(57)【要約】【課題】異方質の材料でも応力腐食割れ亀裂進展速度の評価ができる応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法を提供する。【解決手段】本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法は、異方質の試験片１０に亀裂１１を与え、この亀裂１１に負荷用手段１２からの荷重を加えるとともに、腐食環境下に収容し、前記異方質の試験片１１の亀裂進展速度を求めて亀裂度合を評価する応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法において、前記試験片１０において予め定められた荷重と亀裂１１の長さの変位から荷重−変位線ＰＶを求める一方、前記予め定められた荷重と試験荷重の１００％荷重までの荷重−変位線Ｐ１Ｖ１を外挿法で求め、この外挿法で求めた荷重−変位線Ｐ１Ｖ１と前記予め定められた荷重で求められた荷重−変位線ＰＶとから試験荷重１００％に対応する変位を算出し、算出した変位を試験片に付与して試験荷重の１００％荷重から応力拡大係数を算出する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異方質の試験片に亀裂を与え、この亀裂に負荷用手段からの荷重を加えるとともに、腐食環境下に収容し、前記異方質の試験片の亀裂進展速度を求めて亀裂度合を評価する応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法において、前記試験片において予め定められた荷重と亀裂長さの変位から荷重−変位線を求める一方、前記予め定められた荷重と試験荷重の１００％荷重までの荷重−変位線を外挿法で求め、この外挿法で求めた荷重−変位線と前記予め定められた荷重で求められた荷重−変位線とから試験荷重１００％に対応する変位を算出し、算出した変位を試験片に付与して試験荷重の１００％荷重から応力拡大係数を算出することを特徴とする応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法。
【請求項２】
前記予め定められた荷重と亀裂長さに基づく荷重−変位線は疲労試験機から求めることを特徴とする請求項１記載の応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法。
【請求項３】
腐食環境下に置かれた試験片は、負荷用手段によって荷重が加えられたまま原子炉炉水に模擬した溶液に浸漬させることを特徴とする請求項１記載の応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法。
【請求項４】
応力拡大係数Ｋは、下記式から算出することを特徴とする請求項１記載の応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法。
［数１］
Ｋ＝Ｐ×［√Ｗ×｛Ｆ１（ａ／Ｗ）｝］／Ｂ
ここで、Ｐは荷重、Ｂは試験片の厚み、Ｗは試験片の長さ、ａは亀裂の長さ、Ｆ１（ａ／Ｗ）は試験片の形状に依存するａ／Ｗの関数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方質材料の応力腐食割れ亀裂進展特性を評価する際、適正な応力拡大係数を用いて評価を行う応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料の応力腐食割れ（以下、ＳＣＣと記す）進展特性の評価を行うときには、予め亀裂を持った試験片を腐食環境に晒し、荷重を加えたときの材料の亀裂がどのように進展するのかの挙動を観察してデータを得ている。
【０００３】
また、得られたデータを基に亀裂進展特性を評価する場合、応力拡大係数（以下、Ｋ値と記す）と腐食電位、導電率等の腐食データとの相関について評価し、種々の環境条件における材料の亀裂進展速度の参照線図（マスターカーブ）が作成されている。
【０００４】
特に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ；Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）に使用する材料のＳＣＣ進展速度を評価する場合には、主に小型引張（ＣＴ；Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｔｅｎｓｉｏｎ）試験片を用いた定荷重の負荷の下、ＳＣＣ進展試験によって採取したデータが使用されていた。
【０００５】
また、上述亀裂進展速度の参照線図も、一定の荷重を加えた負荷の下、つまりＫ値増加条件の下で得られた試験結果により構築されたものが多い。
【０００６】
このような理由には、荷重制御型試験における試験条件把握の容易性が挙げられる。例えば、原子炉の炉水を模擬し、ＳＣＣ進展速度を評価するには、高温・高圧の純水に試験片を収容する必要がある。この場合、荷重伝達のための連絡軸の取出し部を備える、例えばオートクレーブ等の耐熱・耐圧性の圧力容器中に試験片が収容される。
【０００７】
このような試験装置においては、亀裂付き試験片を用い、この試験片の開口変位量などを容器外から確認することが難しい。
【０００８】
その一方、荷重条件について、従来の試験装置では、荷重伝達のための連結軸に設けたロードセルによって比較的精度が高いので、荷重を制御するときに適している。
【０００９】
