Clarification of strain limits considering the ratcheting fatigue strength of 316FR steel

316FR鋼のラチェット疲労強度を考慮したひずみ制限値の解明

磯部 展宏*; 祐川 正之*; 中山 康成*; 伊達 信悟*; 大谷 知未*; 高橋 由紀夫*; 笠原 直人; 柴本 宏*; 長島 英明*; 井上 和彦*

Isobe, Nobuhiro*; Sukekawa, Masayuki*; Nakayama, Yasunari*; Date, Shingo*; Otani, Tomomi*; Takahashi, Yukio*; Kasahara, Naoto; Shibamoto, Hiroshi*; Nagashima, Hideaki*; Inoue, Kazuhiko*

高速炉設計基準の高度化を目的として、ラチェット疲労条件におけるひずみ制限について検討した。ラチェット変形を与える期間を1000回とし、累積非弾性ひずみをパラメータとして疲労試験を行った。累積非弾性ひずみの増加に伴い、平均応力が上昇し、疲労寿命が低下したが、平均応力が25MPa以下のときは、疲労寿命の低下はほとんど無視できた。高速炉運転条件に対して安全側と考えられるラチェット期間1000回の条件では、平均応力25MPaに対応する累積非弾性ひずみは2.2パーセントであり、現行の設計基準におけるひずみ制限値(2パーセント)により、ラチェットによる疲労寿命低下も防止できると考えられる。

The effect of ratcheting on fatigue strength was investigated in order to rationalize the strain limit as a design criterion of commercialized fast reactor systems. Ratcheting fatigue tests were conducted at 550C. Duration of the ratchet straining was set for a certain number of strain cycles taking the loading condition of fast reactors into account, and the number of cycles for strain accumulation was defined as the ratchet-expired cycle. Fatigue lives decrease as the accumulated strain by ratcheting increases. Fatigue life reduction was negligible when the maximum mean stress was less than 25 MPa, corresponding to an accumulated strain of 2.2 percent. Accumulated strain is limited to 2 percent in the present design guidelines and this strain limit is considered effective to avoid reducing fatigue life by ratcheting. Micro-crack growth behaviors were also investigated in these tests in order to discuss the life reduction mechanisms in ratcheting conditions.