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鋳造したJ‡SG5504（1992）「低温用厚肉フェライト球状黒鉛（∂LP）との関係等を求めて延性破壊発生点を同定し，破壊鋳鉄品」（記号FCD300LT）製底付円筒ブロック（510mm厚

靭性値（J三C，沌C，JⅢC）を求めて，各々の破壊靭性値の大小さ，外径約2。4in，長さ約3．7m）の胴部よりぅ試験片の軸方を比較した．

向が鋳鉄供試体の軸方向となるよう1／射ならびに3／射（君：（2）試験結果

肉厚）位置より試験片を機械的に切出して試験に供した，試験結果をFig．3にまとめて示す。線形温度域では，破試験温度は6温度（20，−40，−100，−130，−1輔，凸196℃）とし， 壊靭性借覧互C，KⅡC，KⅢC値は温度とともに増加し，また，鼠ヱC＜監ⅡC＜監ⅢC，J‡C＜JⅡC＜JⅢCの大小関係を得た．

負荷力，負荷力点変位，き裂端変位等を記録した，負荷方法は，引張（モードり，3点曲げ（モードⅠ），4点薬断（モード

さらに，鼠keのJ積分［10］を用いて，本項で用いた4点努

Ⅱ，Ⅲ）とし，いずれも静的に行った．試験数は合計92本

断試験におけるモード勘モードⅢ弾塑性破壊靭性値JⅡC，である．

JⅢCの簡易評価式を求め，次式を得た．

試験片の形状。寸法はぅFig．2に示すように，いずれも厚JⅡC，JⅢC＝射（3戯）［Joβ♂∂−ヂ＊♂〆＊／2ヨ

さ5りmmX幅100mmX長さ600mmの矩型とした．試験片ここで，ダ：負荷カ，∂：き裂端葬断変位㌧ ∂廓：♂の塑の予き裂面が鋳鉄供試体の肉厚方向と平行となるように性成分，＊：き裂の発生風牒：試験片厚さ，あ：リガメン

した．

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線形温度域（−100〜−196℃）の試験（監値を求める試験）に

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おいては，疲労予き裂長さは各破壊モードについて同一

キャスク用鍛鋼についても破壊モード試験を行い，鋳鉄（予き裂長さ：機械切欠き45mm＋疲労き裂約5mm，き裂長と同様の方法で破壊靭悼惜KⅢC，監皿C，JⅡC，JⅢC値を求め

さ／横幅比：α／w＝0．5）とした。

て，大小を比較した。JIC値については，同じ供試ブロッ

非線形温度域（20〜¶100℃）の試験（J値を求める試験）においては，機械切欠き付試験片と疲労予き裂付試験片の2種クからCT試験片を切出して別途破壊靭性試験を行って得類とした．機械切欠き付試験片は，き裂進展に相当するポられた値を比較に用いた．

テンシャルエネルギー勾配を測定するのが目的で，疲労（1）供試材ならびに試験方法

予き裂付試験片の延性き裂の発生点を同定するためのキ

実貯蔵キャスクと同等の鍛鋼（ÅSTM SA350LF5Cl．1

ーカーブを作成するため，最大負荷力近傍まで負荷した後除荷した．疲労予き裂付試験片では∴延性き裂の進展量を変化させるのが目的で工具なる変位畳まで負荷した後徐荷した．予き裂のない場合の荷重一変位曲線をマスター
カーブ（基準曲線）として，予き裂がある場合の荷重一変位・←卜d亡】」伽」軋．＿＿」 （un抽画

曲線がマスターカーブから離脱し始める点をき裂の発生（∂）軸deItest（3Pcjnt B即d弓ng）点と見なしてき裂発生点を求める方法をキーカーブ法という。

非線形温度域の試験における各々の予き裂形状を以下に示す。
イ）機械切欠き付試験片：
門 口

切欠き先端曲率半径：2mm（unit：mm）

予き裂長さ：42〜58mmの間の2mmピッチ，9種類
き裂長さ／板幅比：βル＝0。4〜0．6，2mピッチ、二・：・㍉で・三・：ミニ1ト．：・ ・1、こ ぃ一寸ト．・．ミシ∵・′t・）ロ）疲労予き裂付試験片：P．dけ ⊂＝＝＝＝＝＝竺コ