ところで、実際の構造物である炉心シュラウドやシュラウドサポート等の原子炉内の非耐圧部材として適用する炉内構造物の欠陥を想定する場合、応力面では、溶接による残留応力が支配的になり、より定変位に近付き、残留応力分布によってはＳＣＣ進展に伴いＫ値が増加する場合、あるいは逆に減少する場合もあることが指摘されてきている。
【００１０】
最近のＳＣＣ試験では、ＷＯＬ（Ｗｅｄｇｅ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｌｏｒｄ）型の試験片が用いられている。この試験片は、亀裂開口部に予め一定変位を与えておき、亀裂進展に伴いＫ値を減少させることができるようになっている。
【００１１】
すなわち、図４は、ＷＯＬ型試験装置を示す概念図である。
【００１２】
このＷＯＬ型試験装置は、試験片１に形成した亀裂２の開口変位を調整する負荷用ボルト３と、亀裂２の開口変位値を電気的に検出する開口変位計測センサ（クリップゲージ）４と、この開口変位計測センサ４で検出した電気信号を開口変位（寸法値）に変換する電圧モニタ５とを備えている。
【００１３】
このような構成を備えるＷＯＬ型試験装置から計測したデータを基に、予測Ｋ値を算出する亀裂２の開口変位寸法値を測定する場合、図５に示すように、試験片１を、予め定められた形状に加工切断するとともに、亀裂２を形成させた後、負荷用ボルト３を装着させる（ステップ１）。
【００１４】
次に、ＷＯＬ型試験装置は、負荷用ボルト３を、例えば、矢印ＡＲ１で示す回転方向に増締めし、亀裂２の先端を矢印ＡＲ２方向に向って拡開させるとともに、亀裂２の開口入口Ｑまたは荷重線ＰＬの位置での開口変位Ｖを開口変位計測センサ４と電圧モニタ５とで計測し（ステップ２）、計測した開口変位Ｖを下記に示す予測Ｋ値を求める際、式（１）に代入して予測Ｋ値の初期値を設定する（ステップ３）。
【００１５】
予測Ｋ値の初期値が設定されると、ＷＯＬ型試験手法は、ＳＣＣ割れを起す環境にした溶液に浸漬し、負荷用ボルト３の荷重を維持したまま予測Ｋ値の減少の下、ＳＣＣ割れの長さの進展状況を観察し、ＳＣＣ割れを評価する（ステップ４）。
【００１６】
一方、試験片から予測Ｋ値を算出する場合、ＦＥＭ解析等によって求められており、Ｋ値は、
［数１］
Ｋ＝Ｖ×Ｅ／√ａ×ｆ１（ａ・Ｗ）／ｆ２（ａ・Ｗ）    ……（１）
として表わされている。
【００１７】
ここに、Ｖは試験片の荷重線の変位、Ｅは試験材料の縦弾性率、ａは亀裂長さ、Ｗは試験片厚さである。
【００１８】
上式（１）を要約すると、試験時のＫ値は、開口変位量、縦弾性率と亀裂長さで表わされる。このうち、縦弾性率は材料に依存して一定値を採り、開口変位量も設定時から緩和しないと仮定すると、結局、Ｋ値は亀裂長さａの関数である。
【００１９】
ここで、ｆ１（ａ・Ｗ）／ｆ２（ａ・Ｗ）は亀裂長さａの増加に連れてＫ値は減少を示すことが知られており、この試験片によりＫ値減少条件を設定できることが分かる。
【００２０】
なお、ＷＯＬ型試験片を用い、Ｋ値減少条件を設定できる技術には、例えば特許文献１が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３４０５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、上述開口変位タイプのＳＣＣ用の試験片を用いてＫ値を設定する場合、上式（１）に示されているように、材料の変形特性については、縦弾性率Ｅのみが、これを代表するパラメータ（因子）になっている。
【００２２】
その一方、溶接金属による施工冷間圧延などを含めて金属組織に異方質を持つ材料では、試験片の採取方向、切欠きの設定方向によっては、試験片の荷重−変位線（応力−ひずみ線）が異なる可能性がある。
【００２３】
しかし、上式（１）からも確認されているように、従来のＷＯＬ試験におけるＫ値評価式では、材料の異方質の影響を考慮しておらず、異方質を持つ材料の予測Ｋ値設定の誤差が大きくなり、ＳＣＣ試験を行っても実際の状況から大きく懸け離れることが多かった。
【００２４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、異方質を持つ材料であっても、適正なＫ値を用いて材料のＳＣＣ亀裂進展速度の評価ができる応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法は、上述の目的を達成するために、異方質の試験片に亀裂を与え、この亀裂に負荷用手段からの荷重を加えるとともに、腐食環境下に収容し、前記異方質の試験片の亀裂進展速度を求めて亀裂度合を評価する応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法において、前記試験片において予め定められた荷重と亀裂長さの変位から荷重−変位線を求める一方、前記予め定められた荷重と試験荷重の１００％荷重までの荷重−変位線を外挿法で求め、この外挿法で求めた荷重−変位線と前記予め定められた荷重で求められた荷重−変位線とから試験荷重１００％に対応する変位を算出し、算出した変位を試験片に付与して試験荷重の１００％荷重から応力拡大係数を算出することを特徴とする応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法は、変形異方性を有する素材においても、精度の高い応力腐食割れ亀裂進展速度を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２８】
