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Lam, T.-N.*; Chin, H.-H.*; Zhang, X.*; Feng, R.*; Wang, H.*; Chiang, C.-Y.*; Lee, S. Y.*; 川崎 卓郎; Harjo, S.; Liaw, P. K.*; et al.
Acta Materialia, 245, p.118585_1 - 118585_9, 2023/02
被引用回数：8 パーセンタイル：80.32(Materials Science, Multidisciplinary)The present study investigates the crystallographic-texture effects on the improved fatigue resistance in the CoCrFeMnNi high-entropy alloys (HEAs) with the full-size geometry of the ASTM Standards E647-99. We exploited X-ray nano-diffraction mapping to characterize the crystal-deformation levels ahead of the crack tip after stress unloading under both constant- and tensile overloaded-fatigue conditions. The crack-tip blunting-induced much higher deformation level was concentrated surrounding the crack-tip which delays the fatigue-crack growth immediately after a tensile overload. The predominant deformation texture orientation in the Paris regime was investigated, using electron backscatter diffraction and orientation distribution function analyses. The twinning formation-driven shear deformation gave rise to the development of the Goss-type texture within the plastic deformation regime under a tensile-overloaded-fatigue condition, which was attributed to enhance the crack deflection and thus the tensile induced crack-growth-retardation period in the CoCrFeMnNi HEA.
林 真琴*; 菖蒲 敬久
Residual Stress, p.100 - 132, 2021/00
構造材料は使用中に疲労破壊したり、応力腐食割れを発生することがある。その原因の1つに構造材料の製造過程における熱処理や加工により発生する残留応力がある。その残留応力を測定する手法にはさまざまなものがある。本書では実験室X線や放射光X線、中性子に始まり、超音波や磁気的な手法による測定技術を紹介する。加えて、各種材料における加工や溶接による残留応力の測定例、実機における測定例、残留応力の静的および繰返し荷重による変化挙動、さらにはその変化挙動に基づく疲労余寿命の評価手法などを概説する。
若井 隆純; 小林 澄男; 加藤 章一; 安藤 勝訓; 高正 英樹*
Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 7 Pages, 2017/07
異材溶接継手構造モデルに対する熱疲労試験について述べる。JSFR設計においては、IHXとSGにフェライト-オーステナイト異材溶接継手が発生する。JSFRの機器では、クリープ疲労が最も重要な破損様式であるが、異材溶接技手に対するクリープ疲労強度評価法は確立されていない。評価法を開発し検証するためには、構造物試験が必要である。そこで、周方向に改良9Cr-1Mo鋼-SUS304の異材溶接継手を有する厚肉円筒に対する熱疲労試験を行った。これらの鋼種の熱膨張係数は大きく異なることから、中間にNi基合金がバタリング溶接された。試験後の解体検査で、SUS304側熱影響部と改良9Cr-1Mo鋼側熱影響部に深いき裂が観察された。SUS304母材表面には亀甲状のき裂が多数見られた。有限要素解析に基づく疲労損傷評価の結果、最大の疲労損傷はSUS304側熱影響部に発生すると評価された。また、SUS304母材部の疲労損傷も大きく評価された。これらの評価結果は、実験結果とよく一致する。しかし、改良9Cr-1Mo鋼側熱影響は、比較的小さい疲労損傷と評価されたにもかかわらず、深いき裂が観察された。この原因を究明するため、数値解析と金属組織観察を実施した。
Lu, K.; Li, Y.
AIMS Materials Science, 4(2), p.439 - 451, 2017/03
If multiple discrete cracks are detected in structural components, the combination rules provided in fitness-for-service (FFS) codes are employed to estimate the remaining lives of the components by fatigue crack growth (FCG) calculations. However, the specific criteria for combination rules prescribed by various FFS codes are different. This paper presents FCG calculations for two adjacent surface cracks in a flat plate using different combination criteria. Three different crack aspect ratios of 0.05, 0.15 and 0.5, and a nominal distance of 5 mm between the two cracks are investigated in the calculations. The results show that the FCG behaviors obtained by various codes are significantly different. In addition, the combination process of the two cracks is found to affect the crack shape development remarkably.
