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
【課題】原子炉構造物などの複雑な残留応力・Ｋ分布条件下においても、応力腐食割れ進展速度の予測を可能とする。
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原子炉構造物などの腐食環境下における構造物の応力腐食割れ（ＳＣＣ）を評価するための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に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉内環境である高温純水など腐食環境にさらされる構造材料においては、応力腐食割れによる損傷の発生が懸念される。したがって、万が一これらの構造物にき裂状の欠陥が発生した場合、その破損を未然に防ぐには、き裂の進展量を的確に把握し、機器の残余寿命を精度よく予測することが必要となる。
【０００３】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉内構造材料のＳＣＣ進展特性は、原子炉水を模擬した高温水中にき裂付き試験片を浸漬し、ほぼ一定の荷重を負荷した際のき裂進展特性を実測して得ている。さらに、得られたき裂進展速度について、応力拡大係数（き裂先端の応力・ひずみ場の強さを表す線形破壊力学パラメータ、Ｋ値）や腐食電位、導電率との相関についてまとめられたものが、各種材料のき裂進展速度の参照線図として提案あるいは報告されてきている（非特許文献１〜４参照）。
【０００４】
これらの報告のうち、非特許文献２および３は、き裂が進展しようとする領域の応力・ひずみ状態からＳＣＣき裂の進展速度を予測する技術について提案している。これらはいずれもＳＣＣき裂の進展速度が、き裂先端部の保護皮膜の破壊頻度と、その修復に費やされる金属溶出量の積で求められるとするすべり酸化・溶解モデルに基づいて検討されており、保護皮膜の破壊頻度を決定するき裂先端部のひずみ速度の取り扱いにそれぞれ特徴を有する。
【０００５】
非特許文献２では、き裂先端のひずみ速度が応力拡大係数Ｋのｎ乗に比例するとして表現している。非特許文献３では、き裂先端のひずみ速度は、関数「ｆ（１／Ｋ・ｄＫ／ｄｔ＋１／ｒ・ｄａ／ｄｔ）・ln｛（Ｋ／σｙ）＾２／ｒ｝」に比例するとしている。このような線図とあらかじめ測定・解析等によって評価した対象部位の力学条件・環境条件を用いることにより、構造物中の欠陥の進展速度およびその積算としてのき裂進展量を予測することができるとしている。
【非特許文献１】（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
【非特許文献２】P.Ford et al., EPRI NP-5064S(1987)
【非特許文献３】T.Shoji et al., 7th Int. Symp. on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systemswater reactors(1995),881-891
【非特許文献４】伊藤他，第４８回材料と環境討論会講演集（２００１），１０３−１０６
【非特許文献５】J.Rice et al.,“Fracture Mechanics Twelfth Conference, ASTM STP700(1980),189-221
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の公知技術において紹介したＳＣＣ進展速度の予測方法は、基本的には実験室において一方向荷重条件下で取得されたＳＣＣ進展速度を予測可能であるとしている。一方、実機構造物では、溶接などの影響により複雑な残留応力分布を有することがわかっている。このような残留応力分布下をき裂が進展していく場合、上述のき裂進展速度予測方法の主要パラメータである応力拡大係数（Ｋ値）もまた、残留応力分布に影響されて、増加・減少の組み合わせとなる複雑な分布を有することが予測されている。
【０００７】
このような複雑な残留応力・Ｋ分布下においてのき裂進展挙動は、実験的に再現するのが難しく、定量的にき裂進展速度を得る方法が確立されていない。また、予測モデル式においても、非特許文献２では、予測式中にＫ分布の影響を反映する項がないこと、非特許文献３では、予測式中にＫ分布の影響を反映する項が含まれるもののＫ変化率を対時間の変化率としているため、このままでは構造物中のき裂進展予測に用いることができない上に、予測式の形状進展速度解を容易に得ることができないことの点から、現状では、予測モデル式においても、複雑な残留応力・Ｋ分布下におけるき裂進展挙動を、的確に予測することは難しいと考えざるを得ない。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、原子炉構造物などの複雑な残留応力・Ｋ分布条件下においても、ＳＣＣ進展速度の予測を可能とする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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、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。
