SCC assessment based on probability fracture mechanics considering SCC initiation and propagation under residual stress fields generated by machining and welding process of pipes

配管の機械加工及び溶接プロセスにより生じる残留応力場でのSCCの発生及び進展を考慮した確率論的破壊力学に基づくSCC評価

望月 正人*; 伊原 涼平*; 勝山 仁哉  ; 宇田川 誠

Mochizuki, Masahito*; Ihara, Ryohei*; Katsuyama, Jinya; Udagawa, Makoto

オーステナイト系ステンレス鋼316L製の配管溶接部で応力腐食割れ(SCC)が顕在化している。配管接合時には、表面機械加工が施された後、突合せ溶接が行われる。これらの接合プロセスを通じて、SCCにおいて重要な因子である残留応力が生じる。本研究では、表面機械加工後の溶接により生じる残留応力を数値解析により評価するとともに、求められた残留応力分布を用いて、確率論的手法に基づきSCCの発生及び進展の評価を行った。その結果、表面機械加工後の突合せ溶接により、配管表面には1000MPa程度の軸方向引張残留応力が生じることがわかった。また、SCCに伴う配管の漏えい確率について、溶接施工で生じる塑性歪によりSCC進展速度が変化する影響は大きいものの、SCCの発生時間のばらつきの影響はそれほど大きくないことがわかった。SCCの発生を考慮したSCC評価を行う場合には、表面加工及び溶接により生じる残留応力を考慮することが重要であると結論づけられた。

Stress corrosion cracking (SCC) has been observed near the welded zones of pipes made of austenitic stainless steel type 316L. In the joining processes of pipes, butt welding is conducted after surface machining. These processes generate the residual stress which is an important factor for SCC. In this study, numerical analysis of the residual stress by butt welding after surface machining was performed. SCC initiation and growth analyses based on probabilistic approach were also performed using the calculated residual stress distribution. As a result, the axial residual stress distribution due to butt welding after surface machining has high tensile stress exceeding 1000 MPa at the inner surface. The effect of SCC initiation on leakage probability is not as significant as the effect of plastic strain on the crack growth rate. However, to perform crack growth analyses considering SCC initiation, evaluation of the residual stress due to surface machining and welding is important.