高速炉構造材料の高サイクル疲労特性(II)316FR鋼の高温高サイクル疲労試験[中間報告](研究報告書)

High-Cycle Fatigue Properties of Structural Materials for FBR (2)High-Cycle Fatigue tests of 316FR Steel at Elevated Temperature[Interim Report]

小高 進; 加藤 章一 ; 吉田 英一; 石上 勝夫*

Odaka, Susumu; Kato, Shoichi; Yoshida, Eiichi; Ishigami, Katsuo*

高速炉プラントの機器、配管において温度が異なる冷却材の合流部では、高温と低温の流体混合による不規則な温度ゆらぎ(サーマルストライピング)に伴い熱応力が生じ、この熱応力が疲労損傷に影響を与えるとされる有効な繰返し数は、 108109サイクル程度に及ぶとされている。このため、高サイクル領域における疲労損傷機構や疲労寿命の評価を実験的に把握しておくことが重要な課題である。本研究試験では、高速炉構造用SUS316(316FR鋼)を対象に、レーザ変位計を用いたひずみ制御による高サイクル疲労試験を550650の条件下で実施した。これまでに得られた中間結果を以下に示す。(1)新しい試験技術を導入して1060Hzの繰返し周波数で高温疲労試験を実施し、これまでに107サイクル域までの高サイクル疲労破損データを取得した。(2) 107サイクル域の高サイクル疲労寿命は、設計用の材料強度基準等(DDS)の最適疲労破損式から単純外挿して求められる曲線と比較して長寿命側になることがわかった。また、材料強度基準等の高度化に関する作業(KOM-MSS WG)で検討された高サイクル疲労破損式との比較評価においても、十分保守側となる結果であった。(3)本試験の範囲内では、高サイクル疲労寿命に及ぼす繰返し周波数の有意な影響は認められなかった。また、高サイクル疲労寿命に対する温度依存性が認められた。(4) 107サイクル域で疲労破損した試験片では、内部起点型の破面(フィッシュアイ)が認められた。

In liquid cooled Fast Breeder Reactors (LMFBRs), temperature fluctuation due to fluid mixing induce high-cycle fatigue damages on structural materials. Such cyclic thermal stress is estimated to repeat approximately 10 to 10 cycles during a plant. Therefore, it is essential to investigate the fatigue property in a very-high cycle region. In the study, high-cycle fatigue tests at 550C to 650C under strain control were carried out on the 316FR steel. The intermediate result obtained until now is shown below. (1)New examination technology was developed, high temperature fatigue tests were performed on the repetition frequency of 10-60Hz, and the high cycle fatigue fracture data of 1.0 cycle regions was obtained. (2)The high-cycle fatigue strength of 1.0 cycle regions was longer than the life calculated by simple extrapolation from average fatigue failure formula of material strength standard (DDS) for a design. Moreover, these lives were conservative also in comparison with the fatigue failure formula by KOM-MSS WG. (3)Although the significant influence of the frequency on a fatigue life was not observed in the range from 0.1 Hz to 60Hz, the influence of temperature was recognized.(4)The fish eye fracture was observed in the high-cycle fatigue failure test specimen of 1.0 cycle regions.