【００１０】
また、本発明の他の態様は、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。
【００１１】
また、本発明のさらに他の態様は、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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、原子炉構造物などの複雑な残留応力・Ｋ分布条件下においても、ＳＣＣ進展速度を予測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る応力腐食割れ評価方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
ここで、本発明に係る応力腐食割れ評価方法の実施形態では以下の機能を含むこととする。
【００１５】
（１）ＳＣＣ進展機構に基づく予測方法とする。
【００１６】
（２）残留応力によるＫ値の変化に対応可能なように、力学パラメータの項を構造物中におけるＫ変化挙動を反映可能な構成とする。
【００１７】
（３）予測モデル式をｄａ／ｄｔ＝ｆ（ ）の形になるようにして（右辺にｄａ／ｄｔを残さないようにして）、簡便に解けるようにする。
【００１８】
［第１の実施形態］
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）。
【００１９】
この第１の実施形態では、ＳＣＣき裂進展速度ｄａ／ｄｔを、すべり酸化・溶解モデルに基づき、かつ応力拡大係数Ｋと、その変化率ｄＫ／ｄａを用いて予測する方法である。図３、図４および図５に示したように、すべり酸化・溶解モデルは、ＳＣＣがき裂１の先端２の酸化皮膜３の破壊と新生面溶解の繰り返しによって進展するとしたモデルであり、ＢＷＲ環境など高温水中のＳＣＣ挙動をよく説明できることが知られている。図５は、この機構における腐食電流変化の模式図とこれから得られるＳＣＣ進展速度の基礎式（式（７））を示す図である。図３、図４および図５で、
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。
【００２０】
ＳＣＣ進展速度ｄａ／ｄｔは、き裂先端の皮膜破壊・修復時の消費電気量から求めた腐食溶出量Ｑｉの時間平均と、皮膜破壊頻度１／ｔｆから求められ、き裂先端のひずみ速度ε'ctに依存することが指摘されている。式（７）の中のひずみ速度ε'ctは、き裂先端の応力・ひずみ分布から得られる値であり、これらは、評価対象き裂の応力拡大係数とその変化率を用いて表すことができる。
【００２１】
これらの関係から本発明の第１の実施形態として、式（１）に示したＳＣＣ進展速度の予測方法を得る。
【００２２】
図１で、
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。
【００２３】
図２で、き裂先端開口速度ｄδ／ｄｔを定義する位置ｒδが微小の場合、ひずみ速度ε'ctは、き裂先端の開口速度ｄδ／ｄｔを基準距離δ０で除して式（２）により得られる。
【００２４】
ε'ct＝ｄδ／ｄｔ／δ０ （２）
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。
【００２５】
ｄδ／ｄｔ
＝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。
【００２６】
ここで、Ｊ、Ｒを、Ｋを用いて表すと、
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。
【００２７】
式（４）を変形して、
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。
【００２８】
式（２）および式（５）より
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。
【００２９】
この第１の実施形態では、ＳＣＣ進展速度をＫおよびｄＫ／ｄａを用いて予測する。ＫおよびｄＫ／ｄａは残留応力分布とき裂形状が既知であれば容易に算出できる値であることから、本実施の形態によれば、複雑な残留応力分布を有する構造物中を進展するき裂についてもそのＳＣＣ進展速度を予測することができ、構造物の寿命構造物のＳＣＣ損傷による寿命を適切に予測することができる。
【００３０】
［第２の実施形態］
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。
【００３１】
図２に示したように、ひずみ速度ε'ctを定義する位置が、き裂先端近傍の微小距離である場合、第１の実施形態と同様に、ひずみ速度ε'ct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））。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。式（３）のＪ、Ｒを応力拡大係数Ｋに変換して式（４）を得る。これを式（２）に挿入し、き裂先端のひずみ速度ε'ctを、ＫおよびｄＫ／ｄｔを用いて求める式（１１）を得る。
【００３２】
ε'ct
＝（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。
【００３３】
ｄａ／ｄｔ
