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河 侑成; 岡野 成威*; 高見澤 悠; 勝山 仁哉; 望月 正人*
Proceedings of ASME 2021 Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2021) (Internet), 6 Pages, 2021/07
Residual stress is one of the most important influence factors in the structural integrity assessment of the nuclear components. However, at the present, there are few examples of residual stress measurements for thick butt-welded plates such as the reactor pressure vessels (RPVs). In this study, the residual stresses generated by butt-welding of thick plates of RPV steel, which have almost the same thickness of 140 mm as actual boiling water reactor RPV, were measured for post-welded heat-treated condition using the deep-hole-drilling technique. In addition, thermo-elastic-plastic creep analyses by or without considering the phase transformation in the heat-affected zone using the finite element analyses (FEAs) were performed to evaluate the residual stress produced by butt-welding and post-weld heat treatment. In the analysis considering phase transformation using the commercial FEM analysis code Abaqus, the fractions of the phases, such as martensite, bainite and ferrite, are calculated based on the kinetics of phase transformation. By comparing the analytical results with the experimentally determined values, we found good agreements for the residual stress distributions within the weld and the base material near the welded part. In the presentation, the effect of phase transformation on residual stress distribution of butt-weldment of thick plate will be discussed.
辻 明宏*; Zhang, S.*; 橋本 匡史*; 岡野 成威*; 菖蒲 敬久; 望月 正人*
材料, 65(9), p.665 - 671, 2016/09
本研究では、放射光を用いたin-situ計測技術を用い、SM490Aの溶接金属部における溶接時の過渡的な応力挙動や冷却時の相変態に起因した応力変化を実験的に評価した。その結果、接金属部の冷却過程におけるオーステナイト
フェライト変態中の各相に加わる応力の変化挙動をそれぞれ独立して評価し、オーステナイトフェライト変態中にはオーステナイト相に引張応力が、フェライト相に圧縮応力が加わることを確認した。また、相変態開始直後と終了直前には体積比の小さいフェライト相とオーステナイト相にそれぞれ応力集中が生じ、高い引張応力が生じていることを明らかにした。
伊原 涼平*; 橋本 匡史*; 三上 欣希*; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; 望月 正人*
日本保全学会第7回学術講演会要旨集, p.611 - 616, 2010/07
軽水型原子力発電所において、低炭素オーステナイト系ステンレス鋼(SUS316L)製の再循環系配管で応力腐食割れ(SCC)が顕在化している。SCCの発生と進展に影響を及ぼす重要な因子の1つとして、残留応力がある。配管の溶接施工プロセスにおいては、表面の機械加工と溶接が施され、これらが残留応力を発生させる原因となる。本研究では、機械加工と溶接により生じる残留応力を推定するため、機械加工時の切削工具の形状、及び切削速度等の切削条件を考慮するとともに、機械加工中に摩擦により生じる発熱を考慮した有限要素解析手法を開発した。機械加工を模擬したモデル試験体を製作し、X線回折法による残留応力測定を行うとともに、本解析手法を用いて、機械加工により生じる残留応力の評価を行った。この結果、機械加工による残留応力はごく表面付近に限定されることを明らかにした。また、機械加工と溶接による残留応力分布をもとにSCC進展解析を行い、機械加工がSCC進展に大きな影響を及ぼすことを示した。
