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[NRIMNews1980-06.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/9002dda3-d8c4-49d1-b37f-614ff23086dc/download)

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坂内 富士男

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[金材技研ニュース 1980 No.6](https://mdr.nims.go.jp/datasets/aedcd192-4a60-47b1-835b-a7f910370170)

## Fulltext

金属技研ニュース　1980　No.6i〇一．出Eoo一一〇⊂ω⊂o．oo］100．o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－o呵o］一〇〇〕’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈ωEo．ゼ≧里三…ω…Z－ooω］o〕f←金属材料技術研究所ジルカロイー2被覆管の高温水腐食　軽水炉の運転では冷却材喪失のような重大事故には到らないが，通常の運転条件を一時的に越え安全系の作動で再び通常運転にもどるような機会の発生頻度は高いものと考えられる。このような機会の操つ返しと安全性の関係についての資料を得るため腐食防食研究部では炉外高温ループに設置したジルカロイー2被覆管に，核燃料の燃焼を模擬するために直接通電によってバーンアウト（焼損）までの熱流束（熱出力）をかえた場合の管の腐食挙動と，一次冷却水からのクラッド（腐食生成物）の付着状況について検討した。　温度300℃，圧力100kま／cm2，蒸気重量率（水蒸気と高温水の割合）8．2％，溶存酸素量約20ppmの流体が2．7m／secで流れる環境ではクラッド付着量と熱流束の大きさの関係は図のように熱流束が増しても付着するクラッド量は僅かしか増加しない。　被覆管の腐食量と熱流束の大きさの関係は金材技研ニュース，1977，κ5，1頁で示したように106kca1／m2hrまでは熱流束が増しても腐食量はほとんど変化ない。ところがそれ以上の熱流束になると腐食量は急激に増す。これは管表面のキズのような欠陥部の蒸気重量率が局部的に上昇するので伝熱効果が低下してその個所の温度が急激に上昇し，写真のようなバーンアウト（焼損）を起こすものと思われる。したがって，バーンアウトに対してはクラッドの付着が著しく加速するとは考えられず，むしろ被覆管表面の局部腐食，キズなどの影響をしらべる必要がある。　この研究結果は，原子炉の安全基準の設定や燃料被覆管の検査基準の設定などに役立つものと考えられる。辻汕吐上11トヘ　　　　　　　　　　○！　　　　　　／　　　　　○！○O1O彗　　104　　105　　10信　　107　　　　　　熱流束（kc．1／m2・hr）　　図　熱流束とクラッド厚さの関係キズからの割れll・・繍＼勅　　　φ禽勅　　悔・写コ　被覆管のパーンアウト部近傍の断面一1一希土類元素を含むマグネシウム合金の電池への応用について　マグネシウムの電気陰性度は，カルシウムやアルカリ金属に次いで高い。こういったマグネシウムの電気化学的性質は、すでに電気防食の面で活用されている。この原理は，被防食金属と，それよリも卑な電位をもつマグネシウムを水申あるいは地中で，単純に接統することによって得られる防食電流により，被防食金属を腐食から保護するというものである。そして，さらにこのような性質を利用した用途として期待されているのがマグネシウム電池である。これには海水電池とルクランシェ乾電池があリ、一部はすでに使用されている。これに用いられている陰極材はAZ61（Mg－6％A1－1％ZrO．2％Mn）あるいはAZ3正（M㌫3％Aト1％Zn－0．2％Mn）が多いが，これらは既存の構造用材料であつ，選定の理歯は明らかにされていない。非鉄金属材料研究部では，微量の希土類元素を含む加工性の優れたマグネシウム含金をとリあげ，電池への応用を考慮して，電気化学的性質と耐食性を調べ，マグネシウムの陰極材としての性能に及ぽす希土類元素添加の影響を検討した。　図1は，電解液（1．5M過塩素酸マグネシウム溶液にクロム酸カリウムを0．39／100m1添加）申に供試材を陰極として挿入し，陽極に黒鉛板を用いて定電流放電を行い，電流密度と陰極に発生する水素ガス量との関係を求めて示したものである凸電流密度30mA／cm2における陰極効率（全マグネシウム消費量に対する放電反応量の比）は，純マグネシウム，Mg－O．3％La含金およびMg－0．3％Ce5＾籏 ⑧Mg（99．9％以」；1）⑧一｝Eo4oo×Mg－0．3％L・AMg－O．