＝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。
【００３４】
ｄＫ／ｄｔはき裂形状と残留応力分布の時間依存性が既知であれば算出できる値であることから、本実施の形態によれば、残留応力分布が時間依存性を有する構造物中を進展するき裂についてもそのＳＣＣ進展速度を予測することができ、構造物のＳＣＣ損傷による寿命を適切に予測することができる。
【００３５】
［第３の実施形態］
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）。
【００３６】
式（７）の両辺の対数から式（１３）を得る。
【００３７】
log（ｄａ／ｄｔ）
＝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。
【００３８】
これらの関係から、任意の腐食環境あるいは材料についても腐食環境を表すパラメータ、腐食感受性を表すパラメータを得ることにより、評価対象き裂のＳＣＣ進展速度を予測することができる。
【００３９】
式（６）における基準距離δ０は、静的な荷重がき裂周辺に負荷された場合のき裂先端の開口量と置き換えて考えることができる。き裂先端開口量（ＣＴＯＤ；Crack Tip Opening Displacement)は材料の耐力σｙと式（１４）の関係を有することが知られている。
【００４０】
ＣＴＯＤ∝（Ｋ／σｙ）＾２ （１４）
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。
【００４１】
［第４の実施形態］
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。
【００４２】
ＳＣＣ進展量予測（ステップＳ３）の後に、その結果に基づいて、破壊裕度を評価する（ステップＳ６）。その評価の結果に基づいて継続使用を許容するか否か判定する（ステップＳ７）。破壊裕度が十分に大きい場合には、継続使用が許容される（ステップＳ８）。破壊裕度が不十分の場合には、補修、取替えが指示される（ステップＳ９）。
【００４３】
このような手順により。実機構造物のように応力拡大係数が複雑な分布を有する場合においても、任意のき裂寸法に対し適切なＳＣＣ進展速度を精度良く予測でき、精度の高い進展挙動予測が可能となる。
【００４４】
また、評価対象き裂の先端において応力拡大係数が増加／減少いずれかの過程を判断し、これに基づいて、上記の応力拡大係数を計算し、き裂進展速度を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第１の実施形態における残留応力の影響によって増加・減少する応力拡大係数とＳＣＣ進展速度予測式（１）の例を示すグラフであって、（ａ）はき裂進行方向位置に対する残留応力のグラフ、（ｂ）は内表面から板厚方向の位置に対する応力拡大係数のグラフ。
【図２】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第１の実施形態におけるき裂先端ひずみ速度予測式の例を説明するための図であって、き裂先端のようすを示す図。
【図３】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第１の実施形態におけるSlip-Oxidation/Dissolution SCC modelにおけるき裂進展の様相とＳＣＣ進展予測基礎式を説明するための図であって、き裂先端のようすを示す図。
【図４】図３のき裂先端部におけるＳＣＣ進展の様子を拡大して順に示す図であって、（ａ）は酸化被膜がすべり線に沿ってすべる状況を示す図、（ｂ）は被膜が破壊される状況を示す図、（ｃ）はＳＣＣが進展する状況を示す図。
【図５】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第１の実施形態における電流減衰曲線を示すグラフ。
【図６】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態におけるひずみ速度とき裂進展速度の関係を示すグラフ。
【図７】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態における腐食電位と腐食環境・材料感受性の指数ｎの関係を示すグラフ。
【図８】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態における鋭敏化度と腐食環境・材料感受性の指数ｎの関係を示すグラフ。
【図９】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態における耐力とき裂進展速度の関係を示すグラフ。
【図１０】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態における耐力とひずみ速度の関係を示すグラフ。
【図１１】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第４の実施形態の手順を示す流れ図。
【符号の説明】
【００４６】
１…き裂
２…き裂先端
３…酸化皮膜