下村 健太; 加藤 章一; 若井 隆純; 安藤 勝訓; 廣瀬 祐一*; 佐藤 健一郎*
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 9 Pages, 2015/05
本研究は、SFR機器の設計基準が考えうるすべての破損様式をカバーしていることを確認するための実験的・解析的研究である。現行の設計基準におけるクリープ疲労損傷評価法は、従来のオーステナイト系ステンレス鋼(例えばSUS304)の実験や数値解析に基づいて構築されている。改良9Cr-1Mo鋼の材料特性はオーステナイト系ステンレス鋼のそれらとはかなり異なるので、現行の設計基準の改良9Cr-1Mo鋼製機器への適用性を確認する必要がある。両側切欠きを有する改良9Cr-1Mo鋼試験片に対する30分のひずみ保持を伴う単軸クリープ疲労試験を実施した。キリカキ底の半径は、1.6mm, 11.2mmと40.0mm。1.6mmと11.2mmの切欠き試験片は切欠き底から破損したが、40.0mmの切欠き試験片は明らかに内部から破損した。また、保持時間は合計わずか2,000時間程度であるにもかかわらず、多くのクリープボイドと、粒状界き裂成長が観察された。このような特異な破損様式の原因を究明するため、いくつかの追加実験と数値解析を実施した。それらの結果から、このような特異な破損様式の原因を絞り込むことができた。最大の要因をはっきりさせるための将来の計画も提案した。
江里 幸一郎; 鈴木 哲; 佐藤 和義; 秋場 真人
Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.820 - 824, 2004/08
被引用回数：6 パーセンタイル：40.72(Materials Science, Multidisciplinary)核融合炉用高熱流束機器用高性能冷却管開発の一環として、冷却内面に三角フィンを加工した冷却管を提案している。この冷却管では、三角フィンを簡単なねじ切り加工で形成しており、スクリュウ管と呼ばれる。本研究では、これまでの実験の結果、最も高い限界熱流束が得られたM10ピッチ1.5のスクリュウ管の熱疲労実験を実施した結果を報告する。供試体は銅合金(CuCrZr)熱シンクにネジを切った冷却管を用い、ダイバータ形状を模擬した熱シンクには1.5mm幅のスリット加工を施している。熱疲労試験は原研にある電子ビーム照射装置で、核融合炉条件を模擬した片側からの熱負荷条件(20及び30
,10秒加熱・10秒冷却)で実施した。冷却管スリット部からの水漏れは熱負荷条件で約4500サイクル、30条件で約1400サイクルにて発生した。これらの疲労寿命は有限要素解析結果をもとにしたManson-Coffin則による寿命評価とよく一致している。断面観察の結果、疲労亀裂はスリット部外側加熱側から生じ、管断面を冷却面側へ進展していることが判明した。本冷却管をダイバータに適用する際に懸念されていた冷却管内面のネジ谷からの亀裂発生がないことを実験的・解析的に示した。
き裂発生原因の調査ワーキンググループ
JAERI-Tech 2003-060, 183 Pages, 2003/07
JAERI-Tech-2003-060.pdf:55.37MB
日本原子力研究所大洗研究所の材料試験炉(JMTR)において、平成14年12月10日に一次冷却系統の精製系統充填ポンプNo.1の出口配管に取り付けられた圧力計導管に水漏れが確認された。また、水漏れ停止後に行った外観観察及び浸透探傷試験の結果、当該圧力計導管にき裂が確認された。このため、水漏れ発生の原因と対策及び安全管理への取組みについて検討するために、日本原子力研究所内外の専門家から構成する「JMTR計測用配管水漏れ調査検討委員会」が平成14年12月16日に設置された。これを受けて、当該圧力計導管におけるき裂発生の原因を調査するためのワーキンググループを材料試験炉部に設置し、圧力計導管とその溶接部分を含む試料を切り出し、ホットラボ施設において外観検査,破面観察,金属組織観察,硬さ測定等を実施した。本報告書は、これらのデータをまとめたものである。
