ミニチュア試験技術を用いた高速炉長寿命燃料集合体の破壊靱性評価

Development of miniature fracture toughness test technique for fast reactor long-life fuel subassembly

丹野 敬嗣  ; 岡 弘   ; 矢野 康英  ; 栗下 裕明*

Tanno, Takashi; Oka, Hiroshi; Yano, Yasuhide; Kurishita, Hiroaki*

フェライトマルテンサイト鋼(FMS)が照射や熱時効を受ける場合、破壊靭性は重要な評価項目である。本研究では、照射試験片や溶接材から採取した微小試験片にも適用できるミニチュア試験技術開の開発を目標とする。第1段階として、ミニチュア3点曲げ試験の破壊靭性評価への適用性、および試験片に加工するサイドグルーブの効果を検証した。高速炉用に開発されたPNC-FMSにASTM1820に準じたミニチュア3点曲げJ試験を適用し、ラッパ管厚さに対応する厚さ5mm、幅3mm、長さ22.5mmにミニチュア化した試験片で、き裂進展を制御するサイドグルーブの曲率半径の影響を検証した。その結果、ASTM 1820の標準サイズである曲率半径0.5mmではき裂が蛇行や分岐した。一方、0.05mmとしたものはサイドグルーブに沿ってき裂を進展させることができ、破壊靭性値J=300kJ/mを得た。これにより、ミニチュア化した場合でもサイドグルーブの工夫によりPNC-FMSの破壊靭性を評価できる見込みを得た。

Fracture toughness is an important property when ferritic martensitic steel (FMS) is irradiated and thermally aged. The goal of this study is to develop reasonably miniaturized fracture toughness test technique which can be applied for irradiated or sampled from welded small specimen. In this phase, the capability of miniature 3-point bend (3PB) test technique for evaluating toughness, and the side groove effect on miniatured specimen were confirmed. A miniature 3PB type J test conforming to ASTM 1820 was applied to the PNC-FMS developed for the fast reactor. The effect of the root radius of the side groove that controls the crack propagation was verified for the specimen miniaturized to 5 mm thickness, 3 mm width and 22.5 mm length according to the thickness of the wrapper tube. The crack winded and/or branched with root radius of 0.5 mm, the standard size of ASTM1820. But by making it 0.05 mm, it was possible to control the crack propagation along the side groove. As a result, J = 300 kJ/m was obtained, and a prospect of this technique was obtained for the fracture toughness evaluation of the wrapper tube by improving the side groove.