予き裂長さ：機械切欠き46mm＋疲労き裂約4mm
き裂長さ／板幅比：α／w＝0．5
試験結果をもとに，引張試験はW。F．Brown等の式阿，3点曲げ試験はASTME3卵［7］を適用して勘C値を，Å。Otsuka（unjt：巾爪）等の式［8］とK．Tohgoの式［9］を用いてKⅡC，KⅢC値を算出（c）甑deⅢ七est（4Point Ouト0トplane She∂「）し，脆性破壊発生点の破壊靭性値（KIC，監毘C，監ⅢC）を求めた。
Fig・2Tes壬Pi曾ee andlo￡dimg metぬ∂d（DぐⅠ畠nd Forged
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J積分値については，ポテンシャルエネルギー勾配法およびキーカーブ法を適用し，J積分（J‡，JⅡ，JⅢ）と負荷力点変位

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レベルにあると考えられたのでヲ「監IC≦監ⅡC」，「JiC≦

れらの大小を比較した。

拍C」のように＝を含めた表現とした．

（2）試験結果

試験結果をFig．4にまとめて示す．図中には材料試験で望。認密度め得られた2TC7卜試験片によるモード‡の破壊靭性情（監‡ゆ

各モ、州ドの破壊鞠性値を求めて比較した結果，キャスを比較のために併せて示した− モードⅢ9 Ⅲの破壊靭性

ク用鋳鉄（DC富），鍛鋼ともに，監‡C≦監ⅡC＜監皿C，JさC≦拍C

値は，温度の上昇とともに増加する傾向を示し，鋳鉄の＜加班の関係が得られ，モ肌ド互の破壊靭性値が最も低く，大小関係とほぼ同様に，監耳C≦監丑Cく監ⅢC，J‡C≦J∬C＜加配

最も厳しい評価を与えることが確認できた．

の関係が認められた。
なおフ鍛鋼のモード互においては，データが少なくて

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曖昧な点が残るがヲシヤルピー衝撃試験結果や且TC71試

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験結果等を総合的に判断するとフロ50℃では延性と脆性の両方が混在する領域にあり，約825℃で上部棚域に達しプ

大型の表面予き裂付き試験片ならびに板厚貫通予き裂『25℃より温度が高くなるにつれて破壊靭性値は低下し付き試験片を用いて，前項で最も厳しい評価を与えるこてくると推察された．

とが明らかとなった引張および引張曲げ負荷条件下での延性破壊試験を実施し，才積分破壊強度評価に必要な構−50℃以下においてはモード互がモードⅡよりも低く，造物としてのデータを取得した，−50℃以上の温度域ではモード互とモード正とは同等の

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之0噌ali／ggrossご 臥且537（タイ好0・7347には少なくともキャスク胴部において延性き裂は発生し

