低放射化バナジウム合金の高温強度向上と低温照射脆化抑制の両立

实现低活化钒合金的高温强度提高和低温辐照脆化抑制

• 批准号: 15K18308
• 负责人: 宮澤 健
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15K18308/
• 关键词: 核融合炉; 低放射化材料; 材料強度; 照射損傷; バナジウム合金

低放射化バナジウム合金V-4Cr-4Tiの高温強度向上と低温照射脆化抑制の両立を図るため、微量Y添加と高Cr化を組み合わせたV-(6, 10)Cr-4Ti-0.15Yを試作した。高温強度と低温脆性を評価するためにそれぞれ高温引張試験とシャルピー衝撃試験を実施した。その結果、V-10Cr-4Ti-0.15YはV-4Cr-4Tiと同程度の高温強度を有し、過去のV-10Cr-4Tiと比較して良好な低温衝撃特性を示した。高Cr化による固溶強化によって微量Y添加による高温強度の低下を補うことができると示唆された。V-10Cr-4Ti-0.15Yの加工プロセスでは中間焼鈍処理が必要になったことから、Y添加合金においても高Cr化により圧延加工性は劣化する。圧延加工性を損ねること無くVを強化する方法としてTa添加に着目した。V-4Cr-4Tiは優れた低温脆性を有することから、最適な合金組成として位置付けられている。そこで、低温脆性を損ねることが無い許容範囲内において、Vの合金成分の一部をTaで置換することで、V-4Cr-4Tiの更なる高温高強度化を試みることを目的とした。アーク溶解炉にて(V,Ta)-4Cr-4Tiを試作した。溶解後のインゴットは冷間圧延が可能であったことから、Ta置換は加工性を損ねること無く、V-4Cr-4Tiを強化できると言える。引張試験の結果から、室温及び高温においてTa量を増やすに従い、強度は上昇する傾向がある。しかしながら、Taを15at%置換した(V85,Ta15)-4Cr-4Tiは室温での伸びが著しく低下した。微細組織観察から、(V92,Ta8)-4Cr-4TiではV-4Cr-4Ti合金と類似した析出物が観察されたが、(V85,Ta15)-4Cr-4Tiでは析出物が非常に多く、組織一面に観察された。これらの多量な析出物が延性を低下させた原因であると考えられる。また、過度な材料強化は低温脆化を促進させるため、今後はシャルピー衝撃特性とクリープ特性を評価することで、最適なTa量を求める必要がある。

为了提高低活化钒合金V-4Cr-4Ti的高温强度并抑制低温辐照脆化，我们开发了V-(6, 10)Cr-4Ti-0.15Y，它结合了少量我制作了一个原型。进行高温拉伸试验和夏比冲击试验分别评价高温强度和低温脆性。结果，V-10Cr-4Ti-0.15Y具有与V-4Cr-4Ti相当的高温强度，并且与之前的V-10Cr-4Ti相比表现出更好的低温冲击性能。有人认为，由于添加微量Y而导致的高温强度下降可以通过增加Cr含量进行固溶强化来补偿。由于V-10Cr-4Ti-0.15Y的加工过程中需要进行中间退火处理，因此即使在添加Y的合金中，由于高Cr，轧制加工性也会恶化。我们重点关注添加 Ta，以增强 V 强度，同时又不影响轧制加工性。 V-4Cr-4Ti具有优异的低温脆性，因此被定位为最佳合金成分。因此，我们的目的是在不损害低温脆性的允许范围内，通过用Ta替代部分V的合金成分来进一步提高V-4Cr-4Ti的高温强度。 (V,Ta)-4Cr-4Ti 在电弧熔炼炉中原型制作。由于熔炼后的钢锭可以进行冷轧，因此可以说Ta置换能够在不损害加工性的情况下强化V-4Cr-4Ti。从拉伸试验的结果来看，在室温和高温下，随着Ta含量的增加，强度有增加的趋势。然而，其中Ta被15at％取代的(V85，Ta15)-4Cr-4Ti在室温下的伸长率显着降低。显微组织观察发现，在(V92，Ta8)-4Cr-4Ti中，观察到与V-4Cr-4Ti合金相似的析出物，但在(V85，Ta15)-4Cr-4Ti中，析出物非常多，显微组织全程观察。认为这些大量的析出物是延展性降低的原因。此外，过度的材料强化会促进低温脆化，因此今后有必要通过评估夏比冲击性能和蠕变性能来确定最佳Ta含量。