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ゆうりゅういちぞの
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以下 1.5 以下 21.5-24.5 2.-27. 6.-8..5-.2.1-.

1 負荷応力方向負荷応力方向クリープひずみ (%) 研究成果 1 平成 29 年度研究成果報告会 Ni 基合金 HR6W のクリープ条件下での損傷シミュレーションと結晶方位解析 Ni 基合金 HR6W 供試材料 (45Ni-2Cr-7W) 平均結晶粒径 : 約 26µm A-USC 候補材としてクリープ強度クリープ延性大径厚肉管の製造性や耐熱疲労特性を重視し開発された緒方隆志金属組織 1µm A-USC 発電プラントボイラ化学組成 C Si Mn Cr Fe W Ti Nb B N Ni.5-.1 以下 1. 以下 1.5 以下以下 Remainder.6 実施試験 : クリープ試験試験条件および試験装置試験条件温度 : 75 負荷応力 : 15MPa, 各応力で中断材および破断材を作製試験片寸法長さ :1mm 標点距離 :5mm, φ:1mm 試験片形状レバー式単軸クリープ試験機 (22%) 15MPa クリープ試験結果 (44%) (14%) 損傷率 (%) (8%) ( 中断時のクリープひずみ ) ( 破断時のクリープひずみ 1 ) (2%) (48%) (11%) 時間 (h) 損傷材の縦断面観察 ( 応力 15MPa) 損傷材の縦断面観察 ( 応力 ) 切断面試験片平行部 22% 5µm 11% 中断材 1μm 2% 中断材 1μm 44% 1µm 8% 1µm 48% 中断材 1μm 破断材 1μm 1

ボイドおよびき裂最大長さと損傷率の関係ボイドおよびき裂最大長さと時間の関係 4 ボイドおよびき裂最大長さ (µm) ボイドおよびき裂最大長さ (µm) 4 15MPa 2 1 2 4 6 8 15MPa 2 1 1 2 4 損傷率 (%) μ PC上での微視組織の作成結晶粒界 js ボイド結晶粒 bd bw s L kt e c bdb:粒界拡散係数 Df W - 1/ js = b Dg

2 ボイドおよびき裂最大長さと損傷率の関係ボイドおよびき裂最大長さと時間の関係 4 ボイドおよびき裂最大長さ (µm) ボイドおよびき裂最大長さ (µm) 4 15MPa MPa 損傷率 (%) μ PC上での微視組織の作成結晶粒界 js ボイド結晶粒 bd bw s L kt e c bdb:粒界拡散係数 Df W - 1/ js = b Dg ktw W:原子容拡散によるボイド成長に結晶粒のクリープ変形と拘束の影響を考慮許容粒界へのボイド核の配置 jb ボイド核からのボイド発生時間の計算 jb 基礎式結晶粒界 14 各粒界ファセットに対する垂直応力の計算 Λ 有効拡散領域 1mm 12 化学ポテンシャル L 2a ボイド 1 ボイド発生成長シミュレーション手法引張応力 σ 2b 8 時間 (hour) クリープボイド成長速度式の導出ボイド間隔 6 js (s 2g/ a) ボイド微小き裂成長速度の計算ボイドき裂長さの修正ボイド成長速度式 1 a ec L = 擬球状 dt 2h(y) a L + M 5/2 / 2 a e ca L = L +M き裂状 dt 4p h(y ) a NO q ae c L 1 L M (擬球状 dt 2h y ) a 52 aae c L 2 L M dt 4ph y ) a き裂の合体 YES １粒界き裂の発生.1mmのボイド発生時間 = Asn (A =6.5 x 7, q = -) 時間ステップ間隔でのボイド長さの計算 Df ボイド発生値 < = 粒界強度値 (平均値:1. 標準偏差: m き裂成長速度式 C, m, n : 定数 (ボイド成長シミュレーションフロー) ボイド成長シミュレーション結果負荷応力方向応力: 時間 264時間(2%) ボイドおよびき裂最大長さ (µm) 4 平均結晶粒径: 27mm 観察結果 15MPa 時間(5%) 15時間(8%) シミュレーション時間 (hour) 2

$EBSD 法電子線後方散乱回折法 :Electron BackScatter Diffraction SEM 装置内ポールピース結晶方位を評価$ 回折電子をスクリーンに投影し EBSD パターンを得る実際の組織解析ソフト上の組織あるピクセルに隣接する最大 6

パターンを解析し結晶方位パラメータの算出 KAM 値の分布色で表示 KAM マップを作成全てのピクセルの KAM 値平均化 KAMave

44% 8% 1% % 22% 44% 8% 1% KAMave (degrees).8.6.4.2 15MPa 試験前 KAMave と損傷率の関係 2 4 6 8 1 損傷率 (%) まとめ 1.