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原子炉構造物などの腐食環境下における構造物の応力腐食割れ（ＳＣＣ）を評価するための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に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉内環境である高温純水など腐食環境にさらされる構造材料においては、応力腐食割れによる損傷の発生が懸念される。したがって、万が一これらの構造物にき裂状の欠陥が発生した場合、その破損を未然に防ぐには、き裂の進展量を的確に把握し、機器の残余寿命を精度よく予測することが必要となる。
【０００３】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉内構造材料のＳＣＣ進展特性は、原子炉水を模擬した高温水中にき裂付き試験片を浸漬し、ほぼ一定の荷重を負荷した際のき裂進展特性を実測して得ている。さらに、得られたき裂進展速度について、応力拡大係数（き裂先端の応力・ひずみ場の強さを表す線形破壊力学パラメータ、Ｋ値）や腐食電位、導電率との相関についてまとめられたものが、各種材料のき裂進展速度の参照線図として提案あるいは報告されてきている（非特許文献１〜４参照）。
【０００４】
これらの報告のうち、非特許文献２および３は、き裂が進展しようとする領域の応力・ひずみ状態からＳＣＣき裂の進展速度を予測する技術について提案している。これらはいずれもＳＣＣき裂の進展速度が、き裂先端部の保護皮膜の破壊頻度と、その修復に費やされる金属溶出量の積で求められるとするすべり酸化・溶解モデルに基づいて検討されており、保護皮膜の破壊頻度を決定するき裂先端部のひずみ速度の取り扱いにそれぞれ特徴を有する。
【０００５】
非特許文献２では、き裂先端のひずみ速度が応力拡大係数Ｋのｎ乗に比例するとして表現している。非特許文献３では、き裂先端のひずみ速度は、関数「ｆ（１／Ｋ・ｄＫ／ｄｔ＋１／ｒ・ｄａ／ｄｔ）・ln｛（Ｋ／σｙ）＾２／ｒ｝」に比例するとしている。このような線図とあらかじめ測定・解析等によって評価した対象部位の力学条件・環境条件を用いることにより、構造物中の欠陥の進展速度およびその積算としてのき裂進展量を予測することができるとしている。
【非特許文献１】（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
【非特許文献２】P.Ford et al., EPRI NP-5064S(1987)
【非特許文献３】T.Shoji et al., 7th Int. Symp. on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systemswater reactors(1995),881-891
【非特許文献４】伊藤他，第４８回材料と環境討論会講演集（２００１），１０３−１０６
【非特許文献５】J.Rice et al.,“Fracture Mechanics Twelfth Conference, ASTM STP700(1980),189-221
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の公知技術において紹介したＳＣＣ進展速度の予測方法は、基本的には実験室において一方向荷重条件下で取得されたＳＣＣ進展速度を予測可能であるとしている。一方、実機構造物では、溶接などの影響により複雑な残留応力分布を有することがわかっている。このような残留応力分布下をき裂が進展していく場合、上述のき裂進展速度予測方法の主要パラメータである応力拡大係数（Ｋ値）もまた、残留応力分布に影響されて、増加・減少の組み合わせとなる複雑な分布を有することが予測されている。
【０００７】
このような複雑な残留応力・Ｋ分布下においてのき裂進展挙動は、実験的に再現するのが難しく、定量的にき裂進展速度を得る方法が確立されていない。また、予測モデル式においても、非特許文献２では、予測式中にＫ分布の影響を反映する項がないこと、非特許文献３では、予測式中にＫ分布の影響を反映する項が含まれるもののＫ変化率を対時間の変化率としているため、このままでは構造物中のき裂進展予測に用いることができない上に、予測式の形状進展速度解を容易に得ることができないことの点から、現状では、予測モデル式においても、複雑な残留応力・Ｋ分布下におけるき裂進展挙動を、的確に予測することは難しいと考えざるを得ない。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、原子炉構造物などの複雑な残留応力・Ｋ分布条件下においても、ＳＣＣ進展速度の予測を可能とする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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、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。
【００１０】
また、本発明の他の態様は、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。
【００１１】
