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興津 貴隆*; 北條 智彦*; 諸岡 聡; 宮本 吾郎*
鉄と鋼, 110(3), p.260 - 267, 2024/02
We have investigated the dynamic tensile properties of 4, 5, 6-mass%-Mn-containing low carbon steels with multi-phase microstructures containing retained austenite. The five materials used were classified into two groups. The first group of materials, with around 10% of retained austenite, showed normal strain rete dependence of yield strength (YS) and tensile strength (TS) as in conventional high strength steels. The second group of materials, containing 25-36% of retained austenite, exhibited L
ders elongation showed also normal strain rate dependence in YS and flow stress at Lders deformation, but TS varied in a complex manner. Among the second group, in the 4 Mn steel, TS was nearly constant at strain rates below 1 s
but increased slightly at higher strain rates. In the 5 and 6 Mn steels, TS once decreased up to the strain rate of 1 or 10 s, and then began to increase at higher strain rates. These behaviors were discussed in terms of temperature rise during plastic deformation causing suppression of martensitic transformation, and thermal stability of retained austenite. In the 4 Mn steel with relatively unstable retained austenite, almost all the austenite transforms regardless of strain rate. In the 5 and 6 Mn steels, where the retained austenite is moderately stable, strain induced transformation of austenite continues up to high plastic strain, providing a good balance of strength and ductility. At high strain rate, TS decreases slightly due to temperature rise, but at higher strain rates than 1 s, the strain rate sensitivity of flow stress in ferrite become prominent and the flow stress increases.
広田 憲亮; 中野 寛子; 藤田 善貴; 武内 伴照; 土谷 邦彦; 出村 雅彦*; 小林 能直*
The IV International Scientific Forum "Nuclear Science and Technologies"; AIP Conference Proceedings 3020, p.030007_1 - 030007_6, 2024/01
沸騰水型原子炉を模擬した高温高圧水中環境下では、溶存酸素量(DO)の変化により動的ひずみ時効(DSA)と粒界型応力腐食割れ(粒界SCC)がそれぞれ発生する。これらの現象の違いを明確に理解するために、その発生メカニズムを整理した。その結果、SUS304ステンレス鋼では、DOが1ppb未満の低濃度では粒内割れによるDSAが発生し、DOが100
8500ppbでは表面の酸化膜形成によりDSAは抑制されることがわかった。一方、DOが20000ppbまで上昇すると、皮膜が母材から剥離し、母材の結晶粒界に酸素元素が拡散し、粒界SCCが発生した。これらの結果から、DSAや粒界SCCによるクラック発生を抑制するためには、最適なDO濃度を調整する必要があることが示唆された。
小川 文男*; 中山 雄太*; 旭吉 雅健*; 橋立 竜太; 若井 隆純; 伊藤 隆基*
Transactions of the Indian National Academy of Engineering (Internet), 7(2), p.549 - 564, 2022/06
改良9Cr-1Mo鋼の非比例多軸クリープ疲労負荷におけるひずみエネルギーベースの寿命評価法を提案する。非弾性ひずみエネルギー密度は、ヒステリシスループ内の面積として算出した。また平均応力の影響を実験的に検討し、非弾性ひずみエネルギー密度とクリープ疲労寿命の関係を調べた。ヒステリシスループの調査から、最大応力の低下は破損寿命の延長につながるが、ひずみ保持中の応力緩和は強度低下を引き起こすことがわかった。そこで、ヒステリシスループの最大応力とひずみ保持中の最小応力の影響を考慮した非弾性ひずみエネルギー密度の補正法を提案し、単軸および非比例多軸荷重のひずみエネルギー密度を求めた。これらの結果をもとに、非比例多軸荷重下でのクリープ疲労寿命を支配するメカニズムについて考察した。
朝日 良光; 嶋村 圭介*; 小林 秀和; 小高 亮
JAEA-Technology 2021-026, 50 Pages, 2022/03
