On the effects of fatigue precracking on the microstructure around precrack in 1TCT fracture toughness specimen of F82H-IEA

F82H-IEAヒート材の破壊靭性試験片の予亀裂周辺のミクロ組織における疲労予亀裂の影響について

谷川 博康; 橋本 直幸*; Sokolov, M. A.*; Klueh, R. L.*; 安堂 正己

Tanigawa, Hiroyasu; Hashimoto, Naoyuki*; Sokolov, M. A.*; Klueh, R. L.*; Ando, Masami

本報告は、日米協力に基づき著者が米国オークリッジ国立研究所において、High Flux Isotope Reactor(HFIR)を用いて行った研究の成果である。低放射化フェライト鋼の延性脆性遷移温度評価はマスターカーブ法による評価が中心となるが、F82H鋼の評価においては、遷移温度領域において特異な低靭性データが得られることが問題となっており、本研究によって、その原因と解決法が示唆された。まず予亀裂周辺のミクロ組織は、光学顕微鏡,SEM,方位像顕微鏡(OIM),TEMによって観察された。この一連のクラック前方周辺のTEM試片はFIB加工によって作製された。さらに試験後の破面観察も行われた。光学顕微鏡観察の結果、疲労予亀裂の形成は、始め直線的であるが、そのあと旧オーステナイト粒界に沿って進み、最終端では、23の方向に分かれている傾向にある。SEMとOIMの結果より、予亀裂周辺と予亀裂前方のミクロ組織は、典型的なF82H鋼の疲労組織に見られるようなセル構造を呈していた。さらにクラック前方の領域から得られたTEM像と、逆極点図形は、この構造変化を支持するものである。予亀裂の分離や予亀裂前方のセル構造は、破壊靭性に影響することから、粗大な旧オーステナイト粒を持つ鋼の場合、疲労予亀裂の影響が遷移温度領域における特異な低靭性として現れやすい可能性があることを指摘した。

1TCT fracture toughness specimens of F82H-IEA steel were fatigue precracked and sliced in specimen thickness wise for microstructure analysis around the precrack. The microstructure around the precrack was observed by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), orientation imaging microscopy (OIM), and transmission electron microscopy (TEM). TEM samples around the crack front were prepared by focused ion beam (FIB) processor. The fracture surfaces of tested 1TCT specimens were also observed. OM observation showed that the precrack penetration was straight in the beginning, and then tended to follow a prior austenite grain boundary and to branch into 2 to 3 directions at the terminal. SEM and OIM observations revealed that the both microstructures around the precracks and ahead of the precrack had turned into cell structure, which is the typical microstructure of fatigue-loaded F82H. TEM images and inverse pole figures obtained from the crack-front region confirmed this structure change.