(57)【要約】【課題】試験片の中央部における隙間形成材の圧壊、並びに試験精度の悪化を防止することができるＣＢＢ試験治具を提供する。【解決手段】試験片１を曲げて１％歪みを付与させた状態で高温高圧の純水中に浸漬して、試験片１の応力腐食割れを観察するＣＢＢ試験で用いるＣＢＢ試験治具において、試験片１に１％歪みを付与すべく曲げるための凹状の円弧曲面２が内面に形成された抑え治具３と、抑え治具３の円弧曲面２間に配置され、凸状の円弧曲面４を有する中子５と、抑え治具３を固定する固定手段（ボルト６、ナット７）とを備え、抑え治具３の円弧曲面２の中央部に切り欠き溝１１を形成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を曲げて１％歪みを付与させた状態で高温高圧の純水中に浸漬して、前記試験片の応力腐食割れを観察するＣＢＢ試験で用いるＣＢＢ試験治具において、
前記試験片に１％歪みを付与すべく曲げるための凹状の円弧曲面が内面に形成された抑え治具と、
前記抑え治具の円弧曲面間に配置され、凸状の円弧曲面を有する中子と、
前記抑え治具を固定する固定手段とを備え、
前記抑え治具の円弧曲面の中央部に切り欠き溝を形成したことを特徴とするＣＢＢ試験治具。
【請求項２】
前記切り欠き溝には、通水性を有する隙間形成材が設けられる請求項１に記載のＣＢＢ試験治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料に応力腐食割れを発生させるＣＢＢ試験（Ｃｒｅｖｉｃｅｄ  Ｂｅｎｔ  Ｂｅａｍ  Ｔｅｓｔ）に用いるＣＢＢ試験治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の圧力容器内の純水は溶存酸素を含み高温高圧であることから、圧力容器内で用いる金属材料には応力腐食割れが発生し易い。
【０００３】
このため、圧力容器内やこれと同様の環境下で使用する壁材等に新しい材料を採用しようとするときは、ＣＢＢ試験にて応力腐食割れが発生するか否かを事前に試験し、応力腐食割れ感受性を見てから採用するか否かを決定している。
【０００４】
ＣＢＢ試験では採用しようとする材料で厚さ２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を形成すると共に、比較材として既知の応力腐食割れを発生する材料で前記試験片と同寸法の試験片を形成し、これらの試験片をその引張側表面上に通水性を確保するための隙間形成材（例えば、グラファイトファイバーウール）を介在させてＣＢＢ試験治具で挟み、試験片を所定の曲率で曲げて１％の引張歪みを付与した状態で試験片をＣＢＢ試験治具ごとオートクレーブ内にて高温高圧の純水中に浸漬してこれら試験片の応力腐食割れを観察する。
【０００５】
それぞれの試験片に発生した応力腐食割れの数、大きさを比較することで、それぞれの材料の応力腐食割れ感受性を評価することができる。
【０００６】
ところで、圧力容器等の実機では目視確認できる長さ（数ｍｍ）の亀裂が発生することがあるが、前記ＣＢＢ試験は試験片が小型であるため発生させられる亀裂は数百μｍまでであった。また、応力腐食割れについては、未だ解明されていない事柄が多く、実機で発生する亀裂の発生メカニズムも完全には解明されていないため、亀裂発生のメカニズム解明や実機の亀裂発生寿命評価方法の開発をするためには、実機と同程度の大きさの亀裂を発生させることが可能であるＣＢＢ試験治具が必要とされている。
【０００７】
このような状況の下、本発明者らは、応力腐食割れを多数観察するうちに実機で発生する大きな亀裂は沢山の小さな亀裂が成長・合体して形成されるのではないかとの仮説を立てるに至ったが、大きな亀裂を発生できるＣＢＢ試験治具が存在しないという課題があった。
【０００８】
そこで、本発明者らは、ＣＢＢ試験に用いるＣＢＢ試験治具として、試験片に１％歪みを付与すべく曲げるための凹状の円弧曲面が内面に形成された上下の抑え治具と、その上下の抑え治具の円弧曲面間に配置され上下に凸状の円弧曲面を有する中子と、上下の抑え治具を固定する固定手段とを備えたものを提案した（特許文献１参照）。
【０００９】
このＣＢＢ試験治具では、従来よりも大型の試験片（厚さ１０ｍｍ、幅１３０ｍｍ、長さ３２０ｍｍの板状の試験片）を用いることができ、大きな亀裂を発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２７１５２６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】明石正恒外１名、「ステンレス鋼の高温水応力腐食割れ感受性」、「石川島播磨技報」、石川島播磨重工業株式会社技術本部技術管理室、昭和５２年９月１日発行、第１７巻、第５号（通巻第７０号）、ｐ．４７２−４７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、扱う試験片が大型となると、上下の抑え治具を油圧ジャッキ等により強く圧縮することになる。このため、試験片の中央部では、隙間形成材が圧壊し、通水性の確保が困難になる場合がある。
