スピノーダル分解に着目した軽水炉における低炭素ステンレス銅溶接部のSCC機構解明

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あらかじめ成分を調整した溶接フィラーを用いて2種類のSUS316L溶接試料を作製し、それらの溶接組織および化学組成・成分分布について詳細なキャラクタリゼーションを行うと共に、高温水中SCC発生・進展試験を行い、溶融境界近傍におけるき裂進展挙動に及ぼす微視組織の影響を明らかにした。特に、き裂先端およびその周辺において形成される酸化物および溶融境界近傍の組織的特徴に着目し、溶融境界近傍におけるSCCき裂進展遅延メカニズムを解明した。さらに、δ-フェライトのスピノーダル分解に着目し、低温時効を受けた材料におけるSCC進展メカニズムの成立性についても考察した。1.SUS316L溶接試料のpartially melted zoneの粒界において、またSUS316NG溶接試料のunmixed zoneのγ-γ界面において島状δ-フェライトが分布していた。一方、き裂は母材においてはIGSCCで、溶接金属においてはIDSCCで進展することから、どちらの溶接試料においても溶融境界近傍においてき裂進展経路上に島状δ-フェライトが存在することが明らかになった。2.き裂は母材で発生し、粒界を経路として溶接金属に向かって進展する。一方、partially melted zoneにおいてき裂の進展経路上(粒界)に島状のδ-フェライトが存在する。き裂がδ-フェライトに達した際に、δ-フェライトの一部が酸化されてき裂先端でCr_2O_3が形成される。これが酸素の拡散障壁として働き、き裂前方での固相酸化反応が抑制され、結果としてき裂が停留する。き裂停留後、き裂はδ-フェライトを迂回してから再び粒界を進展するが、次のδ-フェライトに遭遇する。これを繰り返すことにより、溶融境界近傍においてSCCき裂の進展遅延が起こる。3.335℃・13200時間時効材においても、溶融境界近傍を進展するき裂の大部分において、その先端がδ-フェライトに達したところに位置していたため、本研究で明らかにしたき裂進展遅延メカニズムは、低温時効を受けた材料においても成立することが明らかになった。