本岡 隆文; 木内 清
Corrosion, 58(8), p.703 - 709, 2002/08
被引用回数：11 パーセンタイル：57.59(Materials Science, Multidisciplinary)硝酸に対して優れた耐食性を有するTi-5Ta合金とジルコニウムは、再処理機器材料に使用されている。しかし、ジルコニウムは応力腐食割れ感受性を有する。応力腐食割れが疲労亀裂成長に与える影響を明らかにするため、17%硝酸溶液中で、Ti-5Ta合金とジルコニウム の疲労亀裂成長挙動を調べた。Ti-5Ta合金は、硝酸中でも大気中とほとんど同じ亀裂成長挙動を示した。破面には、延性ストライエーションが見られた。ジルコニウムは、著しく硝酸中で亀裂が速く進展した。亀裂成長は、擬劈開と塑性変形が相互に関与した割れ形態に影響されていた。硝酸溶液中でのTi-5Ta合金とジルコニウムの疲労亀裂成長の違いは、すべり系と耐食性の違いによるものと考えられた。
本岡 隆文; 木内 清
Corrosion, 58(6), p.535 - 540, 2002/06
被引用回数：5 パーセンタイル：40.02(Materials Science, Multidisciplinary)ジルコニウムの疲労亀裂成長挙動を、沸騰硝酸中と室温大気中で荷重制御下で研究した。大気中での疲労亀裂成長は金属組織に強く影響を受けた。これはジルコニウム特有のHCP構造に起因する機械的強度の異方性が原因であった。硝酸中では大気中に比べて約4倍亀裂成長が速かった。硝酸中では、亀裂成長は特徴的な機構で行われていることが破面観察からわかった。つまり、破面形態は、応力腐食割れ時に見られる擬劈開面と大気中で見られる疲労ストライエーションが混在したものであった。亀裂成長速度が低いところでは 擬劈開面が支配的であり、亀裂成長が速いところでは延性破面が支配的であった。
本岡 隆文; 木内 清
Materials Transactions, 43(5), p.1220 - 1224, 2002/05
被引用回数：2 パーセンタイル：23.96(Materials Science, Multidisciplinary)沸騰硝酸中で優れた耐食性を示すジルコニウム,ニオブ及びチタン合金のようなリフラクトリー金属は、使用済燃料再処理施設の構造材料として使用されている。本研究では、沸騰3N硝酸中と室温大気中で、荷重制御の試験によりこれらの金属の疲労き裂進展速度を応力拡大係数範囲の関数として調査した。破断面は走査型電子顕微鏡により観察した。ジルコニウムとニオブのき裂成長速度は、空気中のそれと比較して沸騰硝酸中で加速した。腐食疲労によるき裂進展の加速現象は、Ti-5Ta合金では認められなかった。Ti-5Ta合金の破断面は両環境中で延性ストライエーションを示した。他方、ニオブの破断面は、空気中では疲労ストライエーション,硝酸中では脆性ストライエーションを示した。硝酸中のジルコニウムの破断面は脆性破壊と応力腐食割れに関連した延性破壊を示した。
本岡 隆文; 木内 清
Proceedings of the 2nd International Conference on Environment Sensitive Cracking and Corrosion Damage (ESCCD 2001), p.374 - 378, 2001/11
沸騰硝酸溶液中で優れた耐食性を示すリフラクトリー金属のうち、ジルコニウム,ニオブ,Ti-5Ta合金の腐食疲労進展挙動を沸騰3規定硝酸と室温大気中で調べた。ジルコニウムとニオブは、硝酸中では、腐食疲労により亀裂進展が加速した。一方、Ti-5Ta合金では亀裂進展は加速しなかった。Ti-5Ta合金の破断面には、両環境とも疲労の痕跡が認められた。ニオブでは、大気中では疲労破面、硝酸中では腐食疲労破面が観察された。ジルコニウムは、疲労と脆性破面が混在する特徴的な形態を示した。亀裂進展速度と破面様相の材料間の異なりは、結晶構造,応力腐食割れ感受性,耐食性の異なりと関連している。
