酸素の粒界拡散を考慮した応力腐食割れに関する結晶塑性シミュレーション

Crystal plasticity simulation on stress corrosion cracking considering grain boundary diffusion of oxygen

青柳 吉輝; 加治 芳行  

Aoyagi, Yoshiteru; Kaji, Yoshiyuki

粒界型応力腐食割れ(IGSCC)の要因の1つと考えられる粒界酸化及び局所変形による酸化皮膜の損傷の情報を考慮することで、IGSCCを表現する結晶塑性モデルを構築した。その際に、酸素反応-拡散方程式,局所き裂進展クライテリオン及び酸化皮膜損傷モデルを結晶塑性論に導入した。本モデルを用いた結晶塑性有限要素法解析及び酸素反応-拡散有限差分法解析を連成して行うことによってIGSCCを想定したき裂の発生・進展を再現し、溶存酸素並びに局所変形がき裂進展へ与える影響について検討した。解析の結果から、き裂の進展は一旦停止するものの、酸化による粒界の腐食によって再びき裂は進展する、き裂が進展して除荷領域が大きくなると、き裂先端付近における応力値が大きくなり、き裂の分岐が顕著に起こるといった知見を得た。

Stress corrosion cracking (SCC) is one of the critical concerns as degradation of structural components in light water reactors for long period. It takes the form of intergranular stress corrosion cracking (IGSCC). Many studies on IGSCC have been conducted over several decades, however the mechanism of IGSCC initiation and propagation is not fully understood. In this study, a crystal plasticity model expressing IGSCC is proposed by considering information of oxidation along grain boundaries and failure of oxide film due to localization of deformation. From a crystal plasticity finite element analysis and a oxygen reaction-diffusion finite difference analysis based on the presented model, IGSCC is numerically reproduced and we discuss about the effect of dissolved oxygen and strain localization on the propagation behavior of crack.