超電導マグネット用極低温構造材料の破壊強度特性とその評価(各種強度特性の材料工学的考察とデータベース化)

本研究の目的は、核融合炉用超電導マグネットの技術的課題の一つである極低温構造材料の強度特性について、先見的立場から基礎研究を行うことにある。このため、極低温における材料の塑性変形・破壊・疲労挙動並びに溶接強度など各種強度特性データの測定・評価に関する総括的な検討を実施し、材料工学的な考察に基づいて各種強度を決定する微視的な変形・破壊機構を明らかにしようとしている。1.極低温構造材料の変形と破壊に伴う温度上昇の影響極低温では材料の熱物性の変化によって塑性変形に伴う僅かな発熱でも局所的な温度上昇を引き起し、強度特性に影響を及ぼすことが危惧されている。極低温用高強度鋼として新たに開発された高マンガン鋼においても、4Kでセレーションが観察され、これが熱的機構で支配されていることを実験的に明らかにした。また、破壊じん性試験中の予き裂先端近傍の温度上昇を計測結果と非定常三次元熱伝導数値シミュレーション結果の比較に基づいて詳細に検討した結果、荷重一変位曲線上に現れたセレーション毎のJ積分変化量と総発熱エネルギが一対一の関係にあることが分かった。2.極低温下での材料の疲労強度特性高マンガン鋼の極低温疲労強度特性に及ぼす荷重波形の効果と非金属介在物の影響を実験により明らかにした。疲労寿命は荷重波形の立上りと立下り速度によって変化することが分かり、き裂先端での温度上昇に対する影響も含めてこの機構の検討を進めている。また、非金属介在物の影響に関しては、疲労き裂先端の塑性域中に損残する介在物の分布に基づいて測定結果の説明を行った。

本研究の目的は、核融合炉用超電導マグネットの技術的課題の一つである極低温構造材料の強度特性について、先見的立場から基礎研究を行うことにある。このため、極低温における材料の塑性変形・破壊・疲労挙動並びに溶接強度など各種強度特性データの測定・評価に関する総括的な検討を実施し、材料工学的な考察に基づいて各種強度を決定する微視的な変形・破壊機構を明らかにしようとしている。1.極低温構造材料の変形と破壊に伴う温度上昇の影響極低温では材料の熱物性の変化によって塑性変形に伴う僅かな発熱でも局所的な温度上昇を引き起し、強度特性に影響を及ぼすことが危惧されている。極低温用高強度鋼として新たに開発された高マンガン鋼においても、4Kでセレーションが観察され、これが熱的機構で支配されていることを実験的に明らかにした。また、破壊じん性試験中の予き裂先端近傍の温度上昇を計測結果と非定常三次元熱伝導数値シミュレーション結果の比較に基づいて詳細に検討した結果、荷重一変位曲線上に現れたセレーション毎のJ積分変化量と総発熱エネルギが一対一の関係にあることが分かった。2.極低温下での材料の疲労強度特性高マンガン鋼の極低温疲労強度特性に及ぼす荷重波形の効果と非金属介在物の影響を実験により明らかにした。疲労寿命は荷重波形の立上りと立下り速度によって変化することが分かり、き裂先端での温度上昇に対する影響も含めてこの機構の検討を進めている。また、非金属介在物の影響に関しては、疲労き裂先端の塑性域中に損残する介在物の分布に基づいて測定結果の説明を行った。