Change in mechanical properties by high-cycle loading up to Gigacycle for 316L stainless steel

水銀ターゲット容器構造材における高サイクル繰返し負荷による力学特性変化

直江 崇   ; Harjo, S.   ; 川崎 卓郎   ; Xiong, Z.*; 二川 正敏  

Naoe, Takashi; Harjo, S.; Kawasaki, Takuro; Xiong, Z.*; Futakawa, Masatoshi

J-PARCの核破砕中性子源に設置されている316L鋼製の水銀ターゲット容器は、陽子及び中性子照射環境により損傷する。照射損傷に加えて、陽子線励起圧力波により期待される設計寿命である5000時間の運転中に、約4.5億回の繰返し応力を受ける。これまでに容器構造材のギガサイクルまでの疲労挙動を調査するために、超音波疲労試験を実施し、疲労後の残強度を測定するなかで、繰返し硬化及び軟化現象を観測した。本研究では、ギガサイクルまでの繰返し硬化/軟化について調査するために、物質・生命科学実験施設(BL-19匠)で中性子回折により繰返し負荷後の試料の転位密度を測定した。その結果、受け入れ材は負荷の繰返し数の増加と共に転位密度が増加した。一方、照射による転位導入を模擬した冷間圧延材は、負荷の繰返し過程において転位の消滅と再蓄積が確認された。ワークショップでは、ターゲット容器構造材のギガサイクルまでの疲労試験の進捗と中性子回折の測定結果について報告する。

At the J-PARC, a mercury target vessel made of 316L SS suffers proton and neutron radiation environment. The target vessel also suffers cyclic impact stress caused by the proton beam-induced pressure waves. The vessel suffers higher than 4.510 cyclic loading during the expected service life of 5000 h. We have investigated fatigue strength 316L SS up to gigacycle in the previous studies. The cyclic hardening and softening behavior were observed. In this study, to evaluate the cyclic hardening/softening behavior, the dislocation densities of specimens were measured using the neutron diffraction method at the MLF BL-19. The result showed that the dislocation density of a 316L SS was increased with increasing the number of loading cycles. By contrast, in the case of cold-rolled 316L SS, annihilation and re-accumulation of dislocation by cyclic loading were observed. In the workshop, result of neutron diffraction measurement will be introduced with the progress of fatigue test.