報告書番号

T54

タイトル（和文）

オーステナイト系ステンレス鋼の高温クリープ疲労における微視的損傷機構に関する研究

タイトル（英文）

Study on Microscopic Damage Mechanisms of High-Temperature Creep-Fatigue Damage in Austenitic Stainless Steel

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

既存するクリープ疲労損傷評価法の精度を向上するためには，クリープ疲労条件下でのキャビティや粒界き裂の発生，成長メカニズムを損傷評価法へ反映することが必要である．これまでに，クリープ疲労損傷メカニズムが破損した試験片切断面を観察することによって議論されてきたが，繰返し負荷中での損傷過程を連続観察していないために十分に損傷メカニズムが把握されていない．この研究では，発電機器に広く用いられているオーステナイト系ステンレス鋼の損傷メカニズムを明らかにするために，走査型電子顕微鏡と高温疲労試験機とを組み合わせた装置を用いて微視的損傷過程を連続観察した．粒界き裂発生から破損に至るまでの損傷過程を連続観察することによって，クリープ条件では粒界き裂が負荷軸方向へ開口し，隣接する粒界き裂と粒内を通じて合体することが明らかとなった．一方，クリープ疲労条件では，粒界き裂は粒界に沿って成長し，隣接した粒界き裂と合体する．さらに，粒界き裂が形成されるまでの微視的な損傷過程を観察し，キャビティ発生時間やキャビティ成長速度はクリープに比べてクリープ疲労の方が速いことが明らかとなった．非弾性変形モデルと結晶粒の変形によって拘束された粒界拡散モデルとを組み合わせたキャビティ成長モデルを提案した．提案したモデルによってクリープとクリープ疲労における粒界き裂発生寿命を精度良く予測できることを示した．

概要 （英文）

In order to improve accuracy of existing evaluation methods on creep-fatigue damage, it is necessary to reflect the mechanisms of initiation and growth of cavity and microcrack under creep-fatigue conditions to the damage evaluation methods. Although the creep-fatigue damage mechanisms had been discussed by observing cross section of failure specimen, the damage mechanisms have not been clarified enough because the damage process during creep-fatigue loading could not observed continuously. In this study, the creep-fatigue damage mechanisms of austenitic stailess steel which is widely used in the power plant components have been investigated by observing continuously the microscopic damage process by using a high-temperature fatigue testing machine combined by a SEM. By observing the damage process from microcrack initiation and failure, it was found that under creep condition microcrack which initiated at grain boundary opened in a loading direction and coalesced through a grain with adjoining microcrack. On the other hand, microcrack under creep-fatigue condition grew along grain boundary and coalesced through a grain boundary with adjoining microcrack. Forthermore, microscopic damage process to forming microcrack of one grain-boundary length was observed, and it was found that cavity nucleation time and cavity growth rate under the creep-fatigue condition were faster than those under creep condition. A cavity growth model were proposed by combining the inelastic deformation model and the grain-boundary diffusion model constrained by deformation of grains. It was shown that lives to the microcrack initiation obtained by the creep and creep-fatigue tests could be predicted by the proposed model with good accuracy.

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