オーステナイト系ステンレス鋼SUS316の水銀中曲げ疲労強度

Bending fatigue strength of austenitic stainless steel SUS316 in mercury

直江 崇   ; 山口 義仁 ; 二川 正敏  ; 涌井 隆  

Naoe, Takashi; Yamaguchi, Yoshihito; Futakawa, Masatoshi; Wakui, Takashi

J-PARCに設置された高出力パルス核破砕中性子源では、核破砕標的として液体水銀を用いる。水銀を包含するステンレス鋼製のターゲット容器は、陽子線の入射によって励起される圧力波に起因する繰返し応力負荷を受ける。同時に、圧力波の伝ぱ過程で生じるキャビテーションによるピッティング損傷を受ける。その際、液体金属脆化及びキャビテーション損傷による容器の健全性低下、すなわち疲労強度劣化が危惧される。本研究では、ピットによる応力集中を模擬した試験片に対して、水銀環境下での疲労試験を行い、疲労強度に及ぼす水銀の影響について調べた。さらに、冷間加工材を用いた疲労試験を行い、照射による転位導入模擬,ピッティング損傷,水銀の重畳効果について検討した。その結果、水銀浸漬下では、浸漬時間に依存して低サイクル疲労強度が低下すること、また、その傾向は、照射効果を模擬した冷間加工材で顕著になることを明らかにした。

Liquid mercury target system for spallation neutron source is installed at Materials and Life Science Experimental Facility in J-PARC. Austenitic stainless steel SUS316 for a structural material of the target vessel is contact with mercury, and imposed by cyclic pressure that is induced by pulsed proton beam injection at 25 Hz. Therefore, it is important from the viewpoint of the structural integrity to investigate the effect of mercury on fatigue behavior of the structural material. Bending fatigue tests in mercury and air were performed to evaluate the effect of mercury on fatigue behavior. FRActure Surface Topography Analyses (FRASTA) were carried out to evaluate the change in fracture morphology with mercury. It was confirmed that the fatigue strength was decreased by mercury immersion in low cycle region less than 10 cycles and intergranular fracture surface was observed, while in high cycle region the mercury immersion effect was hardly recognized.