316FR溶接継手の強度評価法の開発,1; 力学モデルの開発

Creep-fatigue life prediction method of 316FR welded joints, 1; Prediction based on macroscopic stress and strain concentration

浅山 泰 ; 長谷部 慎一

Asayama, Tai; Hasebe, Shinichi

高速炉の大型化に伴い、原子炉容器液面近傍等のクリープ疲労損傷の厳しい部位にも溶接継手の適用範囲を拡大し、高価な鍛鋼品の使用を避けることにより経済性を向上させることが必要となる。このため著者等は溶接継手のクリープ疲労評価法の開発を進めている。本報では大型高速炉の有力候補材料である316FRの溶接継手について、疲労およびクリープ疲労下の破損位置と破損寿命の予測モデル(「3要素モデル」)を開発した。このモデルを用いて小型丸棒試験片、大型丸棒試験片(いずれも機械負荷)および熱過渡試験片の疲労およびクリープ疲労の破損位置と破損寿命を予測し、破損位置についてはほぼすべての場合に正確な予測が可能であること、破損寿命についてはファクター3程度の精度で予測が可能であるが、やや危険側の評価となる傾向があることを明らかにした。さらに予測精度を向上するためには、予測に用いる溶接金属と熱影響部の低ひずみ範囲における動的応力ひずみ関係および溶接金属の低ひずみ範囲における疲労強度をさらに高精度化する必要がある。このためには低ひずみ範囲において溶接金属および熱影響部の高サイクル疲労試験を行う必要がある。

Form the viewpoint of cost reduction, it is necessary to avoid using expensive forged rings by adapting weldments in the parts where relatively large creep-fatigue damage is expected such as the part of pressure vessel to which the sodium surface contacts. Therefore the authors have been developing a creep-fatigue life prediction method for weldments. This report presents the newly developed prediction method ('3-element model') which describes the creep-fatigue life as well as the location of failure for 316FR weldments which is a candidate material for large scale FBRs. It was shown that the model satisfactory predicts the location of failure and that the prediction of life is possible within an accuracy of factor of 3 with a tendency of slight unconservatism for the results of mechanical fatigue/creep-fatigue tests with small and large specimens as well as for the thermal fatigue/creep-fatigue tests. Improvement of the accuracy of prediction is considered to be achieved by using more accurate dynamic stress-strain curve of weld metal and HAZ at lower strain range and more accurate fatigue strength of weld metal at lower strain range which are the base of the prediction. Thus fatigue tests of weld metal and HAZ at lower strain ranges are needed.