図１に示す本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法に適用するＳＣＣ試験機は、試験片１０に形成された亀裂１１の開口変位を調整する負荷用ボルト１２と、亀裂１１の開口変位値を電気的に検出する開口変位計測センサ（クリップゲージ）１３と、この開口変位計測センサ１３で検出した電気信号を開口変位に変換する電圧モニタ１４とを備えている。
【００２９】
次に、このような構成を備えるＳＣＣ試験機を用いて本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法を図２を引用して説明する。
【００３０】
図２は、本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法を示す手順ブロック図である。
【００３１】
本実施形態に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法は、まず、試験片１０を予め定められた形状に加工、切断するとともに、亀裂１１を強制的に設けた後、負荷用ボルト１２を装着させる（ステップ１１）。
【００３２】
次に、本実施形態は、負荷用ボルト１２を、例えば、矢印ＡＲ１で示す回転方向に増締めし、荷重線ＰＬを基点に亀裂１１の先端を矢印ＡＲ２の方向に向って拡開させるとともに、亀裂１１の開口変位Ｖを開口変位計測センサ１３と電圧モニタ１４とで計測する。
【００３３】
その後、試験片１０は、負荷用ボルト１２によって荷重が加えられ、原子炉炉水に模擬した溶液に浸漬される。
【００３４】
他方、本実施形態では、図３に示すように、試験片１０の荷重−変位線（応力−ひずみ線）ＰＶを、例えば、疲労試験機（引張試験機）を用いてデータを採り、線図化する（ステップ１２）。
【００３５】
この場合、荷重−変位線ＰＶは、荷重（Ｐ）が材料にも影響するが試験荷重Ｐ１：（０．８〜０．９）×Ｐ０を超えると、以下に示す予測Ｋ値に誤差があらわれ、実施と大きく懸け離れることもあるため、試験荷重Ｐ１から試験荷重の１００％荷重Ｐ０まで破線で示す荷重−変位線Ｐ１Ｖ１を外挿法で求め、実験近似式として作成する（ステップ１３）。ここで試験荷重Ｐ１は予め試験等で大きく懸け離れる可能性のある範囲を定め、通常材料においては試験荷重の１００荷重Ｐ０の０．８〜０．９と定めておく。
【００３６】
なお、荷重−変位線ＰＶは、荷重間または変位間を求めるときに内挿法で求めてもよい。
【００３７】
図３に示すように、実験近似式線Ｐ１Ｖ１と疲労試験機からの荷重−変位線ＰＶが作成されると、図１で示したＳＣＣ試験機から求めた変位Ｖを設定し（ステップ１４）、設定した変位Ｖから図３に示す荷重Ｐを算出する。
【００３８】
例えば、ＳＣＣ試験機からの変位の計測値がＶ０であるとき、試験荷重の１００％荷重はＰ０になる。
【００３９】
このように、図３から示した荷重−変位線ＰＶから荷重Ｐが求められると、本実施形態では、以下に示す（２）式の実験式からＫ値が算出される（ステップ１５）。  
［数２］
Ｋ＝Ｐ×［√Ｗ×｛Ｆ１（ａ／Ｗ）｝］／Ｂ        ……（２）
ここに、Ｐは荷重、Ｂは試験片の厚み、Ｗは試験片の長さ、ａは亀裂の長さ、Ｆ１（ａ／Ｗ）は試験片の形状に依存するａ／Ｗの関数である。
【００４０】
なお、上式（２）は、縦弾性係数Ｅに無関係であるから、異方質の材料にも十分適用することができる。
【００４１】
このように、本実施形態は、強制的に与えた亀裂１１を備えた試験片の荷重Ｐ０以下の試験荷重Ｐ１を例えば（０．８〜０．９）Ｐ０をＰ１と定めてこの試験荷重Ｐ１までの荷重変位ＰＶ値のデータを採って荷重−変位線ＰＶとして線図化するとともに（ステップ１１，１２）、試験荷重Ｐ１（（０．８〜０．９）Ｐ０）から荷重Ｐ０までの荷重−変位線Ｐ１Ｖ１を外挿法で求め（ステップ１３）、外挿法で求めた荷重−変位線Ｐ１Ｖ１と実験データから求められた荷重−変位線ＰＶとから、試験荷重１００％に対応する変位Ｖ０を求め（ステップ１４）、この変位Ｖ０を試験片に付与して荷重Ｐ０を求め、求めた荷重Ｐ０を式（２）に与えてＫ値を算出する（ステップ５）ので、異方質を持つ材料であっても適正なＫ値を用いて精度のより一層高いＳＣＣ亀裂進展速度の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法に適用する応力腐食割れ試験機を示す概念図。
【図２】本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法の手順を示すブロック図。
【図３】本発明に係る応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法に適用する荷重−変位線図。
【図４】従来の応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法に適用する応力腐食割れ試験機を示す概念図。
【図５】従来の応力腐食割れ亀裂進展速度の評価方法の手順を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４３】
１  試験片
２  亀裂
３  負荷用ボルト
４  開口変位計測センサ
５  電圧モニタ
１０  試験片
１１  亀裂
１２  負荷用ボルト
１３  開口変位計測センサ
１４  電圧モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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