望月 正人*; 森 裕章*; 勝山 仁哉
Proceedings of 2010 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2010/07
低炭素オーステナイト系ステンレス鋼溶接部に対する表面加工により生じる残留応力と加工硬化が粒界応力腐食割れ(IGSCC)挙動に及ぼす影響を明らかにするため、配管突合せ溶接部の三次元熱弾塑性解析を行うとともに、定歪速度引張試験による粒界すべり挙動に関する試験を行った。表面加工を模擬した熱弾塑性解析により、残留応力分布と硬さ分布を求め、その引張残留応力をもとに定歪速度引張試験を行い、561Kで粒界すべりが起きることを明らかにした。また、溶体化処理後と冷間加工後の試験片における粒界すべり量の比較から、冷間加工材の方が低歪条件で粒界すべりを起すとともに、そのすべり量は歪の増加にしたがい増加することを見いだした。さらに、粒界すべり量が増えるとともに、粒界エネルギーも増加していることを明らかにした。以上の結果から、SUS316L鋼溶接部における表面加工硬化部のIGSCCの進展の原因は、多層溶接と表面加工で生じる残留応力により粒界すべりが促進され、粒界エネルギーが増加することによると結論付けられる。
伊原 涼平*; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; 橋本 匡史*; 三上 欣希*; 望月 正人*
溶接構造シンポジウム2009講演論文集, p.393 - 396, 2009/11
近年、SUS316L鋼製の再循環系配管等の溶接部近傍においてSCCが顕在化している。非鋭敏化材におけるSCCの発生及び進展の評価に対しては、切削加工等により生じる残留応力分布が重要な因子の1つである。本研究では、切削加工により生じる残留応力分布を、切削速度を変化させた数値解析により評価し、得られた残留応力場においてき裂進展解析を行った。その結果、き裂進展は残留応力分布に対する感受性が非常に高いことを示した。
望月 正人*; 勝山 仁哉; 伊原 涼平*; 森 裕章*; 三上 欣希*; 鬼沢 邦雄
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/07
炉心シュラウド及び再循環系配管突合せ溶接部等において、溶接や加工による引張残留応力の存在する内表面で応力腐食割れ(SCC)が検出されている。SCCに影響を及ぼす残留応力と加工硬化は、溶接及び溶接施工の前後に実施する表面加工により発生することが知られている。これらの重畳効果はSCC発生を促進する可能性がある。そこで本研究では、溶接及び表層機械加工により生じる残留応力及び硬さについて、実験による評価を行った。また、解析により残留応力の発生挙動とその機構について検討を行った。その結果、表面機械加工を経て溶接を行った場合、残留応力及び硬化は溶接の影響を強く受けるものの、表面加工の影響は消失することがわかった。また、溶接後に表面機械加工を施す場合、残留応力は加工の影響を受けるが、それは表面近傍に限定されることが示された。
浅野 航*; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; 望月 正人*; 豊田 政男*
Proceedings of 2008 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/07
SUS316Lステンレス鋼製のシュラウド及び再循環系配管溶接部近傍において応力腐食割れ(SCC)が顕在化している。SCCの発生及び進展に影響を及ぼす残留応力及び加工硬化は、溶接施工の前後に実施する表面機械加工及び溶接により発生することが知られており、これらの重畳効果によりSCC発生が促進される可能性があるという報告もなされている。そこで本研究では、機械加工及び溶接により生じる残留応力及び硬さについて、実験による評価を行った。また、解析によりそれらの発生挙動を再現し、残留応力の発生機構について検討を行った。その結果、表面機械加工を経て溶接を行った場合、残留応力及び硬化は、溶接の影響を強く受けることがわかった。また、溶接後に表面機械加工を施すことにより、それらは最も高い状態になることが明らかとなった。
森 裕章*; 勝山 仁哉; 望月 正人*; 西本 和俊*
保全学, 7(1), p.36 - 41, 2008/04
低炭素ステンレス鋼SUS316L製の炉心シュラウドや再循環系配管において応力腐食割れ(SCC)に起因したき裂の発生が問題となっており、その発生機構の解明が急務となっている。本研究では同鋼の溶接部及び機械加工層におけるSCCに及ぼす残留応力と硬化の影響の解明を目的とし、熱弾塑性解析による残留応力と硬化の力学的解析、並びに材料のミクロ変形挙動に注目した粒界すべり解析の材料学的解析の両面から統合的検討を実施した。実際の施工条件に基づき製作した試験体の硬さ分布を評価し、これらの結果をもとに熱弾塑性解析により表面強加工層での残留応力分布について検討を行った。その結果に基づき、表層から発生した粒内SCCに続いて発生する粒界SCC(IGSCC)に対して表面強加工層が影響を及ぼす点に注目し、金属組織学的観点から粒界すべり挙動に及ぼす加工硬化の影響について検討するとともに、IGSCCに及ぼす粒界すべりの影響について粒界エネルギーの観点から考察を試みた。
勝山 仁哉; 望月 正人*; 森 裕章*; 浅野 航*; An, G. B.*; 豊田 政男*
Materials Science Forum, 580-582, p.573 - 576, 2008/00
