原子炉圧力容器鋼における高温予荷重(WPS)効果確認試験(受託研究)

Confirmation tests for Warm Pre-stress (WPS) effect in reactor pressure vessel steel (Contract research)

知見 康弘; 岩田 景子 ; 飛田 徹; 大津 拓与; 高見澤 悠 ; 吉本 賢太郎*; 村上 毅*; 塙 悟史 ; 西山 裕孝 

Chimi, Yasuhiro; Iwata, Keiko; Tobita, Toru; Otsu, Takuyo; Takamizawa, Hisashi; Yoshimoto, Kentaro*; Murakami, Takeshi*; Hanawa, Satoshi; Nishiyama, Yutaka

原子炉圧力容器の加圧熱衝撃(Pressurized Thermal Shock: PTS)事象に対する構造健全性評価に与える影響項目の一つである高温予荷重(Warm Pre-stress: WPS)効果は、高温時に予め荷重を受けた場合に、冷却中の荷重減少過程では破壊が生じず、低温での再負荷時の破壊靱性が見かけ上増加する現象である。WPS効果については、主として弾性データによって再負荷時の見かけの破壊靱性を予測するための工学的評価モデルが提案されているが、試験片の寸法効果や表面亀裂に対して必要となる弾塑性評価は考慮されていない。本研究では、実機におけるPTS時の過渡事象を模擬した荷重-温度履歴を与える試験(WPS効果確認試験)を行い、WPS効果に対する試験片寸法や荷重-温度履歴の影響を確認するとともに、工学的評価モデルの検証を行った。再負荷時の見かけの破壊靭性について、予荷重時の塑性の程度が高くなると試験結果は工学的評価モデルによる予測結果を下回る傾向が見られた。比較的高い予荷重条件に対しては、塑性成分等を考慮することにより工学的評価モデルの高精度化が可能となる見通しが得られた。

Warm pre-stress (WPS) effect is a phenomenon that after applying a load at a high temperature fracture does not occur in unloading during cooling, and then the fracture toughness in reloading at a lower temperature increases effectively. Engineering evaluation models to predict an apparent fracture toughness in reloading are established using experimental data with linear elasticity. However, there is a lack of data on the WPS effect for the effects of specimen size and surface crack in elastic-plastic regime. In this study, fracture toughness tests were performed after applying load-temperature histories which simulate pressurized thermal shock transients to confirm the WPS effect. The experimental results of an apparent fracture toughness tend to be lower than the predictive results using the engineering evaluation models in the case of a high degree of plastic deformation in preloading. Considering the plastic component of preloading can refine the engineering evaluation models.