Constraint effect on fracture mechanics evaluation for an under-clad crack in a reactor pressure vessel steel

原子炉圧力容器鋼クラッド下亀裂の破壊力学評価に対する拘束効果の影響

下平 昌樹 ; 飛田 徹; 高見澤 悠 ; 勝山 仁哉  ; 塙 悟史 

Shimodaira, Masaki; Tobita, Toru; Takamizawa, Hisashi; Katsuyama, Jinya; Hanawa, Satoshi

JEAC4206「原子炉圧力容器に対する供用期間中の破壊靭性の確認方法」では、加圧熱衝撃事象時の原子炉圧力容器(RPV)の健全性評価において、原子炉圧力容器内面のステンレスオーバーレイクラッド(クラッド)下亀裂(UCC)を想定し、亀裂先端の応力拡大係数がRPV鋼の破壊靭性値を上回らないことを定めている。本研究では、クラッドの存在が破壊靭性値に与える影響を評価することを目的に、UCCまたは表面亀裂を有する試験体を用いた3点曲げ破壊靭性試験と有限要素解析(FEA)を行い、UCCに対する塑性拘束効果の影響を調べた。その結果、UCCの破壊靭性値が表面亀裂に比べて高いことを実験的に示した。また、有限要素解析により、クラッドの存在によりUCCの塑性拘束効果が弱められることを示した。

In JEAC 4206 which prescribes the methodology for assessing the structural integrity of reactor pressure vessels (RPVs), an under-clad crack (UCC) at the inner surface of RPV is postulated, and it is required that the fracture toughness of RPV steels is higher than stress intensity factor for at the crack tip during the pressurized thermal shock event. In the present study, to investigate the effect of cladding on the fracture toughness, we performed three-point bending fracture toughness tests and finite element analyses (FEAs) for an RPV steel containing an UCC or a surface crack, and the constraint effect for UCC was also discussed. As the result, we found that the fracture toughness for UCC was considerably higher than that for surface crack. On the other hand, the FEAs showed that the cladding decreased the constraint effect for UCC.