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高強度フェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)の衝撃特性の評価

Evaluation of charpy impact property in high strength ferritic/martensitic steel (PNC-FMS)

上平 明弘; 鵜飼 重治

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高強度フェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS鋼:0.12C-11Cr-0.5Mo-2W-0.2V-0.05Nb)は、サイクル機構が高速炉の次期炉心材料候補として開発した鋼種であり、1992年の材料強度基準(暫定案)の策定時に延性脆性遷移温度(DBTT)が評価されているが、衝撃特性において重要な特性の1つである寸法依存性、および上部棚吸収エネルギー(USE)の評価が行われていないといった課題がある。本報告では、PNC-FMS鋼および海外材のデータを用いて、USE,DBTTそれぞれにおける寸法依存性、熱時効効果、照射効果などを評価し、PNC-FMS鋼における製造時のUSEとDBTTの設計値、および熱時効効果と照射効果それぞれの設計式を策定した。得られた主な結果は次の通りである。(1)USEの寸法依存性は「(Bb)のn乗」(B:試験片の幅、b:試験片のリガメントサイズ)を用いて「USE=m(Bb)のn乗」(m,nは定数)の関係として適切に評価可能であること、およびPNC-FMS鋼の場合「n=1.4」となることを明らかにした。「(Bb)のn乗」における乗数「n」は、フルサイズ試験片のUSE(J)と関連付けられ、「n=1.38$$times$$10のマイナス3乗USE+1.20」の関係式が得られた。(2)DBTTの寸法依存性は「BKt」(Kt:弾性応力集中係数)を用いて適切に評価可能であり、「DBTT=p(log10BKt)+q」(p,qは定数)の関係にあることを明らかにした。PNC-FMS鋼の場合、DBTT=119(log10BKt)-160であった。(3)製造時DBTTの設計値、および熱時効効果と照射効果それぞれの設計式を用いて、照射後のDBTTを推定した結果、350$$sim$$650$$^{circ}C$$の照射温度範囲でサブサイズ試験片(幅3mm$$times$$高さ10mm)のDBTTは180$$^{circ}C$$以下であった。

High Strength Ferritic/Martensitic Steel (PNC-FMS : 0.12C-11Cr-0,5Mo-2W-0.2V-0.05Nb), developed by JNC, is one of the candidate materials for the long-life core of large-scale fast breeder reactor. Ductile brittle transition temperature (DBTT) was tentatively determined in 1992 in material design base standard of PNC-FMS. Howevcr, specimen size effect on impact property and upper shelf energy (USE) have not been evaluated. ln this study, effects of specimen size, thermal aging and neutron irradiation on the charpy impact property of PNC-FMS were evaluated, using together with recently obtained data. The design value of USE and DBTT as fabricated and each correlation of aging and irradiation effects were determined. The results are summarized as follows. (1)lt was found that USE is related to (Bb) as USE=m(Bb)$$^{n}$$, where B is specimen width, b is ligament size and both m and n are constant. For PNC-FMS, n value is equal to 1.4. It's possible to determine n value from USE (J) for full size specimen using the correlation: n=1.38$$times$$10$$^{-3}$$ USE + 1.20. (2)lt was clarified that DBTT is correlated with (BKt) as DBTT=p(log$$_{10}$$BKt)+q, where Kt is elastic stress concentration factor and both p and q are constant. For PNC-FMS, the correlation is as follows: DBTT=119(log$$_{10}$$BKt)-160. (3)DBTT estimated at the irradiation temperature from 350 to 650 $$^{circ}$$C for sub size specimen (width and height are 3 and 10 mm, respectively), was below 180 $$^{circ}$$C, based on the design value of DBTT as fabricated and each correlation of aging and irradiation effects.

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