Effects of surface morphology and distributed inclusions on the low cycle fatigue behavior of miniaturized specimens of F82H steel

微小試験片による低サイクル疲労挙動に及ぼす表面状態と介在物の影響

Kim, S.-W.*; 谷川 博康; 廣瀬 貴規; 香山 晃*

Kim, S.-W.*; Tanigawa, Hiroyasu; Hirose, Takanori; Koyama, Akira*

核融合炉の第一壁及びブランケット構造体では、炉のパルス運転や運転条件,熱伝度などにより繰返し温度の勾配が生じ、疲労及びクリープ(クリープ疲労)による弾性及び弾塑性繰返し変形が起こる。また、核融合炉環境における材料特性の評価においては試験片の微小化は非常に重要であるが、疲労試験における試験片の小型化は、座屈を引き起こすなどの問題がある。このため、座屈耐性に優れる微小砂時計型試験片(SF-1)が提案されている。しかし、試験片の微小化に伴い、繰返し応力負荷下での表面状態と介在物等の材料因子の影響が大きくなると考えられる。そこで、本研究では、核融合炉構造材料の第一候補材料である低放射化フェライト鋼を対象とし、SF-1試験片による低サイクル疲労挙動に及ぼす表面状態と介在物の影響を破壊機構論的に明らかにすることを目的とした。特に、三つの種類に制御されたSF-1試験片に対する低サイクル疲労試験により、試験片の表面状態による影響を明らかにし、試験片に分布された介在物が疲労亀裂の発生・進展に及ぼす影響を検討した。

Depending on the pulse lengths, the operating conditions, and the thermal conductivity, oscillating temperature gradients will cause elastic and elastic-plastic cyclic deformation giving rise to (creep-) fatigue in the structural first wall and blanket components. Small specimen testing technology and related remote-control testing techniques are indispensable for the effective use of the limited volumes of materials test reactor and proposed intense neutron sources. In order to perform an accurate fatigue lifetime assessment using small specimen, the effects of material factors (surface morphology, inclusion, etc.) on low cycle fatigue (LCF) is mandatory. In this work, the LCF properties of F82H IEA heat were examined for three kinds of surface morphology with miniaturized hourglass-type fatigue specimens (SF-1), and the correlation between LCF crack initiation/propagation and distribution of inclusions also revealed by using SF-1 specimen. Fracture surfaces and crack initiation sites were investigated by SEM.