INSS JOURNAL Vol . 22 2015 NT 592

PWR 一次系模擬水中における照射ステンレス鋼の腐食挙動その２
Corrosion of irradiated stainless steels in simulated PWR primary water
（2）
福村
藤井

卓也（Takuya Fukumura）＊1
克彦（Katsuhiko Fujii）＊1
橘内

福谷
三浦

耕司（Koji Fukuya）＊1

照光（Terumitsu Miura）＊1

裕寿（Yuji Kitsunai）＊2

要約
照射材の腐食挙動を把握することを目的として中性子照射された SUS316 ステンレス鋼
を PWR 一次冷却材模擬環境中で腐食試験し，照射や応力が腐食に及ぼす影響を調べた．材料は最大 73 dpa 照射されたフラックスシンブルチューブである．O-ring 試験片に加工後，320℃ PWR
一次系模擬水中で一定荷重を負荷して腐食試験を行った．腐食試験後，表面の腐食状況と粒界酸化状況を表面 SEM 観察と断面 TEM 観察により調べた．酸化膜の基本的な構造は，照射と応力負荷の有無によらず，Cr リッチな内層酸化膜と Fe および Ni リッチな外層酸化膜の２層構造であった．内層酸化膜の厚さは照射量が大きい方が厚く，照射により腐食が促進されることを確認した．
照射材で５か所の粒界を観察し，その全てに粒界酸化が確認された．酸化した粒界では Cr や Siの濃化，粒界酸化の前方では Ni の濃化と Fe の減少といった組成変化が観察された．粒界酸化の長さは照射量が大きい方が長く，照射により粒界酸化が促進されることが示唆された．照射材の内層酸化膜厚さは，応力を負荷した部分の方が応力を負荷していない部分より厚い傾向が見られ
た．
キーワード

照射誘起応力腐食割れ，ステンレス鋼，腐食，加圧水型原子炉，粒界酸化，応力促進酸化Abstract
In order to understand the corrosion behavior of irradiated material, the eﬀects
of irradiation and stress on corrosion behavior of stainless steels irradiated in a PWR were
investigated using corrosion tests in simulated PWR primary water. Flux thimble tubes
irradiated up to 73 dpa maximum were used for test materials. After being manufactured intoO-ring specimens, the O-ring specimens were compressed under constant load and exposed insimulated PWR primary water at 320℃. After the corrosion tests, surface oxidation and grainboundary oxidation of the specimens were investigated with surface SEM and cross-sectional
TEM observations. The basic structure of the oxide ﬁlm was the same in both the presence
and absence of irradiation and stress load, and consisted of Cr-enriched inner layer and Fe- andNi-enriched outer layer. The thickness of the inner oxide layer in the high dose specimens was
thicker than that of the low dose specimens, conﬁrming that irradiation promoted corrosion.
Grain boundary oxidation was conﬁrmed in all 5 types of grain boundaries in the specimens.
Cr- and Si-enrichment at oxidized grain boundaries and Ni-enrichment and Fe depletion in frontof the grain boundaries were observed. The oxidation length along grain boundaries in the highdose specimens was longer than that of the low dose specimens, suggesting that irradiation
promoted grain boundary oxidation. The inner layer formed on the stress loaded part was
thicker tendency than the non-stress part.
Keywords

irradiation assisted stress corrosion cracking, stainless steel, corrosion, PWR,
grain boundary oxidation, stress assisted corrosion

1. はじめに

腐 食 割 れ（Irradiation Assisted Stress Corrosion
Cracking , IASCC） が あ る．IASCC は 高 温 水 中

軽水型発電用原子炉の炉内構造物の高経年化にで中性子照射されたステンレス鋼に発生する粒界対する重要な技術的問題のひとつに照射誘起応力

割れである．海外の加圧水型原子炉（Pressurized＊ 1 （株）
原子力安全システム研究所 技術システム研究所＊ 2 日本核燃料開発株式会社

INSS JOURNAL Vol . 22 2015 NT 5

93

Water Reactor, PWR） で は IASCC の 事 例 と し（Transmission Electron Microscope, TEM） 等 でてバッフルフォーマボルト（Baﬄe Former Bolt,