JAEA-Technology-2021-026.pdf:6.29MB
東海再処理施設では、使用済み核燃料の再処理に伴い発生した高レベル放射性廃液のガラス固化処理を、ガラス固化技術開発施設(Tokai Vitrification Facility; TVF)に設置した液体供給式直接通電型セラミック溶融炉(Liquid-Fed Ceramic Melter; LFCM)方式のガラス溶融炉にて行っている。LFCM方式のガラス溶融炉では、廃液に含まれる白金族元素の酸化物が析出して溶融ガラスの粘性が高まることで、溶融ガラスを流下し尽くした後にも粘性の高いガラスが炉内底部に残留する傾向がある。これがガラスの通電加熱特性に影響するのを防ぐため除去する必要があるが、この作業には時間を要する。固化処理を早期に完了するため、日本原子力研究開発機構では、白金族元素の炉内への蓄積量低減をねらった新しい炉へ更新する計画である。これまでの設計プロセスから、次期溶融炉の炉底・ストレーナ形状について複数の候補形状が考案されており、本報では、それらの中から、運転操作性や白金族元素粒子の排出性が現行溶融炉と同等以上の性能を持つ次期溶融炉の炉底・ストレーナ形状を選定する。はじめに、考案された3種類の炉底形状に対し、ガラス固化体1本分を製造する溶融炉の運転について3次元熱流動計算を用いてシミュレートし、溶融炉内のガラス温度分布の推移を比較した。これらの結果に溶融炉としての技術的・構造的な成立性を加味し、次期溶融炉の炉底形状には傾斜角45
の円錐形状を採用した。次に、5種類のストレーナ形状について3次元のCFD計算を用いて流路抵抗と炉底付近に滞留する高粘性流体の排出割合を見積もり、それぞれ、現行炉と同等以上の性能を持つことを確認した。また、アクリル製の炉底形状模型を用いたシリコーンオイルを充填・流下する実験を行い、流下中の流動場には流動抵抗を生じさせる渦が発生しないことを確認した。また、レンガ片による流下ノズル閉塞防止機能が十分な性能を持つことを確認した。これらの結果を踏まえてストレーナ形状を選定した。
菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 村松 壽晴*
SPring-8/SACLA利用研究成果集(インターネット), 9(5), p.318 - 323, 2021/08
レーザー溶接は、照射領域が非常に小さく、制御も簡便であることから様々な金属材料に対してすでに実用化されている。本研究では実用化が期待されている異種材料レーザー溶接の課題の1つである、加工影響部付近のひずみ・応力・変形等について高エネルギー放射光X線回折法により評価した。銅と鉄の異材接合に関して内部変形測定を行った結果、線膨張係数が高い銅側はほとんど変形しておらず、鉄側に強い引張ひずみと熱影響部に塑性変形領域が確認された。加えて、鉄の塑性変形領域には銅が混ざったことが原因と思われる残留オーステナイト相が観測され、混在する金属材料中の材料強度評価にさらなる課題が明らかなとなった。
Su, Y. H.; 及川 健一; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 堀野 孝*; 井戸原 修*; 三阪 佳孝*; 友田 陽*
Scientific Reports (Internet), 11, p.4155_1 - 4155_14, 2021/02
被引用回数：16 パーセンタイル：73.11(Multidisciplinary Sciences)A time-of-flight Bragg-edge neutron transmission imaging was used to investigate the microstructure and strain distributions in a gear hardened by a newly developed two-step induction-heating method: precursor (Sample 1) and final product (Sample 2). The edge- position and edge-broadening were determined and mapped with high spatial resolution, which enabled us to confirm the two-dimensional distributions of the microstructure and residual strain. A deep hardened layer was made for Sample 1 in which martensite was formed on the entire teeth and the outer peripheral portion of the gear body. Sample 2 was subjected to double induction-hardening, where a tempered martensite was formed as the thermal refined microstructure between a fine-grained martensite at the tooth surface and a ferrite-pearlite microstructure at the core. The relationship between edge-broadening and the Vickers hardness described by a linear equation was employed to derive the elastic residual strain. The residual strain map for Sample 2 revealed that a steep compressive strain was introduced into the fine-grained martensite at the tooth surface by the super rapid induction- heating and quenching process. The reversal of tension was speculated to occur below 2 mm from the tooth tip, and the strain was almost zero in the core region.