損傷に伴うボイド微小き裂の成長をボイド成長シミュレーション手法によって概ね予測することができ本手法のNi 基合金への適用性が確認された.

3 EBSD 法電子線後方散乱回折法 :Electron BackScatter Diffraction SEM 装置内ポールピース結晶方位を評価試料に電子線を照射結晶方位パラメータ :KAM ピクセル粒界結晶方位パラメータ解析 EBSDパターン入射電子線回折電子をスクリーンに投影し EBSD パターンを得る実際の組織解析ソフト上の組織あるピクセルに隣接する最大 6 つのピクセル間の方位差の平均値を計算しその値を中心のピクセルの値としたもの方位の局部的な変化を評価スクリーン回折電子試料 7 EBSD パターンを解析し結晶方位パラメータの算出 KAM 値の分布色で表示 KAM マップを作成全てのピクセルの KAM 値平均化 KAMave を算出損傷材で計測された IPF マップ ( 応力 :15MPa) 損傷に伴う KAM マップの変化 ( 応力 :15MPa) % 22% 44% 8% 1% % 22% 44% 8% 1% KAMave (degrees) MPa 試験前 KAMave と損傷率の関係損傷率 (%) まとめ 1. A-USCプラント配管候補材料 Ni 基合金 HR6Wのクリープ強度データを取得した得られたクリープ曲線は遷移クリープを示さず定常クリープの後に緩やかに変形を加速し破断に至った 2. クリープ損傷材をSEMで観察した結果粒界上に観察されたボイドは損傷に伴って増大し 1 結晶粒界長さ程度の微小き裂に成長していた損傷に伴うボイド微小き裂の成長をボイド成長シミュレーション手法によって概ね予測することができ本手法のNi 基合金への適用性が確認された. クリープ損傷材を対象に EBSD 計測を行った計測された局所方位差 (KAM 値 ) は損傷初期は結晶粒内で差異はみられなかったが損傷が増大するにつれて粒界近傍で高い KAM 値を示す領域が認められた KAM 値の平均値はクリープ損傷とともに増大することが明らかとなった

鋼が使用されている配管溶接部では熱影響部 () でクリープ損傷 (Type IV

9Cr-1Mo 鋼溶接継手およびミニチュア試験片ミニチュア片を用いたクリープ試験方法

4 クリープひずみビッカース硬さ 9cm 平成 29 年度研究成果報告会背景研究成果 2 改良 9Cr-1Mo 鋼溶接継手のミニチュア試験片を用いたクリープ強度評価超々臨界圧火力発電プラントの高温蒸気配管には高温強度に優れた改良 9Cr 鋼が使用されている配管溶接部では熱影響部 () でクリープ損傷 (Type IV 損傷 ) の進行が懸念されている火力発電プラント高温配管溶接部のクリープ損傷を予測するには各部位のクリープ特性を取得し有限要素解析による応力ひずみ状態を明らかにする必要があるやは幅が狭く標準サイズ試験片を採取することが困難であるため微小な試験片を用いたクリープ試験によるクリープ特性の把握が必要となる改良 9Cr-1Mo 鋼溶接継手およびミニチュア試験片ミニチュア片を用いたクリープ試験方法試験温度 :65 溶接方法溶接後熱処理狭開先 MAG 溶接分ミニチュア試験片硬さ分布熱電対取り付け 25 2 溶接継手溶接部左端からの距離 [mm] 6cm ミニチュアクリープ試験機データ収集装置 Ar ガス供給システム標準溶接継手を用いたクリープ試験から採取したミニチュア試験片の試験結果 1mm 直径 :1mm 平行部 :5mm..2 :11MPa( ミニチュア ) :1MPa( ミニチュア ) :9MPa( ミニチュア ) :9MPa( 標準 ) クリープ試験機標準溶接継手試験片標準クリープ試験条件温度 :65 部位応力 σ[mpa] 溶接継手

最小クリープひずみ速度 [1/h] クリープひずみ応力 [MPa] クリープひずみクリープひずみから採取したミニチュア試験片の試験結果から採取したミニチュア試験片の試験結果.25.2.15 :1MPa :11MPa :1MPa :9MPa.6.5.4.