近年、ステンレス鋼製の一次系配管において応力腐食割れ(SCC)が顕在化している。SCCは溶接により生じる引張残留応力に起因し発生・進展すると考えられる。本研究では、三次元及び軸対称有限要素解析を用いて、配管形状及び溶接条件が板厚内の残留応力に及ぼす影響について評価した。対象はSUS316Lステンレス鋼配管の突合せ溶接部とした。三次元及び軸対称モデルによる残留応力を詳細に比較し、配管形状及び溶接条件の影響について検討を行った。
森 裕章*; 勝山 仁哉; 望月 正人*; 西本 和俊*; 豊田 政男*
材料と環境, 56(12), p.568 - 575, 2007/12
低炭素ステンレス鋼SUS316L溶接部の機械加工層における粒界応力腐食割れ発生挙動に及ぼす残留応力と硬化の影響の解明を目的として、実機構造物の代表的な例として配管突合せ継手を対象に、熱弾塑性力学シミュレーションによる残留応力と硬化度の評価、並びに材料のミクロ変形挙動に注目した粒界すべり解析の両面から、同割れ発生機構に関する統合的検討を試みた。塑性歪と硬さの関係を明らかにするとともに、表面強加工を模擬できる弾塑性解析手法を開発し、前述の関係から実際の切削加工による硬さ及び残留応力分布を再現した。一方、同鋼の加工硬化材に対して561Kにて定ひずみ速度引張試験を行った結果、粒界すべりが生じるとともに、加工硬化によって同すべりが助長されることがわかった。また、粒界すべりの発生により粒界エネルギーが増大することが判明した。これらの結果から、低炭素ステンレス鋼SUS316Lの表層強加工された溶接部における粒界応力腐食割れは、多層溶接時の残留応力と加工硬化により粒界すべりが助長され、これに伴い粒界エネルギーが増大することに起因するものと推察された。
森 裕章*; 勝山 仁哉; 望月 正人*; 西本 和俊*; 豊田 政男*
Corrosion Engineering, 56(12), p.757 - 770, 2007/09
低炭素ステンレス鋼SUS316L溶接部の機械加工層における粒界応力腐食割れのメカニズムを解明するため、残留応力と硬化の影響について試験及び解析による評価、並びにミクロ変形挙動に注目した粒界すべり解析を行った。その結果、溶接及び表層強加工が残留応力と硬化に与える影響を明らかにするとともに、同鋼の加工硬化材に定ひずみ速度引張試験を施すと、粒界すべりが生じるとともに、加工硬化によって同すべりが助長されることがわかった。また、粒界すべりの発生により粒界エネルギーが増大することが判明した。これらの結果から、低炭素ステンレス鋼SUS316Lの表層強加工された溶接部における粒界応力腐食割れは、多層溶接時の残留応力と加工硬化により粒界すべりが助長され、これに伴い粒界エネルギーが増大することに起因するものと推察された。
勝山 仁哉; 浅野 航*; 鬼沢 邦雄; 望月 正人*; 豊田 政男*
Proceedings of 2007 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference/8th International Conference on Creep and Fatigue at Elevated Temperatures (PVP 2007/CREEP-8) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/07
低炭素ステンレス鋼で製作された再循環系配管の溶接部近傍において応力腐食割れが見いだされたことから、配管溶接部における溶接残留応力とき裂進展挙動を把握することが重要な課題となっている。本研究では、有限要素法を用いた熱弾塑性解析により配管突合せ継手の多層溶接による溶接残留応力を算出するとともに、求めた溶接残留応力下におけるき裂進展解析を影響関数法を用いて行った。配管形状(直径,肉厚),溶接条件,溶接線からの距離等が、応力腐食割れによるき裂進展挙動に及ぼす影響について詳細に評価を行った。この結果、き裂進展速度は直径が大きく、肉厚が薄いほど速くなることがわかった。また、溶接線からの距離により、き裂進展挙動が異なることが明らかとなった。
望月 正人*; 樋口 良太*; 勝山 仁哉; 豊田 政男*
Proceedings of 2007 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference/8th International Conference on Creep and Fatigue at Elevated Temperatures (PVP 2007/CREEP-8) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/07
構造鋼やその溶接部の強度特性は、微視的不均質性に影響を受ける。このような領域では変位ミスマッチに伴う応力集中が生じると考えられることから、粒界やその隣同士の相関を考慮した破壊のメカニズム及び材料設計を行うためには、応力分布を調査することが重要である。FEM-MD結合数値解析法は、微視的不均質性に起因する変位ミスマッチを取り扱うことのできる手法である。本研究では、FEM-MD結合法について提案し、FEM-MD法により調査した鉄鋼及びその溶接熱影響部における微視不均質性の影響について検討を行う。
勝山 仁哉; 望月 正人*; An, G. B.*; 豊田 政男*
Proceedings of International Welding/Joining Conference-Korea 2007 (IWJC-Korea 2007), p.316 - 317, 2007/05