下平 昌樹; 飛田 徹; 高見澤 悠; 勝山 仁哉; 塙 悟史
Proceedings of ASME 2020 Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2020) (Internet), 7 Pages, 2020/08
JEAC4206「原子炉圧力容器に対する供用期間中の破壊靭性の確認方法」では、加圧熱衝撃事象時の原子炉圧力容器(RPV)の健全性評価において、原子炉圧力容器内面のステンレスオーバーレイクラッド(クラッド)下亀裂(UCC)を想定し、亀裂先端の応力拡大係数がRPV鋼の破壊靭性値を上回らないことを定めている。本研究では、クラッドの存在が破壊靭性値に与える影響を評価することを目的に、UCCまたは表面亀裂を有する試験体を用いた3点曲げ破壊靭性試験と有限要素解析(FEA)を行い、UCCに対する塑性拘束効果の影響を調べた。その結果、UCCの破壊靭性値が表面亀裂に比べて高いことを実験的に示した。また、有限要素解析により、クラッドの存在によりUCCの塑性拘束効果が弱められることを示した。
菅野 未知央*; 町屋 修太郎*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 梶原 堅太郎*; 中本 達志*
Superconductor Science and Technology, 33(8), p.085003_1 - 085003_10, 2020/08
被引用回数：5 パーセンタイル：33.01(Physics, Applied)REBa
Cu
O
-delta (REBCO) composite tapes are candidate conductors for future accelerator magnets. Given that REBCO is a brittle oxide film, stress/strain management is important in the mechanical design of a magnet. Therefore, the strain state of a superconducting film should be predicted under various operating conditions. A quantum beam is a useful tool in evaluating the strain state of a superconducting material in a composite conductor. Although various cryogenic tensile testing machines, in combination with neutron beam and synchrotron radiation, have been developed, they are not necessarily optimized for measuring highly textured materials such as REBCO films. This study reports a novel cryogenic tensile testing apparatus that can be used at the beamline of a synchrotron radiation facility. In this system, a superconducting tape is cooled using a Gifford-McMahon (GM) cryocooler through 2.5 m long thermal links made of 5 N high-purity aluminum. This enables a compact cryogenic loading system that can be mounted on the goniometer of a beamline. Lattice strain measurements using synchrotron radiation were conducted at 40 K, 77 K, and 300 K for a commercially available (Y,Gd)BCO coated conductor at BL28B2 in SPring-8. The onset strain of film fracture determined from the lattice strain measurement at 77 K agreed well with the irreversible strain of critical current at the same temperature. The residual and fracture strain of the (Y,Gd)BCO film at 77 K was evaluated as well.
