JP2007218826A - 応力腐食割れ評価方法および応力腐食割れ評価システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】き裂先端のひずみ速度ε'ctを、応力拡大係数Kと、応力拡大係数の対き裂長さ変化率dK/daとの関数で表わし、き裂先端のひずみ速度に基いてき裂の進展速度da/dtを予測する。き裂先端のひずみ速度ε'ctの算出は、き裂先端の開口速度dδ/dtを基準距離δ0で除することによって行なう。さらに、き裂先端の開口速度dδ/dtを、応力拡大係数Kと、応力拡大係数の対き裂長さ変化率dK/daとの関数で表すことにより、き裂の進展速度da/dtを予測する。
【選択図】図1
Description
(社)火力原子力発電技術協会編,BWR炉内構造物点検評価ガイドライン P.Ford et al., EPRI NP-5064S(1987) T.Shoji et al., 7th Int. Symp. on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systemswater reactors(1995),881-891 伊藤他,第48回材料と環境討論会講演集(2001),103−106 J.Rice et al.,"Fracture Mechanics Twelfth Conference, ASTM STP700(1980),189-221
図1ないし図5を用いて本発明の第1の実施形態を説明する。この実施形態では、図3に示すき裂1の先端2のひずみ速度ε'ctを、応力拡大係数Kと、応力拡大係数変化率dK/daで表すことを特徴とする構造物のSCC寿命予測方法を提供する(請求項1)。また、き裂先端2のひずみ速度ε'ctを、き裂先端2の開口速度dδ/dtを基準距離δ0で除して得ることを特徴とする構造物のSCC寿命予測方法を提供する(請求項2)。さらに、き裂先端2の開口速度dδ/dtを応力拡大係数Kとその変化率dK/daで表すことを特徴とする構造物のSCC寿命予測方法を提供する(請求項3)。
da/dt
=M・i0/{zρF・(1−n)}・(t0/εf)n・(ε'ct)n (7)
ただし、nは腐食環境・材料感受性の指数、Mは溶出金属の原子量、zは反応荷数、ρは密度、Fはファラデー数、i0は電流減衰曲線最大値、t0は電流減衰開始時間、εfは皮膜破壊ひずみを表わす。
da/dt
=M・i0/{zρF・(1−n)}・(t0/εf)n
・{f(K,dK/da)}n (1)
式(1)は、き裂先端のひずみ速度を算出する項と、腐食溶出量を算出する項と腐食環境・材料感受性を表す指数nから構成され、図3、図4および図5に示したすべり酸化溶解モデルに基づくSCC進展速度の予測式を基に求められている。さらにき裂先端のひずみ速度およびこれを用いたSCC進展速度の予測方法の例を示す。図2に示したように、ひずみ速度を定義する位置がき裂先端近傍の微小距離である場合、式(2)のように、ひずみ速度とき裂先端の開口速度dδ/dtを基準距離δ0で除して得た値が同等とみなせる。
式(2)におけるdδ/dtにRiceらによる評価式(非特許文献5参照)を用いると、式(3)を得る。
=α・(dJ/dt)/σy
+β・(σy/E)・(da/dt)・ln(R/r) (3)
ただし、Jは評価対象き裂のJ積分値、Rは評価対象き裂先端の塑性変形領域寸法である。
dδ/dt
=α・(1−ν2)・2K・(dK/dt)/(E・σy)
+β・(σy/E)・(da/dt)・ln{λ・(K/σy)2/r} (4)
ここで、Eは弾性定数、νはポアソン比である。
dδ/dt
={α・(1−ν2)・2K・(dK/da)/(E・σy)
+β・(σy/E)・ln{λ・(K/σy)2/r}}・(da/dt) (5)
を得る。この式(5)は、微小距離rδにおけるdδ/dtをKおよびK変化率を用いて表した式となっている。
ε'ct
=(1/δ0)・[{α・(1−ν2)・2K・(dK/da)/(E・σy)
+β・(σy/E)・ln{λ・(K/σy)2/r}}
・(da/dt)] (6)
次に図3において、式(6)および式(7)より、
da/dt
=[M・i0/{zρF・(1−n)}
・(t0/εf)n・(1/δ0)n]1/(1−n)