【００１３】
また、抑え治具に印加される圧縮力が大きくなると、これに伴って抑え治具内の試験片も圧縮されるため、試験片に圧縮応力がかかる。また、試験片が圧縮されて延びた場合には、試験片と抑え治具との間で摩擦が生じ、試験片に摩擦力がかかる。これらの力が試験片に印加されると、目標とする引張歪み場が得られず、想定した亀裂を精度良く発生させることができない虞がある。その結果、試験の再現性や信頼性が低下し、試験精度が悪化する可能性がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、試験片の中央部における隙間形成材の圧壊、並びに試験精度の悪化を防止することができるＣＢＢ試験治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために創案された本発明は、試験片を曲げて１％歪みを付与させた状態で高温高圧の純水中に浸漬して、前記試験片の応力腐食割れを観察するＣＢＢ試験で用いるＣＢＢ試験治具において、前記試験片に１％歪みを付与すべく曲げるための凹状の円弧曲面が内面に形成された抑え治具と、前記抑え治具の円弧曲面間に配置され、凸状の円弧曲面を有する中子と、前記抑え治具を固定する固定手段とを備え、前記抑え治具の円弧曲面の中央部に切り欠き溝を形成したＣＢＢ試験治具である。
【００１６】
前記切り欠き溝には、通水性を有する隙間形成材が設けられると良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、試験片の中央部における隙間形成材の圧壊、並びに試験精度の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るＣＢＢ試験治具を示す図であり、（ａ）は試験片をセットしたときの正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るＣＢＢ試験治具に試験片をセットする手順を説明する図である。
【図３】試験片の曲げ形状をＣＢＢ試験治具に挟んだ状態に戻す曲げ治具の正面図である。
【図４】ＣＢＢ試験治具にセットした試験片の応力分布を示すＦＥＭ解析図であり、（ａ）は本発明のＣＢＢ試験治具を用いたときの結果を示す図、（ｂ）は従来のＣＢＢ試験治具を用いたときの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２０】
図１は、本発明の好適な実施の形態に係るＣＢＢ試験治具を示す図であり、（ａ）は試験片をセットしたときの正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【００２１】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施の形態に係るＣＢＢ試験治具８は、厚さ１０ｍｍ、幅１３０ｍｍ、長さ３２０ｍｍの板状の試験片１に１％歪みを付与すべく曲げるための凹状の円弧曲面２が内面に形成された上下の抑え治具３、３と、その上下の抑え治具３、３の円弧曲面２間に配置され上下に凸状の円弧曲面４、４を有する中子５と、上下の抑え治具３、３を固定する固定手段たるボルト６・ナット７とを備える。
【００２２】
抑え治具３は、熱処理を加えていない金属ブロックに半径略５０５ｍｍの凹状の円弧曲面２を少なくとも試験片１の長さ以上の周長に形成すると共に、円弧曲面２の両端近傍に上下方向（厚さ方向）に貫通するボルト挿通孔９を複数形成したものであり、上下同形状に形成されている。金属ブロックは、平面視長方形に形成されると共に、長さを試験片１の長さより長く、幅を試験片１の幅と略同寸法に形成されている。
【００２３】
抑え治具３の円弧曲面２は、金属ブロックの長手方向の中央を最も窪ませると共に、幅方向（図１の紙面奥行き方向）に深さが等しい溝状に形成されている。
【００２４】
ボルト挿通孔９は、抑え治具３の長手方向の両端に幅方向に延びる短辺に沿って複数等間隔に形成されている。具体的には、抑え治具３は長さ３９０ｍｍ、幅１３０ｍｍ、長手方向中央の厚さ２５ｍｍに形成されている。
【００２５】
中子５は、抑え治具３の長手方向のボルト挿通孔９間に収まる長さに形成されると共に、幅を試験片１と略同寸法に形成されており、上下両面を全面に渡って半径４９５ｍｍの凸状の円弧曲面４、４に形成されている。