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久
E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 10(4), p.9 - 17, 2019/02
弾性異方性をもつ材料中では、塑性変形が発生した際に結晶間に応力差が生じており、これが材料破壊に深くかかわっていることが知られている。本研究では、高エネルギー放射光回折法を用いて、塑性変形させた材料中の荷重方向の残留応力を結晶方位ごとに調べた。その結果、残留応力はX線的弾性定数(回折面ごとに求められるヤング率)が高い指数では引張残留応力、低い指数では圧縮残留応力が発生していることがわかった。この結果は、材料強度を向上させる際、集合組織のように結晶方位を制御する技術に役立つと考えている。
鬼澤 高志; 橋立 竜太
Mechanical Engineering Journal (Internet), 6(1), p.18-00477_1 - 18-00477_15, 2019/02
316FR鋼と改良9Cr-1Mo鋼はナトリウム冷却高速炉(SFR)の構造材料への適用が検討されている。日本原子力研究開発機構は、経済性の向上と放射性廃棄物の削減を目的として、いくつかの革新的技術を提案しており、その中でも最も有効な手段の一つとして60年設計を採用することが挙げられている。60年設計を可能とするためには、日本機械学会規格に規定されている材料強度基準等を30時間から50万時間に延長しなければならないが、これには外挿性に優れたクリープ破断関係式及びクリープひずみ式が不可欠である。本論文では、長時間クリープ特性評価に基づいて、316FR鋼及び改良9Cr-1Mo鋼の高温・長時間におけるクリープメカニズムの変化を考慮したクリープ特性式の開発について述べる。開発したクリープ特性式は、現行の日本機械学会規格のクリープ特性式よりも、より正確な長時間クリープ特性評価が可能である。
Sn strand during cooling諏訪 友音*; 辺見 努*; 齊藤 徹*; 高橋 良和*; 小泉 徳潔*; Luzin, V.*; 鈴木 裕士; Harjo, S.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 28(3), p.6001104_1 - 6001104_4, 2018/04
被引用回数：1 パーセンタイル：7.59(Engineering, Electrical & Electronic)NbSn strands, whose properties are very sensitive to stress/strain, are utilized for ITER cable-in-conduit conductor (CICC) of the central solenoids. The NbSn strands experience temperature range of 1000 K from the temperature of the heat treatment with the initiation of the NbSn reaction to the operation temperature of 4 K. Due to this large temperature range, large thermal strain is induced in the NbSn filaments due to the differences between the coefficients of thermal expansion and Young's moduli of the components of the strand. Therefore, it is considered that initial performance of the CICC is influenced by the thermal strain on the NbSn, and it is important to evaluate the strain state of the NbSn strand at low temperature. In this study, the thermal strain of the components of free NbSn strand was measured by neutron diffraction and stress/strain state was assessed from room temperature to low temperature. As the results of diffraction measurements, it was found that 0.111 % and 0.209 % compressive strain were generated in NbSn filaments at 300 and 10 K, respectively.
Sn strand at cryogenic temperatureHarjo, S.; 川崎 卓郎; 辺見 努; 伊藤 崇芳*; 中本 建志*; 相澤 一也
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031001_1 - 031001_5, 2015/09
Measurements of thermal strains in the superconducting constituent (NbSn phase) in NbSn strand were performed using BL19 Takumi of MLF, J-PARC. Lattice parameters of NbSn phase change continuously with increasing temperature. To avoid the thermal expansion effect, lattice parameters of the filaments (extracted from the strand) measured at the same temperatures were used to estimate the thermal strains in NbSn phase. As results, thermal strains for axial direction below 50 K are kept roughly constant at large compressive values, while the values are much lower (the difference is 0.13%) than that measured at room temperature.