5 最小クリープひずみ速度 [1/h] クリープひずみ応力 [MPa] クリープひずみクリープひずみから採取したミニチュア試験片の試験結果から採取したミニチュア試験片の試験結果 :1MPa :11MPa :1MPa :9MPa :9MPa-A :9MPa-B :74MPa :6MPa 標準およびミニチュア継手試験片の試験結果.2.1 :9MPa( ミニチュア ) :74MPa( ミニチュア ) :6MPa( ミニチュア ) :9MPa( 標準 ) :6MPa( 66MPa( 標準 )) 各部位から採取したミニチュア試験片の破断特性試験温度 :65 ( ミニチュア ( ミニチュア ) ) ( 部標準 ( ミニチュア ) ) 溶接継手 ( ミニチュア ( ミニチュア ) ) 溶接継手 ( 標準 ( 標準 ) ) l 破断時間 [tr] 標準溶接継手の組織観察最小クリープひずみ速度と応力の関係試験温度 : 最大平均 mm 5mm 最小 B n 最小部平均 ( ミニチュア ) 7. 最大 ( 標準 1.71 ) 応力 [MPa] 2

クリープひずみ最小クリープひずみ速度 (1/h) 応力 [MPa] 応力多軸度標準溶接継手試験片の FEM 解析最平最大均小解析モデル直径 1mm, 標点間 5mm, の長さを 2mm とした丸棒単軸溶接継手クリープ試験片解析条件温度 :65 応力 σ:6mpa 解析時間 :15 時間 Norton 則 : ε c = Bσ n ミニチュア溶接継手試験片の FEM 解析部

6 クリープひずみ最小クリープひずみ速度 (1/h) 応力 [MPa] 応力多軸度標準溶接継手試験片の FEM 解析最平最大均小解析モデル直径 1mm, 標点間 5mm, の長さを 2mm とした丸棒単軸溶接継手クリープ試験片解析条件温度 :65 応力 σ:6mpa 解析時間 :15 時間 Norton 則 : ε c = Bσ n ミニチュア溶接継手試験片の FEM 解析部解析モデル直径 1mm, 標点間 5mm, の長さを 2mm とした丸棒単軸ミニチュア溶接継手クリープ試験片解析条件温度 :65 応力 σ:6mpa 解析時間 :1 時間 Norton 則 : ε c = Bσ n 部 B n B n 平均最小最大平均最小最大溶接継手試験片内の応力成分分布の比較 : 標準 : ミニチュア軸方向応力半径方向応力左端からの距離 [mm] 溶接継手試験片内の多軸係数分布の比較 : 標準 : ミニチュア TF=σM/(σ1+σ2+σ ( 1 2 ) / ) m 左端からの距離 [mm] 溶接継手試験片内のクリープひずみ分布の比較. ミニチュアおよび標準試験片の最小クリープひずみ速度 Norton s law ε = Bσ n.1 L H GL GL B max nb B LB L H B mean nw W LW LB LH LW.2.1 : 標準 : ミニチュア左端からの距離 [mm] Measured by miniature Calculated from miniature weld joint min 7. 6 HS B HN in stanrd by FEM B value Stanrd Max Mean Min 応力 (MPa) LGL

7 破断時間 (h) ミニチュア試験片からの予測破断時間標準溶接継手最小クリープひずみ速度と破断時間の関係ミニチュア試験片最小クリープ速度 nb nw GLLGL BB LB BW L W H 7. 6 HS B HN LH 1 標準試験片最小クリープ速度ミニチュア溶接継手試験結果からの標準溶接継手試験片の破断時間予測結果 5 tr HS 1 1 本研究被覆アーク溶接最小クリープひずみ速度 (1/h) 標準溶接継手試験片の破断時間 5 まとめ溶接部各部位から切り出したミニチュア試験片を用いてクリープ試験を実施し応力と最小クリープひずみ速度の関係を取得した同一応力でのクリープひずみ速度はとはほぼ同等でありはこれらに比べ大きい値を示した標準溶接継手試験片は Type IV 破断しに比べて短時間で破断したまたミニチュア溶接継手試験片は標準溶接継手試験片に比べ短時間で Type IV 破断したクリープ試験と FEM 解析に基づいてミニチュア溶接継手と標準溶接継手内ののクリープひずみ速度の関係式を求めこれを用いてミニチュアリープ試験結果から標準溶接継手の破断時間を予測する手法を提案した 4

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Japanese nuclear policy and its effect on EAGLE project 2018 年 8 月 23 日 JASMiRT 第 2 回国内ワークショップ 3 既往研究で取得された関連材料特性データの現状 - オーステナイト系ステンレス鋼の超高温材料特性式の開発 - 鬼澤高志下村健太加藤章一若井隆純日本原子力研究開発機構背景目的 (1/2) 福島第一原子力発電所の事故以降シビアアクシデント時の構造健全性評価が求められている構造材料の超高温までの材料特性が必要