クリープ破断時間および高温引張強度予測モデルの連合学習

櫻井 惇也*; 鳥形 啓輔*; 松永 学*; 高梨 直人*; 日比野 真也*; 木津 健一*; 森田 聡*; 井元 雅弘*; 下畠 伸朗*; 豊田 晃大; et al.

鉄と鋼, 111(5), p.246 - 262, 2025/04

https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2024-124

Creep testing is time-consuming and costly, leading institutions to limit the number of tests conducted to the minimum necessary for their specific objectives. By pooling data from each institution, it is anticipated that predictive models can be developed for a wide range of materials, including welded joints and degraded materials exposed to service conditions. However, the data obtained by each institution is often highly confidential, making it challenging to share with others. Federated learning, a type of privacy-preserving computation technology, allows for learning while keeping data confidential. Utilizing this approach, it is possible to develop creep life prediction models by leveraging data from various institutions. In this paper, we constructed global deep neural network models for predicting creep rupture life of heat-resistant ferritic steels in collaboration with eight institutions using the federated learning system we developed for this purpose. Each institution built a local model using only its own data for comparison. While these local models demonstrated good predictive accuracy for their respective datasets, their predictive performance declined when applied to data from other institutions. In contrast, the global model constructed using federated learning showed reasonably good predictive performance across all institutions. The distance between each institution's data was defined in the space of explanatory variables, with the NIMS data, which had the largest dataset, serving as the reference point. The global model maintained high predictive accuracy regardless of the distance from the NIMS data, whereas the predictive accuracy of the NIMS local model significantly decreased as the distance increased.

Development of creep property equations of 316FR stainless steel and Mod.9Cr-1Mo steel for sodium-cooled fast reactor to achieve 60-year design life

鬼澤 高志; 橋立 竜太

Mechanical Engineering Journal (Internet), 6(1), p.18-00477_1 - 18-00477_15, 2019/02

https://doi.org/10.1299/mej.18-00477

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。

Ni-Cr-W系超耐熱合金試作溶接継手の大気中クリープ破断特性

倉田 有司; 斉藤 貞一郎*; 辻 宏和; 高津 玉男*; 新藤 雅美; 中島 甫

JAERI-Research 97-032, 20 Pages, 1997/05

JAERI-Research-97-032.pdf:1.78MB

Ni-Cr-W系超耐熱合金を実用化する上で、残された課題である溶接用溶加材を開発するため、微量添加元素の量を調整して溶接割れ感受性を低下させ、手動TIG溶接により試作した3種類の溶接継手F,P5,P6の900~1050Cにおけるクリープ破断特性の評価を行った。試作継手のクリープ破断時間は、母材(1000C,10万時間のクリープ破断強度10.8MPa)と同程度かわずかに短く、高温で使用する溶接継手としてはかなり優れたクリープ破断強度を示した。溶接継手の破断位置は900Cでは母材、1000C,1050Cと高温になるに従い、溶接金属となった。ボイド、クラックは、母材あるいは溶接金属の結晶粒界に形成した。今後、自動TIG溶接用の溶接ワイヤの開発を行い、溶接性、クリープ特性、耐食性等に優れたNi-Cr-W系超耐熱合金用の溶加材を開発していく予定である。

Creep damage in welded joints of a Ni-base heat-resistant alloy hastelloy XR

田辺 龍彦*; 倉田 有司; 武藤 功*; 辻 宏和; 平賀 啓二郎*; 新藤 雅美

Mater. Sci. Eng., A, 234-236, p.1087 - 1090, 1997/00

HTTR用ハステロイXRの溶接継手を対象に、1123-1273Kにおけるクリープ破断寿命とキャビテーション損傷の関係を検討した。溶接継手の破断寿命は1123-1173Kの低温側では母材とほぼ同じである。一方、前者の寿命は1123-1273Kの高温側では後者よりも短くなる。組織観察によれば、溶接金属のキャビテーションは低温側では母材より低く、それが母材部での破壊をもたらす。一方、前者のキャビテーションは高温側では後者より高くなり、溶接金属部での破壊をもたらす。高められたキャビテーションとその結果としての溶接継手の破断寿命の減少は、高温で溶接金属の再結晶が著しくなることに起因している。

Long-term creep properties of Hastelloy XR in simulated high-temperature gas-cooled reactor helium

倉田 有司; 小川 豊*; 鈴木 富男; 新藤 雅美; 中島 甫; 近藤 達男*

Journal of Nuclear Science and Technology, 32(11), p.1108 - 1117, 1995/11

https://doi.org/10.3327/jnst.32.1108

800、900及び1000Cの高温ガス炉近似ヘリウム中でハステロイXRのクリープ試験を行った。約50000時間までの試験結果は、破断寿命、破断延性、定常クリープ速度のようなクリープ特性の著しい劣化を示さなかった。長時間試験により得られたクリープ破断強度は、HTTRの設計クリープ破断応力強さ(S)を十分上回っていた。定常クリープ速度の応力依存性をNorton式で表したとき、応力指数の値は4.5~5.7であった。破断寿命はLarson-Millerパラメータにより十分な精度で評価することができた。破断した試料の炭素分析は浸炭が破断部近傍に限定されていることを示した。表面クラックの先端は鈍化しており、その深さは100~200mであった。内部に形成したクラックは応力軸に垂直で引張応力のかかる粒界上で成長した析出物付近で発生していた。

Creep behaviour of Hastelloy XR in simulated high-temperature gas-cooled reactor helium