桑原 和道; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 高山 裕介
JAEA-Research 2015-005, 378 Pages, 2015/07
JAEA-Research-2015-005.pdf:125.5MB
JAEA-Research-2015-005.zip:0.53MB
本報告は、岩盤力学に関する調査研究のうち応力場の把握および岩盤の物理・力学特製の把握を目的として、瑞浪超深地層研究所の深度500mの研究坑道で実施した、深度500mを対象とした室内物理・力学試験、深度500mにおける円錐孔底ひずみ法による初期応力測定、深度500mにおけるDSCA法による初期応力測定、岩盤力学モデルの構築の成果を取りまとめたものである。
篠崎 崇; 三原 武; 宇田川 豊; 杉山 智之; 天谷 政樹
JAEA-Research 2014-025, 34 Pages, 2014/12
JAEA-Research-2014-025.pdf:6.05MB
EDC(Expansion-Due-to-Compression)試験は、燃料被覆管の機械特性試験の一手法であり、反応度事故(RIA)時におけるペレット-被覆管機械的相互作用(PCMI)に着目した試験手法である。本研究では、高燃焼度燃料被覆管に見られる"水素化物リム"を模擬するために外周部に水素化物を偏析させた未照射被覆管を使用し、高燃焼度燃料のRIA時に被覆管に負荷される機械的条件を模擬したEDC試験を実施した。試料の水素濃度および偏析した水素化物の厚みが増加すると、試験後試料の周方向残留ひずみが低下する傾向が見られた。また、RIA時に被覆管外面の水素化物に発生するき裂を模擬するため、外面に予き裂を有する被覆管(RAG管)を作製し、この試料を対象としたEDC試験を行った結果、試料の予き裂深さが増加するにつれて破損時の周方向全ひずみが低下する傾向が見られた。さらに、RAG管試料に軸方向引張荷重を負荷することで2軸応力状態とし、EDC試験を実施した。このような2軸応力状態では、単軸引張条件である通常のEDC試験と比較して破損時の周方向全ひずみが低下する傾向が見られた。
Sn strand subjected to bending strain広橋 雅元*; 村上 陽之*; 石山 敦士*; 植田 浩史*; 小泉 徳潔; 奥野 清
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.1721 - 1724, 2006/06
被引用回数：9 パーセンタイル：46.66(Engineering, Electrical & Electronic)NbSn CIC導体のITERへの適用性を実証するために試験したモデル・コイルで、臨界電流値とn値の劣化が観測された。この原因として、導体内の素線の局所的で連続的な曲げが考えられている。そこで、臨界電流値、及びn値に対するこのような連続曲げの影響を、より一般的に評価するために、新たなモデルを構築し、解析コードを開発した。本モデルでは、フィラメントのツイスト効果や、隣接するフィラメントだけでなく他の離れたフィラメントとの電気的接触も考慮した。解析手法として、分布定数回路方程式を差分法により離散化し、ニュートン・ラプソン法で非線形方程式を解いて、フィラメント間の転流を計算した。解析結果は、これまでの実験結果を比較的よく模擬したが、より精度の高い解析のためには、フィラメント間の抵抗のモデル化を改良する必要があることがわかった。
鈴木 元衛; 斎藤 裕明*; 更田 豊志
Nuclear Engineering and Design, 236(2), p.128 - 139, 2006/01
被引用回数：8 パーセンタイル：49.58(Nuclear Science & Technology)RIA条件での燃料ふるまいを解析するコードRANNSを開発した。このコードは1本の燃料棒の熱解析とFEM力学解析を行い、温度分布,PCMI接触力,応力歪み分布とそれらの相互作用を計算する。RANNSによる解析はFEMAXI-6の解析による事故直前状態から始める。高燃焼度BWR燃料を用いたFK-10とFK12実験の解析を行い、PCMI過程を詳細に分析した。その結果、ペレットの熱膨張は被覆管の変形を支配し、被覆管は二軸応力状態におかれること,被覆管の熱膨張は内側領域の応力を外側領域より大きく低下させることが明らかとなった。また幅の広いパルスを照射したシミュレーション計算を行い、被覆管の周方向応力値を実験に基づく推定値と比較検討した。
