内に装荷された監視試 験片の不足が懸念されている。その対策技術として、 磁気的非破壊評価技術を提案する。圧力容器鋼は中性子照射により転位ループや Cu 析 出物などの損傷組織を形成する[1]。これらの格子欠陥 の形成により脆化が進み、延性-脆性遷移温度(DBTT) が上昇する。これらの照射損傷と磁気的物理量の相関 を明らかにするための模擬実験として、本研究ではFeCu モデル合金を冷間圧延及び熱時効することで、転 * 位組織や Cu 析出物を含む照射脆化を模擬した試料を 作製し、シャルピー衝撃特性と磁気特性の関係を調べ た。
2. 実験方法
Fe-1wt%Cu試料を 850°Cで10時間均一化処理を施し た後、水急冷して過飽和固溶体を作製した。この試料 を 500°Cで熱時効した際の、マイクロビッカース硬度 と時効時間の関係を Fig. 1 に示す。時効時間とともに
Cu 析出物の形成により硬度が上昇し、約 1000 分後に ピークをとった。本実験では硬度が最大となる1000 分 間熱時効した試料を機械特性・磁気特性評価用の試料 とした。また、転位組織の効果を検討するため、均一 化・水急冷後、圧延率 40%で冷間圧延した試料を作製 した。 * 3 種類の試料(未処理材、圧延材、熱時効材)の機 械特性評価として、硬度測定およびシャルピー衝撃試 験を行った。衝撃試験は 2mm-V ノッチのシャルピー試 験片(JIS Z 2202)を用い、-30°Cから 80°Cの範囲で各温度 3本の試験片を用いて試験を行った。磁気特性評価としてヒステリシス・メジャーループ 測定を行った。複雑な反磁界の効果を排除するために、 本実験ではリング状試料(外径 18mm、内径 12mm、厚 さ 2mm)を用いた。励磁用コイルを 80 巻、検出用コ イルを 160 巻きし、最大電流 2.8A、周波数 0.1Hz の三 角波電流により磁界を発生させ、その際検出される誘Vickers hardness (HV)11010000100 1000 Aging time (min)一1010000100 1000 Aging time (min)Fig. 1 Vickers hardness as a function of aging time.173導起電力を AD 変換器によりデジタル化し積分するこ とで、BH 曲線を得た。3. 結果及び考察- Fig. 2 に衝撃試験の結果を示す。圧延及び熱時効によ り吸収エネルギー曲線が高温側にシフトして脆化した。 DBTT は、未処理材が 0°C、圧延材が 23°C、熱時効材 が 68°Cであった。Fig.3にメジャーループ測定により得られたBH 曲線 と保磁力付近の拡大図を示す。圧延および熱時効によ り 1000A/m 以上の磁場範囲で磁化が飽和しにくくなっ ており、特に圧延材でその傾向が顕著である。未処理 材に対していずれの試料も保磁力が増加した。衝撃特性および磁気特性評価の実験結果をもとに、 DBTT と保磁力の関係を Fig. 4 に整理した。未処理材100B TOTTTrs%3DHCMe... F TIs=GTC(%)(%) FIAAIRE34000 FATE SIC300+TE=68C(a) Non-treatedAME (b) Thermal-agediitterline |???????????吸収エネルキーの1-30-20-1001020102040600Fig. 2Temperature dependence of the absorption energy.Evol.20, (2004) pp.409-412.Non-treated90Cold-rolled Thermal-aged(a) Cold-rolling(b) Thermal-agingMagnetic flux density (T)Coercivity (A/m)Coercivity (A/m)Non-treated /Thermal-aged2 Cold-rolled-202000200400toaH (A/m)60o-400020 - 30 700 20 40 60 80 | DBTT (°C)DBTT (°C)-20000_ 20004000Magnetic field (Alm)Fig. 3B-H curves of FeCu alloys.Fig. 4Correlation between DBTT and coercivity.と圧延材を比較した結果を Fig. 4 (a)に、未処理材と熱 時効材を比較した結果を Fig. 4 (b)にまとめた。いずれ の場合も、DBTT が上昇すると保磁力が増加すること がわかった。遷移温度に対する保磁力の変化量の割合 は圧延材の方が大きかった。圧延では転位密度の上昇 が、熱時効では Cu析出物の形成が脆化を引き起こす。 この脆化メカニズムの違いを反映して、保磁力の変化 量に違いが生じたと考えられる[2]。4.結言Fe-1wt%Cu 合金を圧延・熱時効した脆化模擬材を作 製した。延性-脆性遷移温度の上昇とともに保磁力が増 加し、延性-脆性遷移温度と磁気的物理量の間に相関が あることを明らかにした。辞 本研究は原子力安全基盤調査研究「原子炉圧力容器 岡の磁気的非破壊検査技術に関する研究」の成果の一 部である。参考文献1] 福谷耕司, 大野勝巳,中田早人, 原子炉圧力容器鋼の照射組織変化, INSS Monographs No.1, 2001, pp.1-5. 2] 鎌田康寛,中野朋和, 高橋正氣, 荒克之, 菊池弘昭, * 越後谷淳一,八重樫光,“冷間圧延鋼のシャルピー衝撃特性と磁化特性の相関”, 日本応用磁気学会誌, Vol.28, (2004) pp.409-412.74“ “圧延及び熱時効した FeCu モデル合金の脆化と磁気特性“ “鎌田 康寬,Yasuhiro KAMADA,高橋 正氣,Seiki TAKAHASHI,荒 克之,Katsuyuki ARA,菊池 弘昭,Hiroaki KIKUCHI,小林 悟,Satoru KOBAYASHI
