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Crack growth behavior of F82H steel in the 288$$^{circ}$$C water

288$$^{circ}$$C水中におけるF82H鋼のき裂進展挙動

伊藤 譲; 齋藤 正博*; 阿部 勝憲*; 若井 栄一

Ito, Yuzuru; Saito, Masahiro*; Abe, Katsunori*; Wakai, Eiichi

き裂成長は、核融合の実証炉用構造材料を設計・評価する上で重要な機械的特性の一つであり、国際核融合材料照射施設(IFMIF)の高中性子束テストモジュール(HFTM)にてき裂成長が評価されることになっている。本研究では、き裂成長に及ぼす試験片の寸法効果を避けるため、ほぼ標準サイズの試験片を用いて288$$^{circ}$$C水中におけるF82H鋼のき裂進展速度を評価した。試験片の破面を観察した結果、288$$^{circ}$$C水中ではなく室温大気中で疲労き裂が進展した領域でも、き裂が粒界を進展した結果の粒界割れ破面を得た。粒界割れ破面が得られる原因の一つは、F82H鋼の粒界に析出したクロム炭化物Cr$$_{23}$$C$$_{6}$$の影響と推測された。また、288$$^{circ}$$C水中で進展したように見えるき裂が観察された。き裂進展速度を保守的に評価した結果、き裂先端の応力場を示すパラメータの応力拡大係数30MPa $$sqrt[]{m}$$において、288$$^{circ}$$C水中のき裂進展速度7$$times$$10$$^{-11}$$m/sを得た。今後は、より系統的な試験の実施と共に、き裂が進展しないような表面処理等の工夫が必要であると考えられる。

Crack growth is a one of the key mechanical properties for the design evaluation in fusion materials to be tested at the High Flux Test Module (HFTM) in IFMIF. In this study, crack growth rate of the F82H steel in the 288$$^{circ}$$C water was investigated by using an almost standard size specimen in order to avoid the specimen size effect on the crack growth. It was found that the typical intergranular fracture surface could be obtained during the crack propagation even at room temperature. Chromium carbide, Cr$$_{23}$$C$$_{6}$$, precipitation along the grain boundaries in F82H steel may influence the intergranular fracture under the fatigue crack propagation at room temperature in air. The possible evidence of crack growth in the 288$$^{circ}$$C water was also observed. The crack growth rate at 30 MPa $$sqrt[]{m}$$ in the 288$$^{circ}$$C water was conservatively estimated to about 7$$times$$10$$^{-11}$$ m/s. Further systematic study of crack growth, and the improvement of surface finishing against crack propagation are necessary for the design evaluation in fusion materials.

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