また、本発明のさらに他の態様は、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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、原子炉構造物などの複雑な残留応力・Ｋ分布条件下においても、ＳＣＣ進展速度を予測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る応力腐食割れ評価方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
ここで、本発明に係る応力腐食割れ評価方法の実施形態では以下の機能を含むこととする。
【００１５】
（１）ＳＣＣ進展機構に基づく予測方法とする。
【００１６】
（２）残留応力によるＫ値の変化に対応可能なように、力学パラメータの項を構造物中におけるＫ変化挙動を反映可能な構成とする。
【００１７】
（３）予測モデル式をｄａ／ｄｔ＝ｆ（ ）の形になるようにして（右辺にｄａ／ｄｔを残さないようにして）、簡便に解けるようにする。
【００１８】
［第１の実施形態］
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）。
【００１９】
この第１の実施形態では、ＳＣＣき裂進展速度ｄａ／ｄｔを、すべり酸化・溶解モデルに基づき、かつ応力拡大係数Ｋと、その変化率ｄＫ／ｄａを用いて予測する方法である。図３、図４および図５に示したように、すべり酸化・溶解モデルは、ＳＣＣがき裂１の先端２の酸化皮膜３の破壊と新生面溶解の繰り返しによって進展するとしたモデルであり、ＢＷＲ環境など高温水中のＳＣＣ挙動をよく説明できることが知られている。図５は、この機構における腐食電流変化の模式図とこれから得られるＳＣＣ進展速度の基礎式（式（７））を示す図である。図３、図４および図５で、
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。
【００２０】
ＳＣＣ進展速度ｄａ／ｄｔは、き裂先端の皮膜破壊・修復時の消費電気量から求めた腐食溶出量Ｑｉの時間平均と、皮膜破壊頻度１／ｔｆから求められ、き裂先端のひずみ速度ε'ctに依存することが指摘されている。式（７）の中のひずみ速度ε'ctは、き裂先端の応力・ひずみ分布から得られる値であり、これらは、評価対象き裂の応力拡大係数とその変化率を用いて表すことができる。
【００２１】
これらの関係から本発明の第１の実施形態として、式（１）に示したＳＣＣ進展速度の予測方法を得る。
【００２２】
図１で、
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。
【００２３】
図２で、き裂先端開口速度ｄδ／ｄｔを定義する位置ｒδが微小の場合、ひずみ速度ε'ctは、き裂先端の開口速度ｄδ／ｄｔを基準距離δ０で除して式（２）により得られる。
【００２４】
ε'ct＝ｄδ／ｄｔ／δ０ （２）
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。
【００２５】
ｄδ／ｄｔ
＝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。
【００２６】
ここで、Ｊ、Ｒを、Ｋを用いて表すと、
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。
【００２７】
式（４）を変形して、
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。
【００２８】
式（２）および式（５）より
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。
【００２９】
この第１の実施形態では、ＳＣＣ進展速度をＫおよびｄＫ／ｄａを用いて予測する。ＫおよびｄＫ／ｄａは残留応力分布とき裂形状が既知であれば容易に算出できる値であることから、本実施の形態によれば、複雑な残留応力分布を有する構造物中を進展するき裂についてもそのＳＣＣ進展速度を予測することができ、構造物の寿命構造物のＳＣＣ損傷による寿命を適切に予測することができる。
【００３０】
［第２の実施形態］
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。
【００３１】
図２に示したように、ひずみ速度ε'ctを定義する位置が、き裂先端近傍の微小距離である場合、第１の実施形態と同様に、ひずみ速度ε'ct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））。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。式（３）のＪ、Ｒを応力拡大係数Ｋに変換して式（４）を得る。これを式（２）に挿入し、き裂先端のひずみ速度ε'ctを、ＫおよびｄＫ／ｄｔを用いて求める式（１１）を得る。
【００３２】
ε'ct
＝（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。
【００３３】
ｄａ／ｄｔ
＝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。
【００３４】
ｄＫ／ｄｔはき裂形状と残留応力分布の時間依存性が既知であれば算出できる値であることから、本実施の形態によれば、残留応力分布が時間依存性を有する構造物中を進展するき裂についてもそのＳＣＣ進展速度を予測することができ、構造物のＳＣＣ損傷による寿命を適切に予測することができる。
【００３５】
［第３の実施形態］