ど伊代椚泌上き裂をはさんだ標点距離間の歪ないと評欄できる。

用礪射き裂から十分遠方あるいはっき裂位置でぴ）なおっ本章では材料の破壊靭性パラメト一夕齢どの値をき裂を想定しない場合の歪

静的破壊靭性JIC値から求めたがフ実際の評価に際して

y：評点問距離の半義㌧獄等価貫通き裂の半長は必要に応じて評価事象における歪適度を考慮した動的

従って，実際の歪の評価に用いた評点間距離γとき裂寸

破壊靭性情才耳d値を用いてゆcの値を求めるのが望ましいn法が分かればっど那SSと上或を用いて−ゾ積分設計曲線を

ちなみにフ蝕1落下事故時における容器本体の歪速度はり評価するォ01膵『忍且且を求めることができる，

約且0騨1〜且0￣ヱ／se6（且む0〜且り【1MPa√m／seぢ）のオーダである．

この場合の延性き裂の発生に関する判定基準は以下のように設定できる．

外力としての剰員（2）式のま／朋の項がなくなることによって歪速度の影響がなくなっている。

顧く如 二 延性き裂は発生しない
夢≧釦：延性き裂が発生す5＄鰭攫のま磨め

謝辞
キャスク用鋳鉄及び鍛鋼の破壊靭性値に及ぼす破壊モ

本試験計画や試験結果について御指導を戴きました東ードの影響を調べた紆乳、モ∵¶ド互ラ正，別の中で，モ鵬

京大学矢川元基先生，同大学中沢正治先生フ横浜国大酒

ドⅠの引張ならびに引張一曲げの破壊靭悼惜が最も低く，井譲先生をはじめ，本試験遂行にご尽力戴いた三菱マテリアル（株）の安島辰郎殿，日本鋼管（株）の猪原康人

最も厳しい評価を与えることを確認した。

また，最も厳しい評価を与えるモード‡の引張ならび殿ヲ浦辺浪夫博士，（株）日本製鋼所の田中康彦博士他多に引張①曲げを対象にぅ鋳鉄及び鍛鋼についてフ実キャス

くの方々に謝意を表します∴またフ本報の内容にはっ経済クを想定した大型構造物としての破壊試験を実施しヲ』と産業省（当時フ通産省）からの受託研究の成果が∴部含歪みとの関係を得るとともに。表面き裂と等価な貫通きまれていることを付記しワニこに謝意を表します。

裂との試験結果を比較う両者に良い一致が認められるこ

参考文献とを確認した．

さらに∋破壊籾性試験で得られた鋳鉄及び鍛鋼の材料
臣且］耳紬フC．フS払えomま，甘．ク監osak逼，A．フCa叫む．，S迂ai，K．，Om血フT．ラ

データをもとにクJ値を基準化した￠や基準歪の設定方法等を検討しフJ積分に基づく非線形破壊強度評価式を提案

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するとともにプ落卜事象を例として実機への具体的な適

assⅣ闊㍍6￠ぎ血cもi且66aStko泊G盈Sks（㌘戯1Ⅲ）．C鼠IE‡う甘鮎押沌
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用方法を紹介した。

臣2］監ゆS癒i夕Å．っ耽0フC．ぅA柑i，T，フSa曙㍑SaっT．：B血1e鮎c細etesもS得られた結果を以下に示す，

aも且ow息emp6ratWeぬr caskma息6扇a且s．厨㌢￠C・材罰転封如且）キャスク用鋳鉄（DCり，鍛鋼ともにフ監IC≦監ⅡCく監ⅢCフ

才仙川 〟＝裾才・＼：−ソ叩 椚〟〃′．m よ九賞肌・人草り〃J： 肋／∬IC≦摘Cく紬Cの関係が得られラモド甘の破壊靭

撒肌騨廟融椚げ胤感路面躍脳腫痴南ぼ朋取捌慨）っ3，

性値が最も低く）最も厳しい評価を与えることが確

Yokoh弧a，Jap抑フS甲竜．13ロ且8，1992，pp．1且05叩且且12（且992）．

認できた．

【3］Kosa魁，A▲，Sae卵S毘，T∴ B血1e故事aC餌reもesもS Of ca紘

」積分を無次元化した夢（＝誹2冗厨どγ2α）と無次元化しmaもeha旦s 蝕 鼠『a椚5pO拍mg radioactive m離e㌻i忍is・

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［4］Kos泌iっA▲つSae糾SaヲT∴『rac富甜emOdetestofduct鹿ぢ哉S甘・二、．

3）キャスク用鋳鉄及び鍛鋼に対するっ負荷モード及び材血m餌GaSks．タデO仁一げ欄転勤演劇勧Ⅷ油㈹dC画闊僧職

料に依存しないJ積分設計曲線を以卜のように提案する。

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2）ここで，劉ま欠陥を力学的に評価する応力パラメータ

削い卜崎明郎∴浦辺浪夫フ丸岡正信：キャスク本体材料

釦は材料の破壊靭性パラメータ（鋳鉄、鍛鋼）のモード耳、Ⅱ、Ⅲ下における破壊靭

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性情．（社）日本機械学会第6回動力エネルギー技￠ヂ（g／gγ的0．5）払r ど／g〝≧且術シンポジウム講演論文集，川崎市産業振興会館っ

夢：無次元化した才積分（ゆ＝〟2花屋ど〆β），・ − ニ ・−・い・：：、・こ′・、べ∴童＝−・′：形状係数，g〝：降伏歪う ∫：歪量臣6］Bro閣潤っg訂．W．『．プS且awl野う：plainS由一aimC柑C呈忘To閻如6SS

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