表層加工された低炭素ステンレス鋼溶接部における粒界すべり挙動に及ぼす残留応力及び加工硬化の影響

Effect of residual stress and hardening on grain boundary sliding in welds of low-carbon stainless steels with surface machining

森 裕章*; 勝山 仁哉  ; 望月 正人*; 西本 和俊*

Mori, Hiroaki*; Katsuyama, Jinya; Mochizuki, Masahito*; Nishimoto, Kazutoshi*

低炭素ステンレス鋼SUS316L製の炉心シュラウドや再循環系配管において応力腐食割れ(SCC)に起因したき裂の発生が問題となっており、その発生機構の解明が急務となっている。本研究では同鋼の溶接部及び機械加工層におけるSCCに及ぼす残留応力と硬化の影響の解明を目的とし、熱弾塑性解析による残留応力と硬化の力学的解析、並びに材料のミクロ変形挙動に注目した粒界すべり解析の材料学的解析の両面から統合的検討を実施した。実際の施工条件に基づき製作した試験体の硬さ分布を評価し、これらの結果をもとに熱弾塑性解析により表面強加工層での残留応力分布について検討を行った。その結果に基づき、表層から発生した粒内SCCに続いて発生する粒界SCC(IGSCC)に対して表面強加工層が影響を及ぼす点に注目し、金属組織学的観点から粒界すべり挙動に及ぼす加工硬化の影響について検討するとともに、IGSCCに及ぼす粒界すべりの影響について粒界エネルギーの観点から考察を試みた。

To clarify the effects of residual stress and hardening on intergranular stress corrosion cracking (IGSCC) behavior in welds of low-carbon austenitic stainless steels with surface machining, residual stress and hardness were evaluated by 3-dimentional thermo elastic-plastic analysis and grain boundary sliding behavior was examined using a constant strain rate tensile test. It was revealed that grain boundary sliding occurred in the material at 561 K by the tensile test with the numerically simulated tensile residual stress due to welding and surface machining. In addition, it was clarified that the grain boundary energy is raised by the grain boundary sliding. On the basis of these results, it was concluded that the cause of IGSCC in the welds of low-carbon austenitic stainless steel with surface hardening is the increase in grain boundary energy due to grain boundary sliding accelerated by residual stress of multi pass welding and surface hardening.