【００２６】
中子５の円弧曲面４、４は、それぞれ長手方向の中央を最も突出させると共に、幅方向の高さが等しくなるように形成されている。
【００２７】
さて、本実施の形態に係るＣＢＢ試験治具８においては、上下の抑え治具３、３の円弧曲面２の中央部に切り欠き溝１１を形成している。
【００２８】
切り欠き溝１１には、通水性を確保するための隙間形成材１０が設けられる。隙間形成材１０としては、グラファイトファイバーウールを用いる。この切り欠き溝１１に面する試験片１の中央部がＣＢＢ試験の対象となる、即ち亀裂を発生させるべき試験部となる。
【００２９】
切り欠き溝１１は、試験片１を曲げようとするときに試験片１の端部が抑え治具３の円弧曲面２と中子５の円弧曲面４とで挟み込まれるように試験片１よりも短く形成されると共に、隙間形成材１０が隙間無く配置されるように隙間形成材１０の厚さと同程度の深さに形成される。
【００３０】
次に、ＣＢＢ試験治具８の作用を、ＣＢＢ試験方法と共に説明する。
【００３１】
先ず、厚さ１０ｍｍ、幅１３０ｍｍ、長さ３２０ｍｍの板状の試験片１を２枚用意する。
【００３２】
ＣＢＢ試験治具８と試験片１を用意したら、ＣＢＢ試験治具８に試験片１をセットし、試験片１に１％歪みを付与する。試験片１のセットは、図２（ａ）に示すように、先ず、上下の抑え治具３、３の円弧曲面２、２に形成した切り欠き溝１１に通水性を有する隙間形成材１０を設け、これを介して試験片１をそれぞれ配置すると共に、これら試験片１の間に中子５を挟む。
【００３３】
そして、図２（ｂ）に示すように、上下の抑え治具３、３をプレス装置や油圧ジャッキ等にて所定の力で押圧する。これにより、それぞれの試験片１、１が中子５の円弧曲面４、４に沿って湾曲されると共に中子５が試験片１の湾曲形状に沿って適宜微小移動し、その円弧曲面４、４を抑え治具３、３の円弧曲面２、２と同軸上にするように自動調芯される。これにより、試験片１はそれぞれ抑え治具３及び中子５の円弧曲面２、４に沿うように湾曲され、試験片１の外周面に１％の引張歪みが均等に付与される。
【００３４】
このとき、試験片１は、その端部が抑え治具３及び中子５の円弧曲面２、４とで挟み込まれることで、試験片１の端部から中央部にかけて荷重が伝達され、中子５の円弧曲面４に沿って湾曲されるため、試験部となる中央部には抑え治具３からの力が作用しにくい。したがって、試験片１の試験部において、隙間形成材１０を圧壊させることなく、また目標とする引張歪み場を得ることができる。
【００３５】
この後、図２（ｃ）に示すように、上下の抑え治具３、３をプレス装置や油圧ジャッキ等にて押圧しながら上下の抑え治具３、３のボルト挿通孔９にそれぞれボルト６を挿通し、ボルト６の先端側にナット７を螺合させ、上下の抑え治具３、３をボルト６、ナット７で固定する。
【００３６】
しかるのち、溶存酸素量を所定量に調整した純水を収容するオートクレーブ（図示せず）内に一対の試験片１をＣＢＢ試験治具８ごと入れ、純水の温度・圧力を所定の高温・高圧に設定し、試験片１を純水に所定時間浸漬する。
【００３７】
このとき、純水の設定温度は２８８℃とし、設定圧力は８ＭＰａとし、実機と同じ環境にする。また、溶存酸素量は、実機より多くし、応力腐食割れを促進する。これにより試験時間を短縮できる。試験片１を純水に所定時間浸漬する。
【００３８】
試験片１を純水に浸漬している間、試験片１と抑え治具３との間には隙間形成材１０が挟まれており、隙間が形成されているため、試験片１の試験部の外周面を純水にさらすことができ、試験部の外周面全面を均一な環境にできる。試験片１を十分厚く、面積の広いものに形成しているため、従来の試験片よりも深く長い亀裂を発生させることができる。
【００３９】
この後、オートクレーブから試験片１及びＣＢＢ試験治具８を取り出し、ＣＢＢ試験治具８のボルト６、ナット７を外してそれぞれの試験片１を取り出す。このとき、試験片１は従来よりも厚くしてあり、曲げ半径を大きくするように形状を回復して外周側表面に発生した亀裂を塞いでしまうため、試験片１に開口処理を施す。図３に示すように、開口処理は、試験片１の曲げ形状をＣＢＢ試験治具８で挟んでいるときの形状に戻すものであり、抑え治具３の円弧曲面２よりも小さな半径の円弧曲面１２を有する曲げ治具１３で試験片１をプレスすることで行う。
【００４０】
金属材料の評価は、２つの試験片１、１に発生した亀裂の数と大きさとを比較することで容易にできる。
【００４１】
また、応力腐食割れの発生過程を観察したい場合、同材料で形成した複数の試験片１を、純水に浸漬する時間を変えて前記のＣＢＢ試験を行うと良い。亀裂発生初期の微小亀裂から進展性の大きな亀裂まで観察でき、初期の微小亀裂、微小亀裂の成長・合体、亀裂の進展等の応力腐食割れの発生過程を観察できる。