倉田 有司; 小川 豊*; 鈴木 富男; 新藤 雅美; 中島 甫; 近藤 達男*

JAERI-Research 95-037, 42 Pages, 1995/06

JAERI-Research-95-037.pdf:2.04MB

800、900及び1000Cの高温ガス炉の近似ヘリウム中でハステロイXRのクリープ試験を行った。約50000時間までの試験結果はクリープ特性の著しい劣化を示さず、クリープ破断強度は高温工学試験研究炉の設計クリープ破断応力強さ(S)に対応する強度水準を十分上回っていた。定常クリープ速度の応力依存性をNorton式で表したとき、応力指数の値は4.5~5.7であり、支配的な変形機構は転位ループであると判断された。破断寿命はLarson-Millerパラメータにより十分な精度で評価することができた。破断した試料の炭素分析は浸炭が破断部近傍に制限されることを示した。内部に形成したクラックは応力軸に垂直な粒界で成長した析出物付近で発生した。電子線マイクロアナライザーによる分析により、Moに富んだ析出物とCrに富んだ析出物が共存していることがわかった。

ハステロイXRのクリープ特性に及ぼす冷間加工の影響

倉田 有司; 中島 甫

JAERI-Research 94-004, 30 Pages, 1994/08

JAERI-Research-94-004.pdf:2.99MB

ハステロイXRの固溶化熱処理材、10%及び20%冷間加工材を用いて、800~1000Cで約2000ksまでのクリープ試験を行い、クリープ特性に及ぼす冷間加工の影響を検討して以下の結果を得た。(1)本実験の範囲では、10%冷間加工材のクリープ破断時間は、950C以下で固溶化熱処理材の強度水準を上回っている。950C及び10%の冷間加工は、高温工学試験研究炉の中間熱交換器の最高使用温度及び部材の最大加工度である。(2)20%冷間加工材のクリープ破断時間は、900Cを超えると、固溶化熱処理材より短くなる。(3)破断延性は冷間加工材の方が小さくなる。(4)800~900Cでは、10%及び20%冷間加工材の最少クリープ速度は固溶化熱処理材より著しく小さくなる。(5)1000Cにおける冷間加工材のクリープ破断強度の低下は、クリープ変形中に起こる広範な動的再結晶によって説明される。

Effect of cold work on creep properties of Ni-22Cr-18Fe-9Mo alloy

倉田 有司; 浜田 省三; 中島 甫

Proc. of 10th Int. Conf. on Strength of Materials; ICSMA 10, 0, p.677 - 680, 1994/00

固溶化熱処理状態及び20%冷間加工状態のNi-22Cr-18Fe-9Mo合金(ハステロイXR)のクリープ特性を800,900及び1000Cで調べた。得られた結果は以下のとおりである。(1)800Cでは20%冷間加工により定常クリープ速度及び破断伸びは減少し、破断寿命は増加する。(2)900Cでは20%冷間加工によりそれらの値は減少するが、破断寿命の延長効果は消失する。これは定常クリープ速度の減少効果に比べ、破断伸びの減少が大きくなったためである。(3)1000Cでは逆に固溶化熱処理材に比べ20%冷間加工材の定常クリープ速度は増加し破断寿命は短くなる。これは1000Cでは20%冷間加工材のクリープ中に著しい動的再結晶が起こるためである。

Effect of decarburizing helium environments on creep behavior of Ni-base heat-resistant alloy; Effect of impurities in high temperature gas-cooled reactor helium on creep behavior-I

倉田 有司; 小川 豊; 中島 甫

Trans.Iron Steel Inst.Jpn., 27, P. 81, 1987/00

高温ガス炉1次冷却系には微量のH,CO,CO,CH,HO等が含まれ、それらの不純物が酸化、浸炭あるいは脱炭のような腐食現象を引起す。この研究では、高温ガス炉用耐熱合金であるハステロイXR,XR-IIに対して、ヘリウム中微量不純物の量を変えたHe-1,-2,-3,-4の雰囲気中でクリープ試験を行い、特にクリープ強度に著しい影響を及ぼす脱炭の効果について調べた。He-1は従来より用いてきた高温ガス炉1次冷却系を近似した材料試験用ヘリウム(原研B型ヘリウム)とし、He-2、-3、-4では不純物組成を変えることによってヘリウム雰囲気の炭素活量、酸素分圧を変え脱炭性雰囲気とした。クリープ破断時間は脱炭の起こったHe-3で著しく低下し、He-3では早期より急速な加速クリープが起こるクリープ曲線を呈した。

Creep and rupture behaviour of a special grade Hastelloy X in simulated HTGR helium

倉田 有司; 小川 豊; 近藤 達男

Nuclear Technology, 66, p.250 - 259, 1984/00

https://doi.org/10.13182/NT84-A33428

高温ガス炉近似ヘリウム中でのクリープおよび破断試験を、800、900、1000Cで、高温ガス炉用構造材の候補材料であるハステロイXRについて行った。ヘリウム純度化学に十分な注意を払った試験を行った結果製造履歴によるクリープ破断挙動の違いを見い出すことができた。クリープ破断試料の金相観察では、ハステロイXRはクリープ変形中もヘリウム環境中で優れた耐食性を持っていることを示した。また、定常クリープ段階では炭素の侵入も低く抑えられていた。品質管理した材料を用い、試験条件に十分注意を払って試験した結果では、ヘリウム中と大気中で、800~1000Cで約1万時間までは、耐食性を改良したハステロイXRのクリープ破断挙動に、ほとんど有意差が生じないことが示された。ヘリウム中での長時間クリープ健全性を予測する上で、合金の表面酸化皮膜の保護的な機能を維持することの重要性が強調された。