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

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

青柳 吉輝; 五十嵐 誉廣  ; 加治 芳行  

Aoyagi, Yoshiteru; Igarashi, Takahiro; Kaji, Yoshiyuki

応力腐食割れ(SCC)は、軽水炉の長期利用における構造物の劣化にかかわる重要な課題の1つであり、粒界型のSCC(IGSCC)の様相を呈する。IGSCCの研究は数十年実施されているが、IGSCCの発生,進展メカニズムに関してすべて明らかになっているとは言えない状況である。そこで本研究では、IGSCCのメカニズムを解明するために、酸素原子の拡散モデルと結晶塑性モデルとを組合せたマルチフィジックスモデルを提案する。本モデルを用いて、多結晶金属におけるき裂進展シミュレーションを実施し、以下の結論を得た。(1)本モデルにおいて、IGSCCき裂がミクロき裂の成長,停止過程を繰り返しながら分岐を伴い進展する現象を再現することが可能である。(2)粒界における酸素の挙動が、IGSCC進展の形状を決定する重要な因子の一つである。

Stress corrosion cracking (SCC) is one of the critical concerns as degradation of structural components in light water reactors (LWRs) for long period. Many studies on intergranular SCC (IGSCC) have been conducted over several decades, however the mechanism of IGSCC initiation and propagation is not fully understood. In this study, in order to investigate the mechanism of IGSCC, we propose the multi-physics model with the combination of oxygen atom diffusion model and crystal plasticity model for IGSCC. Using this model, we conduct the simulation of crack propagation for polycrystalline metals. The conclusions obtained here are summarized as follows: (1) In the present model, it is possible to reproduce that IGSCC cracks propagate with branching by repeating growth and stop processes of micro cracks. (2) The behavior of oxygen along the grain boundary might be one of the important factors which determine the geometry of IGSCC propagation.