バルクナノメタルにおける粒界型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 intergranular stress corrosion cracking of bulked nanostructured metal

青柳 吉輝; 加治 芳行  

Aoyagi, Yoshiteru; Kaji, Yoshiyuki

原子炉の高経年化に伴う大きな課題の一つに、照射誘起応力腐食割れが挙げられる。この問題をいかに解決するかが原子炉の長期的運用の鍵となり、計算科学に基づく数値解析の援用に期待が寄せられている。しかしながら、現状の原子炉の健全性の評価には古典的な破壊力学が適用されており、安全基準などが過大に評価されている。また、従来は、通常材料の単純なき裂進展を想定しているため、粒界型応力腐食割れ(IGSCC)といったき裂進展形態の影響は考慮されていない。そこで本研究では、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する。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を再現し、結晶粒径に依存したIGSCC挙動について検討する。

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 an oxygen reaction-diffusion finite difference analysis based on the presented model, IGSCC is numerically reproduced and we discuss about the effect of grain size on the crack propagation behavior.