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報告書

高速炉構造材料の高サイクル疲労特性(II)316FR鋼の高温高サイクル疲労試験[中間報告](研究報告書)

小高 進; 加藤 章一; 吉田 英一; 石上 勝夫*

JNC-TN9400 2005-021, 37 Pages, 2005/05

JNC-TN9400-2005-021.pdf:2.66MB

高速炉プラントの機器、配管において温度が異なる冷却材の合流部では、高温と低温の流体混合による不規則な温度ゆらぎ(サーマルストライピング)に伴い熱応力が生じ、この熱応力が疲労損傷に影響を与えるとされる有効な繰返し数は、 108$$sim$$109サイクル程度に及ぶとされている。このため、高サイクル領域における疲労損傷機構や疲労寿命の評価を実験的に把握しておくことが重要な課題である。本研究試験では、高速炉構造用SUS316(316FR鋼)を対象に、レーザ変位計を用いたひずみ制御による高サイクル疲労試験を550$$^{circ}C$$$$sim$$650$$^{circ}C$$の条件下で実施した。これまでに得られた中間結果を以下に示す。(1)新しい試験技術を導入して10$$sim$$60Hzの繰返し周波数で高温疲労試験を実施し、これまでに107サイクル域までの高サイクル疲労破損データを取得した。(2) 107サイクル域の高サイクル疲労寿命は、設計用の材料強度基準等(DDS)の最適疲労破損式から単純外挿して求められる曲線と比較して長寿命側になることがわかった。また、材料強度基準等の高度化に関する作業(KOM-MSS WG)で検討された高サイクル疲労破損式との比較評価においても、十分保守側となる結果であった。(3)本試験の範囲内では、高サイクル疲労寿命に及ぼす繰返し周波数の有意な影響は認められなかった。また、高サイクル疲労寿命に対する温度依存性が認められた。(4) 107サイクル域で疲労破損した試験片では、内部起点型の破面(フィッシュアイ)が認められた。

報告書

316FR鋼の材料試験データ集(Ⅸ) (データ集)

小高 進; 加藤 章一; 吉田 英一; 川上 朋広*; 鈴木 高一*; 川島 成一*; 石上 勝夫*

JNC-TN9450 2005-001, 196 Pages, 2005/03

JNC-TN9450-2005-001.pdf:6.7MB

新技術開発試験グループでは,FBRの構造材料に用いられている316FR鋼について長期にわたり材料試験を実施してきた.本報告は試験データの拡充が図れたために取りまとめたものである.4万時間を超える長時間試験やナトリウム環境下での試験など多くの貴重な試験データを有するものであり,今後のFBR材料研究に役立つものである.報告内容は以下の通りである.(1)材料:316FR鋼,素材(14ヒート),溶接同材継手(18ヒート)溶接異材継手(2ヒート)(2)試験雰囲気 : 大気中,ナトリウム中 (3)試験温度 : 室温$$sim$$800$$^{circ}C$$(4)試験方法 : JIS及び「FBR金属材料試験実施要領書(改訂版)*4」に準拠した.(5) データ点数 : 引張試験 234点 クリープ試験} 408点 疲労試験} 201点 クリープ疲労試験}47点 リラクセーション試験} 6点 合計}} }} 896点なお,本データ集は「FBR構造材料データ処理システム(SMAT)」の帳票を出力したものである.

報告書

高クロム鋼の材料特性試験(IV); ナトリウム中におけるHCM12A(2001年度材)のクリープ及びクリープ疲労特性[中間報告]

加藤 章一; 吉田 英一; 石上 勝夫*; 矢口 勝己*

JNC-TN9400 2003-108, 92 Pages, 2004/02

JNC-TN9400-2003-108.pdf:36.44MB

高クロム鋼(12Cr系鋼)は、高温強度特性、熱膨張係数及び熱伝導率等に優れていることから、実用化戦略調査研究における実用化炉の構造材料として期待されている。本研究では、12Cr系鋼のHCM12A(2001年度材)の機械的強度特性に及ぼすナトリウム環境の影響を評価することを目的に、ナトリウム中でのクリープ試験、クリープ疲労試験及び浸漬試験を実施した。ナトリウム中試験には、オーステナイト系スデンレス鋼を構成材料とするナトリウム試験装置を使用した。ナトリウム浸漬条件は、温度55度C及び溶存酸素濃度2ppm 以下である。HCM12A(2001年度材)のナトリウム中におけるクリープ強度及びナトリウム中クリープ疲労強度は、加速浸炭雰囲気を含め、同一条件下の大気中と比較して有意差は認められなかった。これは、両者とも材料内部のクリープ損傷が支配的となったためと考えられる。ナトリウム中におけるクリープ及びクリープ疲労寿命は、大気中データをベースにした評価法によって予測可能と考えられる。HCM12A(2001年度材)の腐食速度は、浸漬温度550度Cで最大約0.4$$mu$$m/yearであり、従来材のSUS304やMod.9Cr-1Mo鋼とほぼ同等であった。また、「高速原型炉高温構造設計方針」で規定されている腐食速度式により腐食量を保守的に評価できる見通しが得られた。