観察し，酸化膜や酸化した粒界の性状について照射

BFB）の損傷が知られており，IASCC 発生条件やと応力の影響を調べた．

発生機構について研究が行われている（1）．
BFB は実機で 60 年運転すると 60 dpa 程度の多量

2. 試験方法の中性子照射を受ける．実機の保全対策を確立するためには，高照射領域を含めた IASCC 挙動を十2.1 試験材分把握することが重要である．そのため 60 dpa を超える中性子照射を受けた試験材として，中性子試験材は PWR で使用された SUS316 ステンレス

束が高い燃料領域で照射された，BFB と同じ 316 ス

鋼製 FTT である．化学成分を表１に，照射条件を

テンレス鋼の冷間加工材であるフラックスシンブル

表２に示す．FTT は1038-1077℃で溶体化処理され，チューブ（Flux Thimble Tube, FTT）が広く研究

最終冷間引抜により肉厚を 15％薄くする加工が施に用いられている．

されたものであり，その内径と外径はそれぞれ 5.1

IASCC は SCC の発生要因である材料，環境，応力に照射の影響がそれぞれ加わった複雑な現象であmm と 7.6 mm である．また，比較のため未照射材
も試験材とした．

る．中性子照射により材料内に多量の欠陥（転位
表１

ループやキャビティ，析出物）や粒界偏析（Cr 欠

試験材の化学成分
単位：重量％

乏，Ni 濃化等）が生じるため，これらが腐食挙動（表面酸化膜性状，粒界酸化状況）に影響すると考えられる．このためメカニズム解明には，照射材の機械

C

Si

Mn

Mo

Fe

0.04

0.62

1.63 0.022 0.006 12.61 16.94 2.22

Bal.

的性質の変化とともに，高温水中での腐食挙動の理

表２解が重要と考えられる．
これまで未照射のステンレス鋼の腐食挙動については多くの研究がなされており，PWR 一次冷却材
環境では酸化膜は内層と外層の 2 層構造であること
（2）
（3）
,

，
内層，
外層ともにスピネル構造で内層は Cr リッ

P

試験材名称

S

Ni

Cr

試験材の照射条件

照射量 照射量 照射速度 照射温度（dpa） （n/m2） （dpa/s） （℃）

3 dpa 照射材

3

5.2 × 1025 8.7 × 10-9
26

-8

323

19 dpa 照射材

192.9 × 10

4.8 × 10323

73 dpa 照射材

73

1.1 × 1027 1.5 × 10-7297

チな酸化物であり，外層は Fe と Ni リッチな酸化物,，酸化膜厚さに母材の Cr 濃度依存であること（2）（3）,があることなどが報告さ性（2）や水質の依存性（4）（5）2.2 腐食試験

れている．一方，照射材についてはイオン照射材や核融合炉材を用いた腐食試験により，照射が腐食を
（6）
（
‑ 8）

チューブ状の FTT 材から 2 mm 幅のリング状試されているが，軽水炉の験片を切り出し，試験片を作製した．試験片の切断

照射材を用いた腐食挙動のデータは少ない．そのた

面を機械研磨とバフ研磨により鏡面仕上げとした．

促進することが報告（9）では最大 73 dpa まで照射した FTT 材

試験片に圧縮変形により直径方向に一定荷重を負を用い，PWR 一次冷却材模擬環境中で腐食試験を荷するために，図１に示すように位置決め用の治具

行い，照射材で腐食が促進されることや粒界酸化がに固定し，治具に入った試験片２個を直列に配置し，観察されることを報告した．

試験片上部の板を下方へ引っ張ることにより圧縮変め，前報

しかし，照射材の PWR 一次冷却材中の研究例は少なく，照射材の腐食に及ぼす応力の影響についても調べた例はない．

形を加えた．
試験片の応力分布を有限要素法（FEM）により解析した結果を図２に示す．試験片上部を 0°とし，そのため，本研究では照射材の腐食挙動をより時計回りに 90°，180°，270°とすると引張応力は試深く把握することを目的として，中性子照射され験片外周側の 90°および 270°位置と試験片内面側 0°