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）。
【００３６】
式（７）の両辺の対数から式（１３）を得る。
【００３７】
log（ｄａ／ｄｔ）
＝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。
【００３８】
これらの関係から、任意の腐食環境あるいは材料についても腐食環境を表すパラメータ、腐食感受性を表すパラメータを得ることにより、評価対象き裂のＳＣＣ進展速度を予測することができる。
【００３９】
式（６）における基準距離δ０は、静的な荷重がき裂周辺に負荷された場合のき裂先端の開口量と置き換えて考えることができる。き裂先端開口量（ＣＴＯＤ；Crack Tip Opening Displacement)は材料の耐力σｙと式（１４）の関係を有することが知られている。
【００４０】
ＣＴＯＤ∝（Ｋ／σｙ）＾２ （１４）
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。
【００４１】
［第４の実施形態］
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。
【００４２】
ＳＣＣ進展量予測（ステップＳ３）の後に、その結果に基づいて、破壊裕度を評価する（ステップＳ６）。その評価の結果に基づいて継続使用を許容するか否か判定する（ステップＳ７）。破壊裕度が十分に大きい場合には、継続使用が許容される（ステップＳ８）。破壊裕度が不十分の場合には、補修、取替えが指示される（ステップＳ９）。
【００４３】
このような手順により。実機構造物のように応力拡大係数が複雑な分布を有する場合においても、任意のき裂寸法に対し適切なＳＣＣ進展速度を精度良く予測でき、精度の高い進展挙動予測が可能となる。
【００４４】
また、評価対象き裂の先端において応力拡大係数が増加／減少いずれかの過程を判断し、これに基づいて、上記の応力拡大係数を計算し、き裂進展速度を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第１の実施形態における残留応力の影響によって増加・減少する応力拡大係数とＳＣＣ進展速度予測式（１）の例を示すグラフであって、（ａ）はき裂進行方向位置に対する残留応力のグラフ、（ｂ）は内表面から板厚方向の位置に対する応力拡大係数のグラフ。
【図２】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第１の実施形態におけるき裂先端ひずみ速度予測式の例を説明するための図であって、き裂先端のようすを示す図。
【図３】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第１の実施形態におけるSlip-Oxidation/Dissolution SCC modelにおけるき裂進展の様相とＳＣＣ進展予測基礎式を説明するための図であって、き裂先端のようすを示す図。
【図４】図３のき裂先端部におけるＳＣＣ進展の様子を拡大して順に示す図であって、（ａ）は酸化被膜がすべり線に沿ってすべる状況を示す図、（ｂ）は被膜が破壊される状況を示す図、（ｃ）はＳＣＣが進展する状況を示す図。
【図５】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第１の実施形態における電流減衰曲線を示すグラフ。
【図６】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態におけるひずみ速度とき裂進展速度の関係を示すグラフ。
【図７】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態における腐食電位と腐食環境・材料感受性の指数ｎの関係を示すグラフ。
【図８】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態における鋭敏化度と腐食環境・材料感受性の指数ｎの関係を示すグラフ。
【図９】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態における耐力とき裂進展速度の関係を示すグラフ。
【図１０】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第３の実施形態における耐力とひずみ速度の関係を示すグラフ。
【図１１】本発明に係る応力腐食割れ評価方法の第４の実施形態の手順を示す流れ図。
【符号の説明】
【００４６】
１…き裂
２…き裂先端
３…酸化皮膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２１８８２６（Ｐ２００７−２１８８２６Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４２０３５（Ｐ２００６−４２０３５）
【出願日】平成１８年２月２０日（２００６．２．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２０日（２００６．２．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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