報告書

高クロム鋼の材料特性試験(I); ナトリウム中におけるHCM12A(2001年度FBR熱処理材)の低サイクル疲労特性

加藤 章一; 吉田 英一; 石上 勝夫*; 高森 裕二*

JNC-TN9400 2003-006, 37 Pages, 2003/02

JNC-TN9400-2003-006.pdf:55.39MB

高クロム鋼は、高温強度特性、熱膨張係数及び熱伝導率等に優れていることから、実用化戦略調査研究における実用化炉の構造材料として期待されている。本研究では、高クロム鋼のHCM12A(2001年度FBR熱処理材)の低サイクル疲労特性に及ぼすナトリウム環境の影響を評価することを目的に、ナトリウム中疲労試験を実施した。ナトリウム中疲労試験には、オーステナイト系ステンレス鋼を構成材料とするナトリウムループを使用した。ナトリウム浸漬条件は、温度550度C、流速1m/sec及び溶存酸素濃度約1ppmである。 本試験の結果、HCM12A(2001年度FBR熱処理材)のナトリウム中疲労寿命は、同一条件下の大気中疲労試験寿命よりも長くなる傾向が認められ、ナトリウム環境の影響による寿命低下は生じないことが分かった。ナトリウム中疲労寿命の増大は、2・1/4Cr-1Mo鋼、Mod.9Cr-1Mo鋼と同様に、主として試験片表面における酸化がナトリウムの還元作用により抑制されることから、疲労き裂の発生寿命が増加したことによるものと考えられる。 また、ナトリウム中における疲労寿命は、現行の大気中データをベースにした評価法によって保守的に予測可能と考えられる。

報告書

高速炉構造材料に関する疲労試験方法の標準化に関する試験技術のまとめ

小峰 陲司; 吉田 英一; 和田 雄作; 松本 好市*; 川島 成一*; 石上 勝夫*

PNC-TN9440 91-004, 60 Pages, 1991/02

PNC-TN9440-91-004.pdf:3.4MB

従来疲労試験方法は,国内外において現状追認による規格化あるいは標準化が進められたため,ある程度の方法差を許容する結果,試験方法の違いによる疲労データの差が懸念されてきた。このような状況の中で近年国際的に疲労試験方法の詳細についても標準化しようとする動向があり,高速炉構造材料の疲労試験方法についても,その詳細な方法,条件を絞り,信頼性の高いデータを取得する必要が生じている。本報告書は,これらの疲労試験方法の標準化の動向を踏まえ,当室に設置されている大気中並びにナトリウム中疲労試験装置における今までに培われてきた試験技術をまとめ,材料開発室としての標準的な疲労試験方法を定めたものであり,また,本成果は国際的な標準化の動きに対し,十分貢献できるものと期待される。

特許

ひずみ制御型超高サイクル疲労試験方法および疲労試験装置

小高 進; 吉田 英一; 加藤 章一

小嶺 徳晃*; 石上 勝夫*

特願 2005-087548  公開特許公報  特許公報

【課題】超高サイクル疲労試験を短時間で実施することができるひずみ制御型超高サイクル疲労試験方法および疲労試験装置を提供する。 【解決手段】試験条件として、少なくとも試験片1の標点間の全ひずみ範囲Δεtおよび制御速度Fを設定する第1工程と、試験片の標点間の全ひずみ範囲の設定値に相当する非接触式変位計20の目標制御範囲ΔLTを求める第2工程と、制御速度Fで且つ非接触式変位計の計測値の振幅が上記目標制御範囲ΔLTで一定となるように試験片に繰返し荷重を作用させて、非接触式変位計によるひずみ制御下で疲労試験を行う第3工程とを有する。第2工程では、接触式ひずみ計10が追従可能なひずみ速度で試験片に繰返し荷重を作用させたときの接触式ひずみ計の計測値と、非接触式変位計の計測値とを取得し、それら計測値から両者の相関関係を求めて、当該相関関係に基づいて、上記目標制御範囲ΔLTを求める。

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