た FTT 材に応力を負荷した状態で腐食試験を実および 180°位置が高い．90°，270°と 0°，180°の引施し，粒界や酸化膜を走査電子顕微鏡（Scanning

張応力部を比較すると，0°および 180°位置は引張Electron Microscope, SEM） や 透 過 電 子 顕 微 鏡

応力のかかる範囲が小さいこと，過去の定荷重試験

INSS JOURNAL Vol . 22 2015 NT 594

では外周側からき裂が発生していること，0°および180°位置では試験片と治具の接触点から近いことを考慮し，90°および 270°位置の外周側に着目することとした．
過去に行われた研究（10）より，IASCC 発生の応力下限は約 400 MPa と考えられる．外周側のき裂の試験片発生を避けた上で極力高い応力負荷を目指し，90°
および 270°位置の荷重方向（0°‑180°方向）の引張

位置決め

応力の最大値が 400 MPa（FEM 解析値）となるよ用の治具

う負荷荷重を設定した．
ロードセルにて荷重を測定し，試験片に一定荷

水流

可動部

重負荷した状態で PWR 一次系模擬水環境に 1149
時間浸漬した．試験温度は 320℃，溶存水素濃度は，ほう酸濃度は 500
2.7 ppm（30 cc・STP/kg-H2O）
ppm as B，水酸化リチウム濃度は 2 ppm as Li，溶荷重

存酸素濃度は 1 ppb 以下とした．オートクレーブの
容量は 1.3 × 10-3 m3 であり，循環流量は 2 × 10-5 m3/
分とした．

図１

試験片への荷重負荷イメージ

2.3 腐食試験片の観察および分析

0°荷重
腐食試験後，デジタルマイクロスコープによる外観観察，SEM による表面観察を行った．SEM による表面観察をもとに断面観察箇所を決定し，集

270°

90°

束イオンビーム（Focused Ion Beam, FIB）加工装置を用いてトレンチ状の断面加工を施し，SEM による断面観察を実施した．SEM による断面観察をもとに TEM による断面観察と , エネルギー分散型

03D

180°

03D

03D

X 線分光（Energy Dispersive X-ray Spectrometer,
EDS）分析箇所を決定し，FIB 加工により 100 nm程度まで薄膜化した TEM 試料を作製し，TEM 観（1）荷重方向応力

察と EDS 分析を行った．

3. 試験結果
表面 観察
部位 例

3.1 表面腐食状況

外周部

腐食試験後のデジタルマイクロスコープによる試
中央 部

験片外観写真を図３に示す．いずれの試験片表面も酸化物形成によると考えられる茶褐色を呈しており，未照射材より照射材の方が色は濃かった．過 03D

 03D

去に実施した応力を負荷しない腐食試験（9）も未照
射材より照射材の方が皮膜の色が濃く，同じ傾向（2）荷重と垂直方向応力

図２

試験片応力分布解析結果であった．19 dpa と 73 dpa 照射材に色調の違いは観察されなかった．3 dpa 照射材はもっとも黒みがINSS JOURNAL Vol . 22 2015 NT 5

荷重

0°

95

側の応力は負荷され続けたが，腐食試験の期間に変動していた可能性がある．
き裂形状を模擬し，試験終了時における応力を

未照射材

270°

90°

3dpa照射材

FEM 解析により評価した結果，90°および 270°位
置外周部では当初の 400 MPa に比べて応力の値は低下していたが，試験終了時においても 19 dpa お180°

よび 73 dpa 照射材でそれぞれ 330 MPa および 150
MPa の応力が負荷されていたと評価された．また，中央部では試験終了時において 19 dpa および 73