【００４２】
このように、厚さ約１０ｍｍ、幅約１３０ｍｍ、長さ約３２０ｍｍの試験片１を用い、他方、その試験片１に１％歪みを付与するＣＢＢ試験治具８を、内面に試験片１に１％歪みを付与すべく曲げるための凹状の円弧曲面２が形成された上下の抑え治具３、３と、その上下の抑え治具３、３の円弧曲面２、２間に配置され上下に凸状の円弧曲面４、４を有する中子５で形成し、試験片１を上下の抑え治具３、３の円弧曲面２、２に通水性を有する隙間形成材１０、１０を介して配置すると共に、その試験片１同士の間に中子５を挟んで上下の抑え治具３、３をプレス装置や油圧ジャッキ等にて押圧し、さらに上下の抑え治具３、３をボルト６、ナット７で固定して試験片１に所定の曲率を付与し、しかるのち、高温・高圧の純水中に浸漬して応力腐食割れ試験を行うため、亀裂長さが数ｍｍに及ぶ進展性の大きな亀裂を容易に発生させることができる。
【００４３】
そして、試験片１を挟んだＣＢＢ試験治具８を純水中に浸漬したのち、ＣＢＢ試験治具８から試験片１を取り外し、これにより回復される試験片１の曲げ形状を前記ＣＢＢ試験治具８で挟んでいるときの形状に戻すべく、抑え治具３の円弧曲面２よりも小さな半径の円弧曲面１２を有する曲げ治具１３で試験片１をプレスすることで塞がる亀裂を再び元に戻すことができ、亀裂の観察を容易なものにできる。
【００４４】
また、試験片１に１％歪みを付与すべく曲げるための凹状の円弧曲面２が内面に形成された上下の抑え治具３、３と、その上下の抑え治具３、３の円弧曲面２、２間に配置され上下に凸状の円弧曲面４、４を有する中子５と、上下の抑え治具３、３を固定するボルト６、ナット７とを備えてＣＢＢ試験治具８を構成したため、従来の試験治具をそのまま大きくする場合と比べてＣＢＢ試験治具８を小型・軽量なものにできる。このため、大型化が困難なオートクレーブ内に最大限大きな試験片１を入れることができ、大きな亀裂を容易に発生させることができる。また、試験片１を２枚同時にセットできるため、評価対象となる金属材料と比較対象となる金属材料等、任意の組み合わせで同時に亀裂を発生させることができ、ＣＢＢ試験を容易に精度良く行うことができる。
【００４５】
さらに、抑え治具３、３の円弧曲面２、２に切り欠き溝１１を形成し、この切り欠き溝１１に隙間形成材１０を設けるようにしているため、試験片１の中央部で隙間形成材１０が圧壊し、通水性の確保が困難になるようなことはない。また、試験片１に圧縮応力や摩擦力がかからないため、目標とする引張歪み場が得られ、想定した亀裂を精度良く発生させることができる。その結果、試験の再現性や信頼性を良好に保つことができ、試験精度が悪化するようなことはない。
【００４６】
なお、抑え治具３、３は上下に配置するものとしたが、ＣＢＢ試験治具８を立てたときは左右に配置されるものとなるのは勿論である。
【００４７】
また、試験片１はサイズを統一するために、厚さ１０ｍｍ、幅１３０ｍｍ、長さ３２０ｍｍとしたが、これに限るものではない。試験片１のサイズはオートクレーブ内に収容可能であれば他のサイズであっても良い。
【００４８】
固定手段は、ボルト６、ナット７に限るものではなく、抑え治具３、３同士を固定でき、オートクレーブ内に収容可能な程度に小さなものであれば他のものであっても良い。
【実施例】
【００４９】
本発明に係るＣＢＢ試験治具８、及び切り欠き溝１１の無いＣＢＢ試験治具を用いてＣＢＢ試験を行い、試験片１の１／４モデルにおける応力分布をＦＥＭ解析により求めた。この結果を図４（ａ）、（ｂ）に示す。
【００５０】
本発明に係るＣＢＢ試験治具８を用いた場合には、図４（ａ）に示すように、試験片１の中央部における応力分布が一様であり、表面における応力が高くなっている。
【００５１】
これに対し、切り欠き溝１１の無いＣＢＢ試験治具を用いた場合には、図４（ｂ）に示すように、試験片１の中央部における応力分布が一様でない。
【００５２】
この結果から、本発明に係るＣＢＢ試験治具８を用いることで、目標とする引張歪み場が得られることが分かった。
【符号の説明】
【００５３】
１  試験片
２  円弧曲面
３  抑え治具
４  円弧曲面
５  中子
６  ボルト
７  ナット
８  試験治具
９  ボルト挿通孔
１０  隙間形成材
１１  切り欠き溝
１２  円弧曲面
１３  曲げ治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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