JP4765728B2

JP4765728B2 - Ｃｂｂ試験方法及びこの方法に用いる試験治具

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Publication number: JP4765728B2
Application number: JP2006099471A
Authority: JP
Inventors: 隆平野; 秀康志澤; 輝嘉佐藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007271526A

Description

本発明は、金属材料に応力腐食割れを発生させるＣＢＢ試験（Ｃｒｅｖｉｃｅｄｂｅｎｔｂｅａｍｔｅｓｔ）の方法及びこの方法に用いる試験治具に関する。

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。

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。

図６及び図７に示すように、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２０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上記試験片と同寸法の試験片（図示せず）を形成し、これらの試験片２０をその引張側表面２０ａ上にグラファイトファイバーウール２１を介在させてそれぞれ別々の試験治具２２で挟み、試験片２０を所定の曲率で曲げて１％の引張ひずみを付与した状態で試験片２０を試験治具２２ごとオートクレーブ（図示せず）内にて高温高圧の純水中に浸漬してこれら試験片２０の応力腐食割れを観察する。

それぞれの試験片２０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。

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

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）のき裂が発生することがあるが、上記ＣＢＢ試験は試験片が小型であるため発生させられるき裂は数百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、実機で発生するき裂の発生メカニズムも完全には解明されていないため、き裂発生のメカニズム解明や実機のき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き裂を発生させることが可能である試験方法が必要とされている。

このような状況の下、本願の発明者は、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き裂は沢山の小さなき裂が成長・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、大きなき裂を発生できる試験方法が存在しないという課題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、試験片に大きなき裂を発生させることができるＣＢＢ試験方法及びこの方法に用いる試験治具を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、試験片を所定の曲率で曲げて１％ひずみを付与させた状態で高温高圧の純水中に浸漬してその試験片の応力腐食割れを観察するためのＣＢＢ試験方法において、厚さ５〜１５ｍｍ（約１０ｍｍ）、幅６０〜１５０ｍｍ（約１３０ｍｍ）、長さ１５０〜３５０ｍｍ（約３２０ｍｍ）の試験片を用い、他方、その試験片に１％ひずみを付与する試験治具を、内面に試験片に１％ひずみを付与すべく曲げるための凹状の曲面が形成された上下の抑え治具と、その上下の抑え治具の曲面間に配置され上下に凸状の曲面を有する中子で形成し、上記試験片を上下の抑え治具の曲面に通水性を有する隙間形成材を介して配置すると共に、その間に上記中子を挟んで上下の抑え治具をプレス等にて押圧し、さらに上下の抑え治具をボルト・ナットで固定して試験片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、試験治具から試験片を取り外し、これにより回復される試験片の曲げ形状を上記試験治具で挟んでいるときの形状に戻すべく、上記抑え治具の曲面よりも小さな半径の曲面を有する曲げ治具で上記試験片をプレスして応力腐食割れ試験を行うものである。

本発明によれば、試験片に大きなき裂を発生させることができる。

本発明の好適実施の形態を添付図面を用いて説明する。

大型ＣＢＢ試験を行う場合、厚さ１０ｍｍ、幅１３０ｍｍ、長さ３２０ｍｍの板状の試験片を２枚用意する。

また、図１、図２及び図３に示すように、上記試験片１に１％ひずみを付与すべく曲げるための凹状の曲面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の曲面２間に配置され上下に凸状の曲面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とを備えた試験治具８を用意する。

試験治具８について説明する。

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。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。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。

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。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。

試験治具８と試験片１を用意したら、試験治具８に試験片１をセットし、試験片１に１％ひずみを付与する。試験片１のセットは、図４（ａ）に示すように、まず、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。隙間形成材１０には、グラファイトファイバーウールを用いる。次に、図４（ｂ）に示すように、上下の抑え治具３、３をプレス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が抑え治具３、３の円弧曲面２、２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％の引張ひずみが均等に付与される。この後、図４（ｃ）に示すように、上下の抑え治具３、３をプレス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。