19dpa照射材

73dpa照射材

dpa 照射材でそれぞれ 300 MPa および 70 MPa の引張応力が負荷されていたと評価された．試験終了時においても 19 dpa および 73 dpa 照射材の外周部の引張応力は中央部より高いと評価されたが，き裂進

図３

デジタルマイクロスコープによる外観観察（き裂発生個所を○で示す）

展中の応力履歴が不明なため，照射材の腐食挙動に及ぼす応力の影響の評価については，3 dpa 照射材を用いた．

かっていた．同一試験片内で茶褐色の色むらが若干

SEM による試験片表面腐食状況の部位（外周部見られたが，試験片内応力分布との明確な関係は見と中央部）
および照射量の違いの比較を図４に示す．

られなかった．なお，未照射材の上部にみられる白試験開始時にはいずれの照射量でも外周部で図の上い部分は試験後のハンドリングでついた傷である．
未照射材と 3 dpa 照射材にはき裂は見られないが，19 dpa および 73 dpa 照射材にはき裂が観察された．き裂の位置を図３中に赤い○で示す．19 dpa
照射材のき裂は４か所であり，その位置は図 3 に

P

示す 0°および 180°近傍内面側に各１個と 80°および280°近傍外周側に各１個である．73 dpa 照射材の（1）未照射材外周部（5）未照射材中央部（2）3 dpa 照射材外周部（6）3 dpa 照射材中央部（3）19 dpa 照射材外周部（7）19 dpa 照射材中央部（4）73 dpa 照射材外周部（8）73 dpa 照射材中央部

き裂は４か所であり，その位置は 0°および 180°近傍内面側に各１個と 80°および 260°近傍外周側に各１個である．き裂の長さはいずれも約1 mm であり，き裂の長さに照射量や発生位置による明確な違いは観察されなかった．
内面側のき裂発生位置は，荷重方向の最大引張応
力位置と考えられる位置である．外周部のき裂発生
位置は，1/4 分割の対称性を考えると約 80°の位置に集中している．この位置は応力解析の結果から考えられる外周部での最大引張応力位置（90°および180°）からずれているが，外観観察からはき裂発生につながる特異性は観察されなかった．
19 dpa および 73 dpa 照射材の荷重，変位のトレ
ンドにはき裂の発生を特定できるような明確な変動はなく，き裂の発生時期は不明であるが，試験終了まで変位が暫増傾向にあり，荷重は負荷され続けていたと考えられる．き裂は応力の高い内面側から発生し，定荷重が負荷され続けたため，き裂の進展に伴い試験片が変形し，応力の再分配が起こり，外周

図４

表面腐食状況の部位および照射量の比較

INSS JOURNAL Vol . 22 2015 NT 596

下方向にのみ 400 MPa の引張応力が負荷されてい3.2 酸化膜性状および厚さた．
いずれの試験片においても外周部と中央部で明確

未照射材，3 dpa および 73 dpa 照射材のそれぞれな腐食状況の違いは観察されず，少なくとも未照射

外周部および中央部の合計６か所について SEM に

材と 3 dpa 照射材からは 400 MPa の引張応力の有無

よる断面観察を行った．観察断面の方向は荷重方向による表面の腐食状況への明確な影響は観察されなと平行となるようにした．未照射材と 3 dpa 照射材

かった．

の酸化膜は非常に薄く，厚さは 100 nm 以下であっ

また，いずれの試験片においても表面に腐食生成た．73 dpa 照射材の酸化膜は未照射材や 3 dpa 照射物と考えられる 2 µm 以下の粒子が観察された．未材に比べて厚く，100 nm 以上の厚さの酸化膜が観照射材と 3 dpa 照射材では比較的小さな粒子で覆わ察された．3 dpa 照射材で酸化膜厚さに応力の有無