3％C・X■1富o ▲言3 8） X×冬2 ム汕｝巾ぺ os1泳×▲）尺0o 10 2∩ 30 40 50　　　　　　1C　　　　　　20　　　　　　30　　　　　　40　　　　　　50　　　　　宛流密度（mA／om1）図1　電流密度と陰極における水葉ガス発生　　鑑＝との関イ系（室激〕含金でそれぞれ，69％，73％および75％であり，希土類元素の添加によリ陰極効率は大きくなる。　表1は，開路電位，閉路電位を，飽和甘禾電極（S．C．E．）に対する電極電位で示したものである。これよリ，希土類元素の添加によって，電位が卑に向かうことがわかる。開路電位を測定した後，電流密度15mA／cm2で放電を行ったところ，いずれの試料も，放電開始直後に電位が賀方向に変動する，いわゆる遅延硯象が認められた。しかし，遅延時間は短く，電池の構成上，支障はないと考えられる。電流を切ると，電位は再び卑方向への回復を示すが，その値は，放電敵の電位よリもさらに卑となる。これは，試料表面の皮膜が放電により破壊されることに基づく現象と思われる。皮膜の影響を受けない電位は，Mg－0．3％Ce含金，Mg－O．3％La含金および純マグネシウムでそれぞれ，一1．73V，一玉、62Vおよび一1．58Vであった。耐食性は，電解液に供試材を浸波した際，腐食にともなって発生する水素ガス鐙で半1j定した。その結果は，純マグネシウムに比べて希土類元素を含む各含金の耐食性は劣る。　総括すると、希土類元素を含むマグネシウム含金は，陰極効率，電極電位の立場からみて，使用時に電解液を注入する海水電池用としては十分使用し得る。しかし，乾電池蝦の陰極材としては，耐食性の繭での改善を微討する必要がある。マグネシウム電池は，原理においては比較的簡単であるにもかかわらず，高度な応燭技術分野から成り立っており，陰極材一つをとりあげても，今後に残された課題は多い。表1　闘路電イ立，閉路電位（2ぴ±O．1℃）開路電位（V） 閉路電位 闘路電位試　　　料（30min） （V） （V）（15mA／ （ピーク最大 最小 Cm2） 値）Mg－O．3％L・ 一1．50 一王．唾3 一1．42 一1．62Mg－O．3％Ce 一．56 一王．5三 一1．43 一玉、73Mg（99，9％以上） 一1I50 一1．42 一1．42 一1．58一2一高温破壊機構と余寿命予測　火力発電や原子炉などの高温機器の設計に際し使用される材料の実用条件下ではどのような種類の破壊が起こるか，前もって検討しておく必要がある。また稼動中の機器の寿命があとどの位あるか正確に推定することも機器の安全管理や経済的使用という観点から重要である。　クリープ試験部では，各種高温用材料について設計データを提供するため，長時間のクリープ破断試験を従来より行っているが，このデータと試料を用い，使用条件（温度及び応力）と破壊機構との関係を示す破壊機構領域図を作成している。さらに，この図から推定される実用的な条件下での破壊機構領域について，破壊を律速する因子を求め，それを定量的に把握し，余寿命予測の指標となるクリープ損傷の評価及び表示方法について検討している。　図1は蒸気タービンロータ用Cr－Mo－V鋼の高温破壊機構領域図である。温度や応力の条件により破壊の様相は1）破断延性が大きく，結晶粒が長く伸ばされて，ちぎれる粒内クリープ破壊，2）粒界にクラックを生じ，そのクラックが粒界に沿って進展し，きらに合体して破壊する破断延性の小さい粒界クリープ破壊，3）再結晶を起こし，軟化するため，破断延性が大きくなる再結晶延性破断の各領域に分けられる。しかし，Cr－Mo－V鋼の実用的な使用条件は粒界破壊の領域にある。　写真はクリープ中に生じたクリープキャビティを示す。クリープキャビティの多くは写真に示すように，粒界の炭化物の界面に生成し，粒界に沿って成長して行く。さらに他のキャビティとの合体などによりクラックとなり，粒界破壊の原因となる。キャビティができると試料の密度が減少するので，クリープ試験前後の密度の変化（△D／D）を精密に測定することによりキャビティ総量を把握できる。△D／Dを各温度，応力，及び時問でクリープさせた試料について測定し，キャビティの生成量に及ぼす各因子の影響を求めた結果，Cr－Mo－V鋼については次式で表わせることがわかった。　　一△D／D＝2．5×105εtσ3exp（一56000／RT）　ここでε：クリープ歪み，t1時問（h），σ：応　力（k4／mm2），R1ガス定数（cal・mol■1・k■王），　T：温度（K）　上式とクリープ設計線図より図2に示すキャビティ総量線図が得られる。この図から，密度変化を測定すれば使用材のクリープ損傷の程度がわかり，余寿命の推定も可能となる。　8060恒点只追　40昌ξ蔓20只僅　10　8　6　4㌔㌔一、二、㌔一　　　　粒内ク■」一プ破壊坤戸　　　　＼　　　　　　　　　　　　伽榊／一・：鵬　　伽4翰　　　　　　　・　　㌔．