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報告書

急速加熱による円筒の内圧破断に関する構造健全性評価手法の研究

小峯 龍司; 和田 雄作

PNC TN9410 98-086, 135 Pages, 1998/08

PNC-TN9410-98-086.pdf:8.3MB

蒸気発生器伝熱管破損に起因する隣接伝熱管への破損伝播メカニズムとして、ナトリウム-水反応により急速に伝熱管壁が加熱され破断に至るいわゆる高温ラプチャ現象が考えられる。本研究では、この現象を急速加熱による円筒の内圧破断としての構造強度問題に置き換え、その健全性評価方法を実験と解析に基づき検討した。得られた成果は以下の通り。(1)応力算定法については、内圧破断評価に対して従来の経験式が適用できることが、実験だけでなく詳細FEM弾塑性大変形解析の結果からも示された。(2)高温ラプチャ対象温度領域では非常に短時間の現象であってもクリープ効果が影響し、JIS高温引張試験に従ったひずみ速度では遅過ぎて、時間依存効果を正確には評価できないことが明らかとなった。(3)もんじゅ蒸発器を対象に、2と1/4Cr-1Mo鋼に関して、数分以内の非常に短時間のクリープ破断試験とJIS引張試験よりも2桁近くひずみ速度が速い10%/secの高速引張試験を実施し、構造健全性評価に適用できる強度基準値を定めた。(4)別途実施した伝熱管の一連の内圧破断試験(TRUST-2ガス圧試験)結果を引用することで、上記の応力算定法と強度基準値による構造健全性評価手法の妥当性が示された。(5)もんじゅ過熱器の評価に必要なSUS321の強度基準値を、2と1/4Cr-1Mo鋼に適用した方法に準じて定めた。

報告書

Mod.9Cr-1Mo鋼のクリープ寿命評価に関する研究,2;クリープ中断材の損傷組織の定量化,先行基礎工学分野に関する平成9年度報告書

澤田 浩太; 丸山 公一; 小峰 龍司; 永江 勇二

PNC TN9410 98-018, 32 Pages, 1998/02

PNC-TN9410-98-018.pdf:0.71MB

高速炉の蒸気発生器材料として開発されたMod.9Cr-1Mo鋼は,細長い板状マルテンサイトが束となった組織を有している。これをマルテンサイトラス組織という。クリープ中にはラスの大きさの増加や転位密度の減少といった組織の回復が起きる。この組織回復は加速クリープを引き起こし,材料は最終的には破断する。本報では,マルテンサイトラス組織のラス幅(個々の細長い板状のマルテンサイトの幅)に注目し,クリープ寿命評価因子としての可能性を種々のクリープ中断試験により検討した。本鋼の焼き戻し温度(1053K)は試験温度(848$$sim$$923K)に比べて高く,ラス組織は熱的に安定である。しかし,クリープ中には応力の影響を受けてラス組織が回復する。ラス幅はクリープひずみの増加に伴い増加し,応力によって決まる平衡値に飽和する。ラス幅の増加は,高温・高応力ほど早い。そこで試験条件の影響を受けない指標として,以下に示すラス幅の変化率を導入した。$$Delta$$d/$$Delta$$ds:ラス幅の変化率$$Delta$$d=d-d0,$$Delta$$ds=ds-d0ここで,dは時間tでのラス幅,d0は初期のラス幅,dsはラス幅の飽和値(応力で決まる)である。$$Delta$$d/$$Delta$$dsとクリープひずみの関係は,試験条件に依存しない。したがって,加速試験により得られた$$Delta$$d/$$Delta$$dsとひずみの関係は,実機条件にも適用できる。以上から,ラス幅を測定すれば,クリープひずみが推定でき,このひずみ量から推定クリープ曲線を使ってクリープ寿命比を求めることができる。

報告書

Mod.9Cr-1Mo鋼のクリープ寿命評価に関する研究,1; クリープ破断材の損傷組織の定量化,先行基礎工学分野に関する平成8年度報告書

澤田 浩太; 丸山 公一; 小峰 龍司; 永江 勇二

PNC TN9410 97-035, 41 Pages, 1997/03

PNC-TN9410-97-035.pdf:1.87MB

材料がクリープ変形すると、種々の組織変化が起こる。これらの組織変化は、クリープ寿命の推定に使用できる場合がある。本報では、高速炉の蒸気発生器材料として開発されたMod.9Cr-1Mo鋼のクリープ変形に伴う組織変化を調査し、どの組織因子が寿命評価において適切かを検討した。巨視的な組織変化であるボイド成長,ラス組織の応力軸方向への配向,結晶粒の伸びはくびれ部のみで顕著である。したがって、これらの組織変化は寿命評価には使用できない。微視的な組織因子のうち、ラス幅,ラス内の転位密度は変形により大きく変化する。変形初期からラス幅は増加し、転位密度は減少する。これらの組織変化は三次クリープ域の変形加速の原因である。ラス幅,ラス内の転位密度は、破断前に飽和値に達する。飽和値は温度に依存せず、応力のみによって決まる。本材料が実際に使用される低応力では、これらの組織因子が大きく変化する。したがって、ラス幅,ラス内の転位密度は寿命評価に有用な組織因子である。変形部の硬さは、ラス幅,ラス内の転位密度と相関があり、硬さ測定により、これらの組織変化を評価することが可能である。

論文

改良9Cr-1Mo鋼のクリープ変形中の組織変化と寿命評価

澤田 浩太*; 丸山 公一*; 小峰 龍司; 永江 勇二

鉄と鋼, 83(7), p.466 - 471, 1997/00

高速増殖炉の蒸気発生器材料として開発された改良9Cr-1Mo鋼のクリープ寿命評価手法の確立を目的として、クリープ破断材および中断材の組織観察を光学顕微鏡と透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した。また、硬さ測定により内部組織を推定できるかを検討した。その結果、以下のことがわかった。(1)TEM観察により、マルテンサイト・ラスのラス幅がクリ-プ変形にともない変化し、その飽和値が温度に依らず応力のみによって決定される。(2)ラス幅は変形初期から変化することから、寿命初期から寿命評価の手段として使用できる可能性がある。(3)破断後の硬さとラス幅には一定の関係があり,硬さ測定によってラス幅が測定できる。

報告書

高速炉構造用316の材料強度基準等(案)

渡士 克己; 青砥 紀身; 青木 昌典; 小峯 龍司; 伊藤 卓志; 長谷部 慎一; 加藤 章一; 小井 衛; 和田 雄作

PNC TN9410 93-142, 120 Pages, 1993/06

PNC-TN9410-93-142.pdf:6.08MB

「高速炉構造用316」(略称316FR)は、クリープ疲労強度の向上を目指して、従来高速炉に用いられてきたSUS316の化学成分をベースに開発した高速炉の構造材料である。本報は、これまでに実施してきた研究開発結果を、316FRの材料強度基準(案)並びに特性の説明として取りまとめたものである。本報に示す材料強度基準(案)は、「高速原型炉高温構造設計指針材料強度基準等」に規定された全項目を含むとともに、書式についても整合性を有している。また、「高速原型炉第1種機器の高温構造設計指針」に規定される項目のうち、鋼種毎に定められる「1次及び2次応力に関する緩和クリープ損傷係数」並びに「ピーク応力に関する緩和クリープ損傷係数」も、本材料強度基準等(案)に含まれる。

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