鴻巣 真二*; 木代 智博*; O.Ivano*; 布谷 嘉彦; 中嶋 秀夫; 辻 博史
材料, 45(1), p.38 - 42, 1996/01
核融合装置での超電導磁石の支持構造材候補の1つである、新たに開発したオーステナイト系ステンレス鍛造材(12Cr-12Ni-10Mn-5Mo-0.2N)に対して鋭敏化熱処理を行い、この熱処理が、引張り特性と疲労き裂進展特性に与える影響を明らかにした。材料が溶接などの熱履歴を受けることは構造体と考えた場合には避けられないので、疲労き裂進展挙動がどのような影響を受けるかについて明らかにする必要がある。
鴻巣 真二*; 木代 智博*; O.Ivano*; 布谷 嘉彦; 中嶋 秀夫; 辻 博史
Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 18(6), p.671 - 678, 1995/00
被引用回数：1 パーセンタイル：19.21(Engineering, Mechanical)核融合装置での超電導磁石支持構造材として、新たにオーステナイトステンレス鋼(12Cr-12Ni-10Mn-5Mo-0.2N)を開発した。このステンレス鋼造材を用いて、4.2Kでの疲労き裂進展特性を測定した。構造材が溶接により熱履歴を受けることは避けられないので、鋭敏化熱処理を行った材料を用いて測定、比較し、その影響を調べた。その結果、最大荷重(Pmax)で規格化したき裂開口荷重Pop/Pmaxは、鋭敏化熱処理により大きくなることが見い出された。
磯崎 敏邦; 柴田 勝之
LBB95: Specialist Meeting on Leak Before Break in Reactor Piping and Vessels, 0, 10 Pages, 1995/00
LBB(破断前漏洩)とは、き裂が貫通した配管からの冷却水漏洩を検知し、その後原子炉停止等の手段を講じることにより、配管の破断を未然に防止する技術的手法を言う。したがって、LBBの成立にはき裂寸法と漏洩量が重要なパラメータとなる。漏洩量について実験と解析が世界的に実施されているが両者が一致しない。漏洩量は臨界流量とき裂開口面積の積で表わされる。原研で実施した漏洩試験の結果に基づき、周方向き裂からの漏洩による試験配管表面温度がき裂開口面積に与える影響について述べた。試験配管と金属保温材間の環状空間に漏れた冷却水が停滞し配管底部が濡れて100
Cに保持される。すると配管底部は熱収縮しその結果き裂は配管の開口する。その結果、漏洩量が増えLBB成立には有利であることを示した。さらに有限要素法によるADINAコードを用い、実験で得られた配管表面温度を入力させてき裂下向面積を解析し実験結果を裏付けた。
柴田 勝之
材料力学講演会講演論文集, Vol. B, p.149 - 151, 1991/00
配管のLBB評価においては、複数疲労き裂が発生し、大きな未貫通き裂に成長する可能性や、このき裂から破断が発生する可能性についての検討が必要である。本報では、複数疲労き裂の進展を考慮したLBB評価法を検討するとともに、BWR再循環系配管についてLBB成立性を評価した。複数き裂を考慮する方法として複数き裂が成長し、肉厚貫通と同時に合体すると仮定してき裂寸法が最大となる条件を検討した。この複数き裂の考慮に基づきBWR再循環系配管のLBB評価を行った結果、口径4インチ以上の配管でLBBが成立することが分った。
篠川 英利; 柴田 勝之; 磯崎 敏邦
JAERI-M 90-050, 106 Pages, 1990/03
軽水型原子力プラントで使用する配管の構造安全設計基準へLBB概念を導入するための研究の一環として、配管貫通き裂からの冷却材漏洩量を評価するためのプログラムを作成した。本プログラムの漏洩流量評価モデルではHENRYの臨界流モデルとMOODYの二相流モデルとを使用し、配管き裂開口変位の計算にはTada-Parisの式を使用している。き裂形状、内圧、配管寸法、流体温度、曲げ応力を入力する事で、冷却材の漏洩量の計算が行なえる。また、逆に必要な冷却材漏洩量を荷重条件を入力する事でき裂の大きさを決める事もできる様にした。また、配管貫通き裂からの漏洩量だけでなく、長方形スリット形状からの漏洩量評価も行なえる様にした。