れており，19 dpa および 73 dpa 照射材では大きなによるによる明確な違いは観察されなかった．

粒子の割合が多かった．粒子による覆われ方に関し

3 dpa 照射材の中央部および外周部，73 dpa 照ては未照射材と 3 dpa 照射材間で明確な違いが見ら

射材の中央部および外周部の合計４か所についてれず，19 dpa と 73 dpa 照射材間でも明確な違いは

TEM による断面観察を行った．TEM による断面見られなかった．このことは 3 dpa を超える照射量

観察結果をまとめて図５に示す．

で腐食が促進されるが，19 dpa を超える照射量で3 dpa 照射材では中央部，外周部ともに 100 nm

は照射による腐食の促進効果がほぼ飽和している

以下の非常に薄い酸化膜が，73 dpa 照射材では中か，小さい可能性がある．

央部，外周部ともに 3 dpa 照射材より厚く，200 nm
程度の厚さの酸化膜が SEM 同様に観察された．
3 dpa 照射材中央部には２か所の粒界と双晶が，

粒界

双晶

P
（1）3 dpa照射材中央部

双晶（2）3 dpa照射材外周部

粒界
粒界（3）73 dpa照射材中央部

粒界

粒界（4）73 dpa照射材外周部
図５

TEM 断面観察結果

INSS JOURNAL Vol . 22 2015 NT 5

97

外層
平滑な境界

層
内層
酸化
粒界

粒界
酸化

QP（1）3 dpa 照射材中央部（2）73 dpa 照射材中央部

図6

粒界酸化部の Z コントラスト像

外周部には１か所の双晶が観察され，73 dpa 照射

3.3 粒界酸化材中央部と外周部にはそれぞれ２か所の粒界が観察された．3 dpa 照射材中央部と 73 dpa 照射材中央部

図６に示すように，TEM 断面観察で粒界酸化がの粒界を含む断面（図中水色の四角部分）の Z コン

観察された．本研究では 3 dpa 中央部で１か所，73

トラスト像を図６に示す．

dpa 照射材の中央部，外周部でそれぞれ２か所の合内層と外層の境界は平滑であり，元の表面である

計５か所の粒界を観察し，その全てに粒界酸化が観と考えられる．2 層構造は非照射材でも同様に観察察された．粒界酸化は粒界に沿ったくさび状で表面

（2）
（3）
,

，酸化膜の基本的な構造が２層構に向かって広がっていた．TEM Z コントラスト像

造であることは，照射材と非照射材で変化しないとのくさび状に広がった部分のコントラストは内層の考えられる．

コントラストと明確な違いはなかったが，くさび状されており内層は酸素の内方拡散，外層は溶出した金属が酸の領域の中心には濃いコントラストの線が観察さ化物として析出したものと考えられ，外層は高温水れ，酸化前の粒界との関係から酸化した粒界だと考との物質移動を含むため，腐食量の指標として内層えられる．粒界の酸化は時間とともに表面から深さ

厚さを評価した．TEM 断面観察から 100 か所の内方向に進行し，その後粒内へも酸化が進行して，く層厚さを測定し，酸化膜内層厚さの平均を評価しさび状に広がった酸化領域が形成されたと考えらた結果を表３に示す．3 dpa 照射材では外周部の内れる．また，Z コントラスト像では原子量に比例し層厚さの平均は 23 nm であり，中央部の平均 17 nmて明るい像が観察されるため，濃いコントラストはより若干厚い．73 dpa 照射材では内層厚さの平均

周りの酸化物に比べて原子量が小さく，ポーラスなは外周部と中央部でそれぞれ 196 nm, 158 nm であ

構造か軽元素の酸化物が形成されている可能性があり，3 dpa 照射材の外周部と中央部の 23 nm, 17 nm

る．

より顕著に厚く，内層の平均厚さからも照射により腐食が促進されることが分かった．

73 dpa 照 射 材 の 粒 界 酸 化 を 含 む 断 面 の 組 成 を
EDS により調べた例を図７（面分析）および図８（線分析）に示す．粒界に沿ったくさび状の領域では，