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。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。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の外周面を純水にさらすことができ、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２０よりも深く長いき裂を発生させることができる。

この後、オートクレーブから試験片１及び試験治具８を取り出し、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き裂を塞いでしまうため、試験片１に開口処理を施す。図５に示すように、開口処理は、試験片１の曲げ形状を試験治具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の曲面２よりも小さな半径の曲面１１を有する曲げ治具１２で試験片１をプレスすることで行う。

金属材料の評価は、２つの試験片１、１に発生したき裂の数と大きさとを比較することで容易にできる。

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上記のＣＢＢ試験を行うとよい。き裂発生初期の微小き裂から進展性の大きなき裂まで観察でき、初期の微小き裂、微小き裂の成長・合体、き裂の進展等の応力腐食割れの発生過程を観察できる。

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％ひずみを付与する試験治具８を、内面に試験片１に１％ひずみを付与すべく曲げるための凹状の曲面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の曲面２、２間に配置され上下に凸状の曲面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、き裂長さが数ｍｍに及ぶ進展性の大きなき裂を容易に発生させることができる。

そして、試験片１を挟んだ試験治具８を純水中に浸漬したのち、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の曲げ形状を上記試験治具８で挟んでいるときの形状に戻すべく、抑え治具３の曲面２よりも小さな半径の曲面１１を有する曲げ治具１２で試験片１をプレスすることで塞がるき裂を再び元に戻すことができ、き裂の観察を容易なものにできる。

また、試験片１に１％ひずみを付与すべく曲げるための凹状の曲面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の曲面２、２間に配置され上下に凸状の曲面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、大きなき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き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。

なお、抑え治具３、３は上下に配置するものとしたが、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。

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よい。

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よい。

本発明の好適実施の形態を示す試験片と試験治具の正面図である。図１の平面図である。図１の側面図である。試験治具に試験片をセットする手順を示す説明図であり、（ａ）は抑え治具と中子の間に試験片と隙間形成材を挟んだ状態を示し、（ｂ）は上下の抑え治具をプレスした状態を示し、（ｃ）は上下の抑え治具をプレスしつつボルト・ナットで固定した状態を示す。試験片の曲げ形状を試験治具に挟んだ状態に戻す曲げ治具の正面図である。従来の試験治具の正面図である。図６の側面図である。

符号の説明

１試験片
２円弧曲面（曲面）
３抑え治具
４円弧曲面（曲面）
５中子
６ボルト
７ナット
８試験治具
１０隙間形成材
１１曲面
１２曲げ治具

Claims

試験片を所定の曲率で曲げて１％ひずみを付与させた状態で高温高圧の純水中に浸漬してその試験片の応力腐食割れを観察するためのＣＢＢ試験方法において、厚さ５〜１５ｍｍ（約１０ｍｍ）、幅６０〜１５０ｍｍ（約１３０ｍｍ）、長さ１５０〜３５０ｍｍ（約３２０ｍｍ）の試験片を用い、他方、その試験片に１％ひずみを付与する試験治具を、内面に試験片に１％ひずみを付与すべく曲げるための凹状の曲面が形成された上下の抑え治具と、その上下の抑え治具の曲面間に配置され上下に凸状の曲面を有する中子で形成し、上記試験片を上下の抑え治具の曲面に通水性を有する隙間形成材を介して配置すると共に、その間に上記中子を挟んで上下の抑え治具をプレス等にて押圧し、さらに上下の抑え治具をボルト・ナットで固定して試験片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、試験治具から試験片を取り外し、これにより回復される試験片の曲げ形状を上記試験治具で挟んでいるときの形状に戻すべく、上記抑え治具の曲面よりも小さな半径の曲面を有する曲げ治具で上記試験片をプレスして応力腐食割れ試験を行うことを特徴とするＣＢＢ試験方法。