菊地 賢司; 横堀 寿光*; 二川 正敏; 武藤 康
日本機械学会論文集,A, 52(477), p.1228 - 1231, 1986/00
高温クリープ・疲労相互作用による破壊モードを考慮すべき高温部材にVHTRの高温機器要素がある。そこで、高温配管や中間熱交換器に使用されるNi基耐熱合金を用いて、切欠きから発生・成長するき裂の挙動に及ぼす応力保持時間の効果を検討した。その結果、無次元き裂発生寿命は(保持時間)/(上昇時間)≧10で高温クリープの値と一致した。また、保持時間が50S以上の場合、き裂成長速度は切欠き開口変位速度と対応することなどが明らかとなった。
柴田 勝之; 横山 憲夫; 大塚 敏弘*; 川村 隆一; 宮園 昭八郎
日本原子力学会誌, 27(3), p.250 - 261, 1985/00
被引用回数：13 パーセンタイル：81.94(Nuclear Science & Technology)複数表面き裂の伝播問題は構造機器の疲労寿命評価において実用上の重要性が高い問題であり、この観点からこれまで多くの研究が行われてきたが、表面効果や干渉効果等について未だ明らかでない面も多い。本研究では、上記の表面効果や干渉効果について実験的に検討するために、複数表面欠陥付平板試験片を用いて3ケースの疲労き裂伝播試験を行った。試験結果から表面効果および干渉効果について評価式が得られた。これらの評価式を基にき裂形状変化を含めた複数表面き裂の伝播予測法を提案するとともに試験結果と比較した。さらに、表面き裂の伝播中における形状変化や非合体隣接き裂判定法についても検討した。
須藤 亮*; 宮園 昭八郎
JAERI-M 83-086, 103 Pages, 1983/06
軽水炉圧力容器鋼の中性子照射脆化に関する海外(米国、フランス、西ドイツ、イギリス)での最近の研究動向を調査した。調査結果は1)照射脆化感受性に及ぼす鋼材の化学成分の影響、2)照射材の照射後焼鈍による靭性の回復、3)破壊力学的手法による照射材の靭性評価、4)疲労き裂進展挙動に及ばす照射の効果、に分類した。1)では、銅(Cu)、リン(P)、ニッケル(Ni)等の影響、およびRegulator Guide等の現行のGuidelineの妥当性を評価、検討した研究が含まれている。2)では、照射脆化の進行を押えるための照射後焼鈍条件、焼鈍方法等を検討した研究が示されている。3)では、照射材の破壊靭性値とシャルピー衝撃値とを相関づけた研究、弾塑性破壊力学に基づく照射材のJ-R曲線を求めた研究等が示されている。4)に関しては、大気中での照射材の疲労き裂進展挙動を調べた研究が多く、実機環境中での研究は現段階では比較的少ない。
近藤 達男; 中島 甫; 新藤 雅美; 鈴木 富男; 木内 清; 菊地 正彦; 辻 宏和; 塚田 隆; 鈴木 正彦*; 高橋 秀明*; et al.
JAERI-M 82-062, 23 Pages, 1982/06
SA533B鋼厚板の溶接熱影響部に沿ったき裂成長に及焦点を当てて、溶接熱影響部に繰返し現れるミクロ組織に対応した組織を有するバルクの材料について、BWR近似水中で疲労き裂成長試験を実施した。大気中における予備試験では、ミクロ組織や応力比の如何によらずほぼ同一のき裂成長挙動を示した。高温水中における低応力比の試験では大気中と比較してき裂成長の加速が認められるが、加速の程度はミクロ組織に依存しない。高温水中における高応力比の試験では油焼入材のみが著しい環境加速型き裂成長を示した。溶接熱影響部におけるき裂成長挙動のミクロ組織依存性とミクロ組織の異なるバルクの材料におけるき裂成長挙動は、溶接部の引張残留応力を考慮することにより矛盾なく説明することが出来る。