表３

O の濃化と Fe および Ni の減少が観察された．酸化照射材の内層厚さ

した粒界上には Cr の濃化と Si の濃化が５粒界の観内層厚さ（nm）

3 dpa 照射材
73 dpa 照射材

察中３粒界（73 dpa 照射材外周部および中央部，

平均

標準
偏差

最大

最小

外周部

23

8.3

47

6

酸化前方には Ni の濃化および Fe の減少が観察され

中央部

17

5.4

34

7

た．なお，粒界上で組織の変化が観察されなかった

外周部

196

35.9

281

116

中央部

158

33.5

237

53

3dpa 照射材）で観察された．また，これらの粒界観察箇所は，粒界が観察方向に対して平行ではなく斜めに配しており，粒界の情報が母材の情報により希釈されたため，組織の変化が観察されなかったと（9）考えられる．前報で 22 dpa 照射材で粒界に沿っ

INSS JOURNAL Vol . 22 2015 NT 5

98

①
②
③
)H

QP

&U

1L

②

①

1000

800
カウント

③
FeK

600
400
200
0
300

0Q

0R

カウント

CrK
200

100

0
300

カウント

NiK
200

100

0
80

2

6L

MnK

図７

TEM/EDS による粒界近傍の面分析（73 dpa 照射材の中央部）

カウント

60
40
20
0
80

MoL

た酸化や粒界酸化前方の Ni の濃化や Fe の減少が観
広い照射量の範囲で起こることが分かった．なお，

カウント

察されており，同様な酸化が 3 dpa および 73 dpa の

60
40
20

Mo と Mn に関しては明確な変化は観察されなかっ040

た．また，TEM Z コントラスト像で見られたくさ

30
カウント

び状の領域の中心の濃いコントラストに相当する部

SiK分に Si が濃化しているが，その程度は小さく，濃100いコントラストはポーラスな構造と関係していると
3 dpa 照 射 材 の 粒 界 酸 化 長 さ は 約 100 nm で あり，粒界酸化前方の組成変化部の長さは約 200 nmであった．73 dpa 照射材の粒界酸化長さは４か所
とも約 400 nm であり，粒界酸化前方の組成変化部の長さは約 50~300 nm であった．粒界酸化長さは73 dpa 照射材で 3 dpa 照射材より長く，粒界酸化が照射により促進されることが示唆された．なお，3dpa 照射材の外周部では粒界が観察されず，粒界酸化に及ぼす応力の影響は検討できなかった．

100

OK

80
カウント

考えられる．

20

60
40
20
0
0

図８

0.2

0.4

0.6
距 離 (µm)

0.8

1TEM/EDS による粒界に沿った線分析（73 dpa 照射材の中央部）

1.2

INSS JOURNAL Vol . 22 2015 NT 5

99

である 600 合金でステンレス鋼に比べて粒界酸化が4. 考察

起こり易いことを報告しており，Ni の濃化は粒界照射が腐食に及ぼす影響については，3 dpa 照射

酸化を促進する可能性がある．

材の内層厚さ平均 17 nm および 23 nm に比べ，73

照射材の粒界酸化のイメージを図９に示す．粒

dpa 照射材の内層厚さ平均 158 nm および 196 nm は界酸化が起こる前の粒界は照射による粒界偏析に顕著に厚く，照射により腐食が促進されたと考えら

より Cr および Mo が欠乏し，Ni と Si が濃化してい（7）

は Ni イオン照射したステンレス鋼

る．Cr の欠乏により耐食性が低下した粒界は粒内を用いて不動態域定電位腐食試験を行い，照射量 5に比べて選択的に腐食が起こる．ステンレス鋼のdpa より35 dpa で腐食速度が増加することを報告し主要な構成元素である Fe, Cr, Ni を比較すると，Niれる．根本ら（8）

