損傷組織の定量化技術の研究, 溶接部の高温損傷の定量化技術; 先行基礎工学分野に関する平成11年度報告書

Microstructural assessment of damaged materials in FBR assessment of creep damage in weldment

門馬 義雄*; 山崎 政義*; 永江 勇二 ; 加藤 章一 ; 長谷部 慎一; 青砥 紀身 

Momma, Yoshio*; not registered; not registered; not registered; not registered; Aoto, Kazumi

高速炉プラントの新構造材料および寿命診断技術の開発では、従来強度評価の補強資料として定性的理解のみに用いられてきた材料組織の微視的観察結果とその分析データを定量的に把握し、組織変化が材料特性におよぼす効果あるいは相関性を評価する手法の確立が必要である。特に炉心構造健全性を保証するために、溶接継手部における高温長時間強度特性と組織変化の関係を明らかにする技術開発のニーズが高い。このため、高速炉容器の溶接金属について、クリープによる組織の経時変化を定量化する技術に取り組んだ。本研究では、まず高速炉容器用に開発された316FR鋼を母材として、16Cr-8Ni-2Moおよび共金系(18Cr-12Ni-Mo)の溶接金属のクリープ試験を823および873Kで行い、37,000hまでのクリープ破断データを取得することにより、そのクリープ特性を明らかにした。さらにクリープ破断した試験片平行部の組織観察を行い、析出物の面積を定量化し、その経時変化とクリープ損傷の対応についての検討を行った。溶接金属のクリープ強度は高応力短時間側で16Cr-8Ni-2Mo系が共金系よりも小さいが、低応力長時間側では16Cr-8Ni-2Mo系と共金系のクリープ強度が同等になる傾向がみられた。また、クリープ破断延性は16Cr-8Ni-2Moの方が共金系よりも優れていることがわかった。さらに、溶接金属の823Kでの低応力長時間および873Kではフェライト中に析出した相界面に発生する割れがクリープ破壊の起点となることを明らかにした。16Cr-8Ni-2Mo系溶接金属の析出量はいずれの温度時間においても共金系溶接金属よりも少ない。析出物の変化はマグネゲージで測定した残留フェライト量の変化と良く対応しており、フェライト量が時間の経過と共に減少するのに伴い、析出量は増加することを明らかにした。16Cr-8Ni-2Mo系溶接金属のクリープ破断材平行部の析出量とクリープ破断時間(対数)との関係をLarson-Millerパラメータ(LMP)で整理すると、1次式で表すことができ、この式から16Cr-8Ni-2Mo系溶接金属の析出量の予測が可能になった。

ln the past the microstructural observation was mostly applied to understand the materials behavior qualitatively in R&D of the new materials and the life prediction for the fast breeder reactor components. However, the correlation between the changes in properties and microstrutures must be clarified to ensure the structural integrity. Particularly we are interested in the method to correlate the long-term properties and microstructural changes at high temperatures. The current research is to quantify the changes in microstructure of the weld metal for the welded structure of the reactor vessel. ln this research we have conducted creep testing of the weld metals at 823 and 873K up to 37,000h. Two types of the weld metals (16Cr-8Ni-2Mo and 18Cr-12Ni-Mo) were subjected to the creep testing. Based on the areas of the precipitates, the microstructural characterization with time and creep damage was attempted. The creep strength of the 16Cr-8Ni-2Mo weld metal is lower than that of the 18Cr-12Ni-Mo one at higher stresses, shorter times. But there is a trend toward to become similar strength with lower stresses and increasing times. The creep-rupture ductility of the 16Cr-8Ni-2Mo weld metal is superior to that of the 18Cr-12Ni-Mo one. The creep-rupture takes place at the interface of the sigma () phases precipitated in the delta () ferrites at 823K lower stresses and 873K. The amount of precipitates in the 16Cr-8Ni-2Mo weld metal is smaller than that in the 18Cr-12Ni-Mo one at each temperature and stress. Also it is apparent that the amount of the precipitates is primarily responsible to the decomposition of the phase, because the amount of the residual ferrites measured by the Magne-Gauge reduces with times. Using the Larson-Miller parameter it was possible to correlate the amount of the precipitates linearly with the LMP values.