原子力発電プラントの運転期間延長に伴い、高経年 化した機器構造物の維持管理や健全性評価に関する技 術開発が求められている。特に、原子炉圧力容器の照 射脆化を把握するために行われているシャルピー衝撃 試験(破壊試験)について、炉内に装荷された監視試 験片の不足が懸念されている。その対策技術として、 磁気的非破壊評価技術を提案する。圧力容器鋼は中性子照射により転位ループや Cu 析 出物などの損傷組織を形成する[1]。これらの格子欠陥 の形成により脆化が進み、延性-脆性遷移温度(DBTT) が上昇する。これらの照射損傷と磁気的物理量の相関 を明らかにするための模擬実験として、本研究ではFeCu モデル合金を冷間圧延及び熱時効することで、転 * 位組織や Cu 析出物を含む照射脆化を模擬した試料を 作製し、シャルピー衝撃特性と磁気特性の関係を調べ た。
2. 実験方法
Fe-1wt%Cu試料を 850°Cで10時間均一化処理を施し た後、水急冷して過飽和固溶体を作製した。この試料 を 500°Cで熱時効した際の、マイクロビッカース硬度 と時効時間の関係を Fig. 1 に示す。時効時間とともに
Cu 析出物の形成により硬度が上昇し、約 1000 分後に ピークをとった。本実験では硬度が最大となる1000 分 間熱時効した試料を機械特性・磁気特性評価用の試料 とした。また、転位組織の効果を検討するため、均一 化・水急冷後、圧延率 40%で冷間圧延した試料を作製 した。 * 3 種類の試料(未処理材、圧延材、熱時効材)の機 械特性評価として、硬度測定およびシャルピー衝撃試 験を行った。衝撃試験は 2mm-V ノッチのシャルピー試 験片(JIS Z 2202)を用い、-30°Cから 80°Cの範囲で各温度 3本の試験片を用いて試験を行った。磁気特性評価としてヒステリシス・メジャーループ 測定を行った。複雑な反磁界の効果を排除するために、 本実験ではリング状試料(外径 18mm、内径 12mm、厚 さ 2mm)を用いた。励磁用コイルを 80 巻、検出用コ イルを 160 巻きし、最大電流 2.8A、周波数 0.1Hz の三 角波電流により磁界を発生させ、その際検出される誘Vickers hardness (HV)11010000100 1000 Aging time (min)一1010000100 1000 Aging time (min)Fig. 1 Vickers hardness as a function of aging time.173導起電力を AD 変換器によりデジタル化し積分するこ とで、BH 曲線を得た。3. 結果及び考察- Fig. 2 に衝撃試験の結果を示す。圧延及び熱時効によ り吸収エネルギー曲線が高温側にシフトして脆化した。 DBTT は、未処理材が 0°C、圧延材が 23°C、熱時効材 が 68°Cであった。Fig.3にメジャーループ測定により得られたBH 曲線 と保磁力付近の拡大図を示す。圧延および熱時効によ り 1000A/m 以上の磁場範囲で磁化が飽和しにくくなっ ており、特に圧延材でその傾向が顕著である。未処理 材に対していずれの試料も保磁力が増加した。衝撃特性および磁気特性評価の実験結果をもとに、 DBTT と保磁力の関係を Fig. 4 に整理した。未処理材100B TOTTTrs%3DHCMe... F TIs=GTC(%)(%) FIAAIRE34000 FATE SIC300+TE=68C(a) Non-treatedAME (b) Thermal-agediitterline |???????????吸収エネルキーの1-30-20-1001020102040600Fig. 2Temperature dependence of the absorption energy.Evol.20, (2004) pp.409-412.Non-treated90Cold-rolled Thermal-aged(a) Cold-rolling(b) Thermal-agingMagnetic flux density (T)Coercivity (A/m)Coercivity (A/m)Non-treated /Thermal-aged2 Cold-rolled-202000200400toaH (A/m)60o-400020 - 30 700 20 40 60 80 | DBTT (°C)DBTT (°C)-20000_ 20004000Magnetic field (Alm)Fig. 3B-H curves of FeCu alloys.Fig. 4Correlation between DBTT and coercivity.と圧延材を比較した結果を Fig. 4 (a)に、未処理材と熱 時効材を比較した結果を Fig. 4 (b)にまとめた。いずれ の場合も、DBTT が上昇すると保磁力が増加すること がわかった。遷移温度に対する保磁力の変化量の割合 は圧延材の方が大きかった。圧延では転位密度の上昇 が、熱時効では Cu析出物の形成が脆化を引き起こす。 この脆化メカニズムの違いを反映して、保磁力の変化 量に違いが生じたと考えられる[2]。4.結言Fe-1wt%Cu 合金を圧延・熱時効した脆化模擬材を作 製した。延性-脆性遷移温度の上昇とともに保磁力が増 加し、延性-脆性遷移温度と磁気的物理量の間に相関が あることを明らかにした。辞 本研究は原子力安全基盤調査研究「原子炉圧力容器 岡の磁気的非破壊検査技術に関する研究」の成果の一 部である。参考文献1] 福谷耕司, 大野勝巳,中田早人, 原子炉圧力容器鋼の照射組織変化, INSS Monographs No.1, 2001, pp.1-5. 2] 鎌田康寛,中野朋和, 高橋正氣, 荒克之, 菊池弘昭, * 越後谷淳一,八重樫光,“冷間圧延鋼のシャルピー衝撃特性と磁化特性の相関”, 日本応用磁気学会誌, Vol.28, (2004) pp.409-412.74“ “圧延及び熱時効した FeCu モデル合金の脆化と磁気特性“ “鎌田 康寬,Yasuhiro KAMADA,高橋 正氣,Seiki TAKAHASHI,荒 克之,Katsuyuki ARA,菊池 弘昭,Hiroaki KIKUCHI,小林 悟,Satoru KOBAYASHI