・[α・(1−ν2)・2K・(dK/da)/(E・σy)
+β・(σy/E)・ln{λ・(K/σy)2/r}]n/(1−n) (8)
式(7)では、
dK/da=0の場合:
λ・(K/σy)2/r}=1 (9)
dK/da≠0の場合:
α・(1−ν2)・2K・(dK/da)/(E・σy)+β・(σy/E)
・ln{λ・(K/σy)2/r}
=0
dK/da
=−(β/α)・{(σy2)/(1−ν2)}・ln{λ・(K/σy)2/r}
/2K (10)
の場合、式(8)の右辺[ ]内が0となりda/dt=0となる。
次に図2を用いて本発明の第2の実施形態を説明する。この実施形態では、き裂先端のすべり速度(ひずみ速度ε'ct)を、応力拡大係数Kと応力拡大係数変化率dK/dtで表すことを特徴とする構造物のSCC寿命予測方法を提供する(請求項4)。き裂先端のひずみ速度ε'ctを、き裂先端のひずみ量の算出式を変形し、き裂先端のひずみ速度を、応力拡大係数Kと、応力拡大係数の対時間変化率(dK/dt)で表すことを特徴とする構造物のSCC寿命予測方法を提供する(請求項5)。腐食疲労など、時間に依存した外荷重が評価対象き裂に負荷される場合、第1の実施形態の方法に加えて、SCC進展速度やひずみ速度をKおよびdK/dtで表すことが望ましい。
=(1/δ0)・[α・(1−ν2)・2K・(dK/dt)/(E・σy)
+β・(σy/E)・(da/dt)・ln{λ・(K/σy)2/r}] (11)
さらに式(7)と式(11)を組み合わせ、KおよびdK/dtを用いてSCC進展速度を予測する式(12)を得る。
=M・i0/{zρF・(1−n)}・(t0/εf)n・(1/δ0)n
・[α・(1−ν2)・2K・(dK/dt)/(E・σy)
+β・(σy/E)・(da/dt)・ln{λ・(K/σy)2/r}]n (12)
この第2の実施形態では、SCC進展速度を、KおよびdK/dtを用いて予測する。
本発明の第3の実施形態を、図6ないし図10を用いて説明する。この実施形態では、あらかじめ求めておいたさまざまな腐食環境におけるSCC進展速度から、腐食環境を表す指数nと腐食環境を表すパラメータ(腐食電位、導電率)との関係を定める方法を提供する(請求項6)。また、あらかじめ同一の鋼種で材料の腐食感受性を表すパラメータ(鋭敏化度など)の異なる材料を用いて求めておいたSCC進展速度da/dtから、材料の腐食感受性を表す指数である腐食感受性を表すパラメータ(鋭敏化度など)との関係を定める(請求項7)。さらに、あらかじめ評価対象材料の材料強度を表すパラメータと、SCC進展速度の関係を求めておき、評価対象材料の材料強度とひずみ速度ε'ctとの関係を求め、この関係から任意の材料強度を有する材料におけるSCC進展速度da/dtを予測する(請求項8)。
=n・log{(t0/εf)・(ε'ct)}
+log[M・i0/{zρF・(1−n)}] (13)
この式(13)では、き裂進展速度da/dtの対数は、他の条件がすべて既知の場合、nを変数とした一次式で表される。nは、腐食環境を表すパラメータ(腐食電位、導電率)と材料の腐食感受性を表すパラメータの影響を示す指数であることから、いずれか一方のみを変数として図6のようにSCC進展速度da/dtを得ることにより、図7および図8のように指数nと腐食環境を表すパラメータ、および指数nと腐食感受性を表すパラメータの関係を得ることができる。
したがって、同一の鋼種で材料の耐力を変数にSCC進展速度をあらかじめ求めておくことにより、図10のように材料の耐力とひずみ速度との関係を得ることができる。これらの関係から、任意の耐力を有する部位についてもひずみ速度を算出することができ、評価対象き裂のSCC進展速度を予測することができる。
本発明の第4の実施形態の応力腐食割れ評価方法を、図11を用いて説明する。この方法は、原子炉溶接構造物に対する健全性評価方法の例である。評価対象部の供用継続可能性は次のように評価される。初めに、欠陥のモデル化を行なう(ステップS1)。ここで、残留応力・運転応力を入力し(ステップS2)、応力拡大係数K値分布を計算する。そして、SCC進展量の予測を行なう(ステップS3)。ここで、SCC進展量の予測(ステップS3)にあたっては、K値分布を評価し(ステップS4)、Kが増加しているか減少しているかによってKとSCC進展速度の関係式(参照線図)を使い分ける(ステップS5)。これによって、より実機に近い進展評価を実現できる。
