SUS304鋼のナトリウム中クリープ疲労強度

Creep fatigue behavior of SUS 304 Stainless steel tested in sodium at 550C

香川 裕之*

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ナトリウム環境、特に浸炭とこれに伴う粒界の劣化が、SUS304鋼のクリープ疲労破断寿命やき裂発生寿命に及ぼす影響を明確にする目的で、浸炭源付きナトリウム中クリープ疲労試験を実施した。最長6000時間以上の寿命の計3本のデータを取得した。力学的因子、浸炭や炭化物の析出等の組織的因子、き裂進展過程と破面形態などの観点から検討し解析を行った結果、以下の結論を得た。(1) 本報で開発した浸炭源付きナトリウム中クリープ疲労試験により、実機で想定される最大浸炭量より厳しい浸炭と、炭化物の析出による粒界の劣化を試験片に付与できることが確かめられた。このような厳しい条件においても、ナトリウム中クリープ疲労強度が大気中の強度とほぼ同等であることが分かった。(2) 線形累積損傷則に基づいてクリープ疲労損傷を評価した結果、浸炭源付きナトリウム環境がクリープ疲労損傷に何ら悪影響を及ぼさないことが分かった。また浸炭源付きナトリウム中クリープ疲労寿命が、現行クリープ疲労評価法により、十分な精度で予測可能であることが明らかとなった。(3) 破面および組識観察結果に基づき、き裂の発生と進展過程に関する検討を行った。この結果、浸炭源付きナトリウム中ではき裂が粒界から発生するものの、その発生寿命は大気中と同等であること、およびナトリウム中き裂進展寿命も大気中と同等であることが分かった。(4) 以上の検討から、小型試験片を用いた大気中クリープ疲労寿命の1/20の繰返し数で、実機のナトリウム中表面き裂発生寿命を包絡する現行評価手法が、少なくともナトリウム環境効果の観点から妥当であるとの裏付けを得た。本報で得られた知見をもとに、き裂発生寿命と進展寿命の観点から、次期大型炉の有力候補材である高速炉構造用SUS316鋼のナトリウム中クリープ疲労強度の推測を行った。その結果、ナトリウム中クリープ疲労強度は大気中の強度と遜色ないのではないかと予測されたが、き裂発生寿命が若干低下する可能性も考えられ、この点については少なくとも1,2本の試験は実施して、確認しておく必要はあると考えられる。

Since stainless steels like SUS 304 and SUS 316 tend to be carburized in sodiun, the grain boundary near surface may be degraded due to carbides precipitation. In order to clarify the effect of the grain boundary degradation upon creep fatigue strength, long term creep fatigue tests of SUS304 stainless steel were performed in carburized sodium, 0btained results are summarized as follows: (1)Creep fatigue life in carburized sodium was nearly equal to that in air, in spite of the fact that severe carburization and carbides precipitation on grain boundary were observed on tested specimen surface. (2)Creep fatigue life calculated using usual linear damage summation rule showed good agreement with experimental results, (3)It was revealed that crack initiation life in carburized sodium was almost the same as that in air, although crack initiated on degraded grain boundary in carburized sodium. (4)The above fact supplies an evidence to justify the concept that creep fatigue crack initiation life in sodium is longer than 1/20 of failure life obtained using small specimens in air, which is basic assumption of our creep fatigue evaluation method. It is conjectured from this study that FBR grade SUS316 stainless steel will show almost the same creep fatigue life as that in air, however, a few creep fatigue tests of FBR grade SUS316 in carburized sudium will be necessary to clarify this conjecture.