は 308 ステンレス溶接材を高は PWR 一次冷却材環境では金属 Ni が安定であり，

温純水中プロトン照射条件下で腐食試験を実施し，Cr は不動態皮膜を形成するため，主な反応として照射は腐食を促進することを報告している．菱沼は Fe が Fe イオンとして溶出する．溶出した Fe イ

（6）

は 7 dpa 照射した核融合炉用 316 ステンレス鋼改

オンは環境水と反応し，Schikorr 反応を経由して外良材の電気化学的再活性化法の測定結果を引用し，

層酸化膜を形成する．Fe の溶出に伴い空孔が形成

200℃以上の照射温度で照射が腐食を促進することされ，粒界上を拡散する．さらに環境水中の O が粒を報告している．条件は異なるものの照射により腐界に沿って拡散し，粒界上に酸化物を形成する．一食が促進されることを示している．照射による腐食

般的に拡散は粒内より粒界の方が速く，粒界の酸化促進メカニズムに関してはいまだ明らかではない

は粒内の酸化に先行し，粒界の酸化が進行すると酸が，照射欠陥が酸化過程における酸素や金属原子の化した粒界を介して粒内の酸化が時間とともに進拡散を助長することや材料表面の照射欠陥が高温水

行し，くさび状の粒界酸化が起こると予想される．

中への Fe イオンの溶出を加速させる可能性がある．

Cr が空孔により表面方向に粒界に沿って拡散する

照射が粒界酸化に及ぼす影響については，照射材ことで先端部に Ni 濃化が生じるとともに酸化されている．Murase らで観察した全ての粒界で粒界酸化が観察されたことた粒界で Cr の濃化が生じる．

から，3 dpa という低照射量から粒界に沿った酸化

粒界酸化長さの時間依存性に関するデータはないの促進が生じることが分かった．3 dpa 照射材の粒が，酸化膜が拡散障壁となる場合，酸化膜厚さは時界酸化長さ約 100 nm に比べて 73 dpa 照射材の粒界間とともに増加するが酸化膜の成長とともに腐食速

酸化長さは約 400 nm であり，酸化膜同様に照射に度が低下することが知られている（13）．酸化膜の成より粒界酸化が促進されることが示唆された．照射長と同様の機構を仮定すると粒界酸化長さも時間と材で粒界酸化が促進されるメカニズムとしては粒界ともに成長するが，やがて粒界酸化の成長速度は低偏析の影響が考えられる．照射に伴う粒界偏析によ下することとなる．しかし，粒界酸化の成長速度がり Cr および Mo が欠乏し，Ni と Si が濃化すること十分に低下するまでの時間は不明である．実プランが知られている．粒界偏析量には照射量依存性があり，Cr 濃度は照射量 3 dpa と 73 dpa では未照射に比べてそれぞれ約 4wt% および 5wt% 低下することが報告されている（1）．73 dpa 照射材では 3 dpa 照射材に比べて粒界酸化が促進されることは粒界偏析により粒界の Cr 濃度が低下し，耐食性が低下したことで定性的には説明できる．米澤ら（11）は照射誘起偏析を模擬した非照射材料で IGSCC 感受性を調べ，粒界の Cr が欠乏し，Ni および Si が濃化した材料で
IGSCC 感受性が高くなることを報告している．照射による粒界偏析が粒界酸化を促進し，IGSCC 感
受性を高め，IASCC の発生を促進する可能性がある．粒界偏析により濃化した Ni が粒界酸化に与える影響は明らかではないが，寺地ら（12）は Ni 基合金

図９

照射材の粒界酸化イメージ

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トでの運転時間を考慮した場合どの程度の粒界酸化

地ら（12）は 84Ni-16Cr のモデル合金を用い，PWR 一

長さに成長するか不明であり，粒界酸化長さの時間

次系冷却材模擬環境中の定歪下での腐食試験を行

依存性を把握することが必要だと考えられる．

い，応力負荷部の粒界酸化長さが応力無負荷部の４粒界酸化が IASCC 発生に及ぼす機構については倍程度になっており応力が粒界酸化を顕著に促進す明らかではないが，粒界結合力の低下に寄与していることを報告している．異なる材料の結果ではあるる可能性がある．粒界の強度が低下する要因としてが応力が粒界酸化を促進することを示しており，照は，照射により生じた空孔やヘリウムが粒界に集積射されたステンレス鋼においても照射だけでなく応して空間を作ることや，酸化物等粒界の組成の変化