近年、ステンレス鋼製の一次系配管において応力腐食割れ(SCC)が顕在化している。SCCは溶接により生じる引張残留応力に起因し発生・進展すると考えられる。本研究では、三次元及び軸対称有限要素解析を用いて、配管形状及び溶接条件が板厚内の残留応力に及ぼす影響について評価した。対象はSUS316Lステンレス鋼配管の突合せ溶接部とした。三次元及び軸対称モデルによる残留応力を詳細に比較し、配管形状及び溶接条件の影響について検討を行った。
森 裕章*; 勝山 仁哉; 望月 正人*; 西本 和俊*; 豊田 政男*
no journal, ,
BWRの低炭素ステンレス鋼製炉心シュラウドにおいて応力腐食割れ(SCC)の発生が問題となっている。同SCCは表層を加工された溶接部近傍で発生しており、溶接残留応力と加工硬化の影響が指摘されている。そこで本研究では、発生したSCCの中でも、IGSCCに着目し、発生原因を明らかにするため、粒界すべりに及ぼす溶接残留応力と加工硬化の影響について検討を行った。圧延により作製した付加歪のことなる試験片を用いて粒界すべり量を定量評価するとともに、定電位腐食試験を行い、粒界すべり量が大きいほど粒界腐食がより顕著になることを明らかにした。
伊原 涼平*; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; 橋本 匡史*; 三上 欣希*; 望月 正人*
no journal, ,
近年、Type316Lステンレス鋼製の炉心シュラウドや再循環系配管の溶接部近傍において応力腐食割れが顕在化している。このような非鋭敏化材における応力腐食割れの発生及び進展の評価に対しては、溶接や機械加工により生じる残留応力分布が重要である。本研究では、溶接部において機械加工により生じる残留応力分布を、機械加工の速度を変化させた数値解析により評価した。その結果、速度の増加に伴い表面の残留応力は増加する傾向があるものの、硬化層はいずれも表面から0.2mm程度と狭いことが示された。
Zhang, S.; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; 橋本 匡史*; 辻 明宏*; 岡野 成威*; 望月 正人*
no journal, ,
構造材料の強度や安全性に非常に影響を与えることが知られている溶接残留応力を制御するためには、残留応力が形成される溶接過程における温度履歴と組織,構造、そして応力を明らかにし、それをシミュレーションと対比する等の評価が必要不可欠である。本研究は、単色放射光X線回折を利用した、溶接過程における応力,固相変態などの結晶状態をその場測定し、冶金学的に溶接金属の応力及び固相変態挙動を明確にすることを目的とする。われわれはビード溶接の二方向応力が測定できるTIG溶接システムを開発し、二次元検出器システムと組合せて、スポット溶接直後連続冷却過程、フェライト相の格子定数、及び応力の時間変化を0.1秒の高時間分解能で取得することに成功した。
Zhang, S.; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; 橋本 匡史*; 辻 明宏*; 岡野 成威*; 望月 正人*
no journal, ,
In the structural material, it is important to decrease the residual stress of the welded joints because residual stress generated by welding promotes brittle fracture, stress corrosion cracking. Mathematical model has been used to evaluate residual stresses around welding. In the welding simulation, the physical properties can be measured by thermal simulation experiments. However, it is difficult to simulate those residual stresses, because the welding process was quite complex. In order to resolve this problem, it is necessary to clarify physical properties such as stress, strain and thermal expansions during welding process. In this study, we has been developed an in-situ stress measurement system using synchrotron radiation X-rays at BL22XU at SPring-8. Residual stresses to the transverse and longitudinal distributions in the heat affected zone (HAZ) have been investigated with a time resolution of 0.1 seconds.
野村 侑生*; 岡野 成威*; 青木 聡; 門井 浩太*; 望月 正人*
no journal, ,
SCC感受性評価のための定ひずみ試験における力学的状態の把握を目的とし、有限要素解析を用いてその試験片の作製過程を模擬した。定ひずみ試験としてU字曲げ試験片を採用し、試験片寸法やU字曲げの曲率半径の違いによって、U字曲げ試験片頂上部の応力-ひずみ分布の傾向が異なる場合があることが明らかになった。そして、ひずみの計算式などに基づいてこれらの力学的状態の定量的な評価を試みた。
