構造用鋼の応力腐食割れ挙動の解明とモンテカルロ・シミュレーションによる寿命評価

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近年,原子炉内の構造部材に,応力腐食割れ(SCC)による大きなき裂の発生例が報告されており,経年劣化という観点からSCC対策が最重要課題となっている.SCCの進行を律速する支配因子は,微小分布き裂形成まではき裂発生の潜伏期間と確率過程,巨視的き裂形成後はき裂進展というように,各階層で異なるので,SCC寿命を正確に予測するためには各階層での挙動解明が重要である.そこで本研究では,鋭敏化処理したステンレス鋼を用いて,沸騰水型原子炉環境を模擬した加速環境下におけるSCC試験を行い,結晶粒オーダーの微小き裂の発生条件,合体条件,進展条件を解明するための手法の確立を行った.SCC試験は,一度の試験で複数の応力による試験を行う多段応力試験片を用い,グファイトファイバーウールによりすきま付与して行った.SCC試験における各時間時間における試験片の観察の結果,結晶粒界における結晶粒径程度の微小き裂の発生を確認し,微小き裂の発生や合体の様子を観察することが出来た.また,き裂数およびき裂長さの計測により,試験時間の増加や応力が大きくなるほど,き裂数が増加し,き裂成長がしやすく最大き裂長さが大きくなる傾向が見られた.この試験を試験時間や応力レベル,鋭敏化度などの条件を変えて行うことにより,き裂発生,成長挙動との関連付けを行うことで,より精度の高い寿命予測に寄与できると考えられる.また,SCC挙動の各階層を統合化するモンテカルロ・シミュレーションについて,取り扱うき裂長さを変えたシミュレーションを開発することにより計算の高効率化を図った.このシミュレーションを用いて,実際に原子炉内構造物の溶接部に発生したSCCを模擬して解析を行った結果,シミュレーション結果は実際の事象と類似したき裂の発生状況を示した.このことから,適切な条件を用いるならば,実際の構造物に対する寿命評価に有効であると考えられる.