力も粒界酸化を促進する可能性があり，粒界酸化に（14）が考えられる．Arioka らは冷間加工を加えた炭素鋼を用いた定荷重試験で粒界近傍のキャビティ生

及ぼす応力の影響も把握する必要があると考えられる．

成速度とき裂進展速度に良い相関があることを報告し，その中で冷間加工により導入された空孔が応力

5. まとめ勾配を駆動力として移動し，粒界に集積して粒界の強度を低下させたと考察している．また，気中より

3 dpa，19 dpa および 73 dpa 照射材と未照射材

水中での定荷重試験でキャビティの生成速度やき裂に一定荷重を負荷した状態で 320℃の PWR 一次系

進展速度が速いことを報告し，水中では腐食により

模擬環境中で腐食試験を行い，以下の知見を得た．

導入された水素がキャビティを安定化させることを

１. 73 dpa 照射材の内層酸化膜の厚さは 3 dpa

考察している．材料は異なるが，ステンレス鋼の照射材より厚く，照射により腐食が促進さ

IASCC でも粒界への空孔の集積が粒界強度を低下れることが確認された．

させ，腐食により導入された水素がキャビティを安

２. 3 dpa および 73 dpa 照射材で観祭した粒界定化するという機構が共通して働いている可能性が全てに粒界酸化が観察され，低照射量からある．

粒界に沿った酸化の促進が生じることが分

Fujii ら（15）は FIB で加工した超微小引張試験片をかった．なお，粒界酸化長さは 73 dpa 照射

用い，600 合金の酸化した粒界は 190~300 MPa の材の方が 3 dpa 照射材より長く，酸化膜同様応力で破壊したのに対し，酸化していない粒界はに照射により粒界酸化が促進されることが1000 MPa 負荷しても破断せずに塑性変形したこと示唆された．粒界酸化の促進は照射による報告している．材料は異なるが，照射材でも酸化し粒界 Cr 欠乏との関係が考えられるが，粒界た粒界は酸化する前の粒界に比べて強度が低下して酸化機構の解明にはさらなるデータの拡充いる可能性がある．粒界強度の低下に関して粒界酸化や空孔の集積がどの程度 IASCC 発生に寄与しているのか検討が必要だと考えられる．

が必要である．
３. 3 dpa 照射材の内層酸化膜の厚さは 400 MPaの引張応力を負荷した方が応力を負荷して腐食に及ぼす応力の影響については，3 dpa 照射

いない方より厚い傾向が見られた．粒界酸材の内層の平均厚さは，引張応力部で 23 nm，応力化に対する応力影響の把握や応力効果の機中立部で17 nm であり，引張応力部で若干厚かった．

構解明が今後必要である．

平均厚さの差は有意水準 1% の t 検定で有意な差であった．さらなるデータの拡充は必要ではあるが，参考文献

応力により照射材の腐食が促進されることが示唆された．Murase ら（8）はプロトン照射条件下で腐食試
験を実施し，応力は腐食を促進することを報告している．条件は異なるものの引張応力により腐食が促（1） 福谷耕司，西岡弘雅，藤井克彦 , “ ステンレ
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進されることを示唆している．弾性範囲内の応力が（2） T Terachi, T Yamada, T Miyamoto, K

腐食に及ぼす影響はよく分かっていないが，応力がArioka and K Fukuya, “Corrosion behavior

腐食を促進するメカニズムとして，応力を緩和する

of stainless steels in simulated − Effect of

ように物質移動が促進されることが考えられる．

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