2…き裂先端
3…酸化皮膜
Claims (11)
- 腐食環境下における構造物の応力腐食割れを評価する応力腐食割れ評価方法において、
き裂先端のひずみ速度を、応力拡大係数と、応力拡大係数の対き裂長さ変化率との関数で表わし、
前記き裂先端のひずみ速度に基いてき裂の進展速度を予測すること、
を特徴とする応力腐食割れ評価方法。 - き裂先端の開口速度を基準距離で除することによって前記き裂先端のひずみ速度を算出することを特徴とする請求項1に記載の応力腐食割れ評価方法。
- き裂先端の開口速度を、応力拡大係数と、応力拡大係数の対き裂長さ変化率との関数で表すことにより、き裂の進展速度を予測すること、を特徴とする請求項2に記載の応力腐食割れ評価方法。
- 腐食環境下における構造物の応力腐食割れを評価する応力腐食割れ評価方法において、き裂先端のひずみ速度を、応力拡大係数と、応力拡大係数の対き裂時間変化率との関数で表すことにより、き裂の進展速度を予測すること、を特徴とする応力腐食割れ評価方法。
- き裂先端の開口速度を基準距離で除することによって前記き裂先端のひずみ速度を算出することを特徴とする請求項4に記載の応力腐食割れ評価方法。
- あらかじめ、腐食環境を表すパラメータと応力腐食割れき裂進展速度との関係を求めておき、
腐食環境を表すパラメータと腐食環境を表す指数nとの関係を求め、
この腐食環境を表すパラメータと腐食環境を表す指数nとの関係に基いて、任意の評価対象環境下における指数nを予測し、
この環境下の応力腐食割れき裂進展速度を予測すること、
を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の応力腐食割れ評価方法。 - あらかじめ、評価対象材料の腐食感受性を表すパラメータと応力腐食割れき裂進展速度との関係を求め、
評価対象材料の腐食感受性を表すパラメータと腐食環境を表す指数nとの関係を求め、
この評価対象材料の腐食感受性を表すパラメータと腐食環境を表す指数nとの関係に基いて、任意の評価対象材料における指数nを予測し、
この材料の応力腐食割れき裂進展速度を予測すること、
を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の応力腐食割れ評価方法。 - あらかじめ、評価対象材料の材料強度を表すパラメータと応力腐食割れき裂進展速度との関係を求め、
評価対象材料の材料強度とひずみ速度との関係を求め、
この評価対象材料の材料強度とひずみ速度との関係に基いて、
任意の材料強度を有する材料の応力腐食割れき裂進展速度を予測すること、
を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の応力腐食割れ評価方法。 - 評価対象欠陥のモデル化を行なうステップと、
前記モデル化の結果に基いて残留応力および運転応力を入力するステップと、
前記モデル化および入力の結果に基いて応力拡大係数を計算するステップと、
前記モデル化、入力の結果および応力拡大係数に基いてき裂進展速度を予測するステップと、
前記き裂進展速度を積分して任意時間経過後のき裂寸法を計算するステップと、
き裂寸法と評価対象部の限界き裂寸法を比較し、評価対象部が供用可能であるか否かを判断するステップと、
を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の応力腐食割れ評価方法。 - 対象き裂の先端における応力拡大係数が増加か減少かを判断し、これに基づいてき裂進展速度を予測すること特徴とする請求項9に記載の応力腐食割れ評価方法。
- 腐食環境下における構造物の応力腐食割れを評価する応力腐食割れ評価システムにおいて、
き裂先端のひずみ速度を、応力拡大係数と、応力拡大係数の対き裂長さ変化率との関数で表す手段と、
前記き裂先端のひずみ速度に基いてき裂の進展速度を予測する手段と、
を有すること、を特徴とする応力腐食割れ評価システム。
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