test results of a D-shaped NbAl CICC coil fabricated with a react-and-wind process for the National Centralized Tokamak安藤 俊就*; 木津 要; 三浦 友史*; 土屋 勝彦; 松川 誠; 玉井 広史; 石田 真一; 小泉 徳潔; 奥野 清
Fusion Engineering and Design, 75-79, p.99 - 103, 2005/11
被引用回数：1 パーセンタイル：10.45(Nuclear Science & Technology)トカマク国内重点化装置のTFコイルはNbAl導体を用い、リアクト・アンド・ワインド法で製作することが検討されている。その製作方法の妥当性を実証するために、実機サイズの導体に0.4%の曲げ歪みを加えて巻き線したコイルサンプルを試作し、試験した結果、その臨界電流値は曲げ歪みを加えていない導体サンプルの臨界電流値とほとんど同じであった。このことは、コイル製作時の曲げ歪みによって臨界電流値が約10%低下するとの予想に反し、実機コイルの製作には朗報である。この現象について解析を行った結果、導体のケーブル部を構成するNbAl線が曲げ加工中に互いに滑ったことが予想された。その考察、解析について議論する。
塙 悟史; 角田 淳弥; 柴田 大受; 石原 正博; 伊与久 達夫; 沢 和弘
Transactions of 18th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-18), p.600 - 605, 2005/08
炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材)は高強度かつ優れた耐熱性を有することから高温ガス炉の炉内構造材として有望視されている。C/C複合材の原子力適用に際しては、黒鉛材料と同様に中性子照射による損傷がC/C複合材にも生じることが予想される。そこで、C/C複合材の熱・照射応力を評価するためにC/C複合材の高い異方性を考慮できる有限要素コードVIENUSを開発した。本報告では、炉心拘束機構への2次元C/C複合材の適用を想定し、C/C複合材の厚さや炉心拘束機構取付時のギャップをパラメータとした熱・照射応力解析を実施した。その結果、厚さとギャップの適切な設定によりC/C複合材は炉心拘束機構へ適用可能であること、また照射による寸法収縮に起因してC/C複合材に生じる周方向引張応力は増加するが、炉心拘束機構としてのC/C複合材の適用を考えた場合その増加は十分に小さいことが明らかとなった。
永瀬 文久; 更田 豊志
Journal of Nuclear Science and Technology, 42(2), p.209 - 218, 2005/02
被引用回数：47 パーセンタイル：93.6(Nuclear Science & Technology)冷却材喪失事故(LOCA)時の高燃焼度燃料棒挙動に関し、未照射ジルカロイ-4被覆管を用い、LOCA模擬試験を行った。水素濃度約1001400ppmを有する被覆管を、水蒸気中にて12201500Kの温度範囲で等温酸化した後、冠水により急冷した。急冷時に生じる燃料棒の収縮を拘束したが、生じる荷重の最大値を4段階に調節した。主として肉厚に占める酸化割合に依存して、被覆管は急冷時に周方向亀裂を伴って破断した。酸化割合に関する破断/非破断のしきい値は、初期水素濃度と拘束荷重の増大とともに低下した。結局、拘束荷重が535N以下であれば、水素濃度にかかわらず、破断しきい値は酸化割合20%を超え、日本におけるECCS性能評価指針の基準値を上回ることが明らかになった。
永瀬 文久; 更田 豊志
Journal of Nuclear Science and Technology, 42(1), p.58 - 65, 2005/01
被引用回数：47 パーセンタイル：92.75(Nuclear Science & Technology)水素添加ジルカロイ-4被覆管に対し室温及び620Kにおいてバースト試験を行った。NSRRでのパルス照射時に高燃焼度燃料で起こる急激なPCMIを模擬し、加圧速度は最高3.4MPa/msまで高めた。被覆管中の水素濃度範囲は1501050ppmであり、高燃焼度PWR燃料被覆管と同様に被覆管外周部に水素化物を集積させ、「水素化物リム」を形成させた。室温試験で、水素吸収被覆管は軸方向に長い亀裂を呈して破損した。水素化物リムでは、脆性的な破壊が見られ、破損形態はNSRR実験で観察されたものと同じであった。また、水素化物リムにより、破裂圧力や周方向残留ひずみは明確に低下した。水素化物リムの厚さが被覆管肉厚の18%を超える場合、620Kにおいても周方向ひずみは非常に小さかった。本研究の結果は、RIA条件下における高燃焼度燃料棒の破損において水素化物集積層が重要な役割を果たすことを示している。