・　　　　　　　　　　　　　　“　　　　　㌧　　　　　　　　　　　そ、　　　　　　　　　・　亀ニ　　　　　　　　バー　　　　　　　　　　　　　瑚＝　　　　　　　　　　　　　一“　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　叫隷品担」昨破断　　　　　　　　　　　鴨　　　　　　　　　　　　　　　　　　3岬　　　　　　　　　　　　　　　　　H写真　クリープキャビティ（白く見える粒子は炭化物）4050図1500　　　　　　　　550　　　　　　　　600　　　　　　　　650　　　　温　　度　（皿C〕Cr－Mo－V鋼の高温破壊機構領域図550℃　30　　　　　　　　　㍉㌔ξ　　　　　　フ細物旭20只邊　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＼、　lO　　　　■凸％刈O－1O・O呈O・OヨO．l　O・20・512　㌔Ol　　　1O1　　　10・　　　工O1　　　　　　　　　時閉（止〕図2　クリープ損傷量としての密度変化（△D／D）　　　と破断時間一3一【科学技術庁長官当所を視察】　．昭和55年5月2日，長田科学技術庁長官が当所を視察した。　14時30分よリ17時にわたリ，主な施設や設備を視察し研究現況の説明を受けるかたわら職員を激励された。　　　　　　　　　　　　（＝σ真中央，長田長官）私の誇りとなる金材技研の滞在　　㌻㌣畠亙猛為絡景αS㎞㎜〕　　　　　　　　　　　　　今回，筑波支所の太刀』■1恭　　　　　　　　　　　　治博士のもとで研究する機全　　　　　　　　弧　　　　　　　　　　　　を得ましたのは私の永年の願　　　　　　　　　　　　望の達成でありました。過去　　　　　　　　　　　　数年間にわたり，私はずっと　　　　　　　　　　　　金材技研における太刀川1専土　　　　　　　　　　　　と共同研究者らの超電導材料　　　　　　　　　　　　に関する熱心な研究に注目し　　　　　　　　　㌧　　　　　　　　　　　j　　　　　　　　　　　lてまい■〕ました。それ故今回　　　　　　　　　　　　のインド国立科学アカデミー　　　　　　　　蟻　　　　　　　　　　　　（INSA）と日本学術振典会　　　　　　　　　　　　（JSPS〕との問の科学者交流計画によリ私が訪日できるようになった時の喜びは当然大きいものでした。　当研究所の研究設備と研究内容の充実、1～りは私の想像をはるかに越えるものでした。研究室はよく考えて整備されており，試料作製から特性試験まで一貨して必要な設備が整っており，一ガ，へ1」ウム液化機や世界で唯一の17．5テスラ強磁界超電導マグネットを見るのはまさに驚きでした。それと1司時にそれらの機械が，他の装置類も同様ですが，各人の研究活動にさしたる支障もなく研究者によって効率的に運営されているのを兇て大変感心しました。私の感じたところでは，研究者はきわめて熱心に各自の職務に没頭しており、さらに研究面では，目標に沿った各種の材料を取り上げ，見通しよく且つよく練られた研究方針に従って研究が実行されている様二rに強い印象を覚えました。近い将釆この研究部から超電導分野における革新的技術が生れることを信しております。篶二峯箏篶㍗黒ξ川博⊥の御指導と特に田中吉秋博士および研究老皆様方の御協力の賜物と有難く存じております。振り返ってみると，ニヱ㍗鴛鴛㍗鴛ぷf㌫，1鮒讐箏讐1二篶擦11箏1近の研究機関からも情報と知識を得られるよう’尽力下さり感謝に絶えません。　貴研究所を去るに当り，荒木透所長および太刀川1尊士に対して温かいもてなしと金材披研における研究のために特別の機会を与えられたことを感謝申し上げます。また，木村支所長，樋口管埋課長をはじめ筑波支所の皆様には数々の御親切な御世話を頂き厚くお礼串し上げます。特に経験豊寓で真撃な人柄の田中博士には種々御世話になり，感謝の言葉もありません。また，趨電導研究室の皆様に対しても，終始変りなく友好的に手肋けして頂き心より感謝申し上げますと同時に滞在中何かと御迷惑をおかけしたことをお詫ぴ申し上げます。　最後に日本学術振興会に対して滞在中の御世話と，特に加藤及び大野両氏の直接の御援助に対し深く感謝申し上げます。◆短信◆●受　賞　　本多書己念研究奨励賞　小野寺秀博　鉄鋼材料研究部研究員「加工誘発マルテンサイト変態に関する研究」に対し昭和55年5月12日表彰を受けた。好評だった　中学生のための　　金属教室　科学枝術週間行事にちなみ4月19日，地域の中学生を対象に「中学生のための金属教室」を実施した。閉末冶企の閉明を受ける中学生編集兼発行人印　　　　昴1」　通巻　第258号　　　　　坂内富士男株式会社三典印刷東京都新宿区信濃町12電話　東京（03）359－3811（代表）発行所　科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京都目黒区中目黒2丁目3番12号　　　　　　　電話　東京（03）719－2271（代表）　　　　　　　郵便番号　153一4一