残留応力を有する応力腐食割れ試験体の製作方法及び応力腐食割れ試験方法
【課題】疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく適正なＳＣＣ試験を実施するためのＳＣＣ試験体の製作方法を提供するものである。
【解決手段】残留応力を有する応力腐食割れ試験体の製作方法において、当該残留応力と疲労予き裂導入時に付加される応力により与えられる疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘが、試験条件として付加される応力及び前記残留応力によって与えられる試験開始時の応力拡大係数Ｋ１以下となるように疲労予き裂を導入することを特徴とする。
【解決手段】残留応力を有する応力腐食割れ試験体の製作方法において、当該残留応力と疲労予き裂導入時に付加される応力により与えられる疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘが、試験条件として付加される応力及び前記残留応力によって与えられる試験開始時の応力拡大係数Ｋ１以下となるように疲労予き裂を導入することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、残留応力を有する部材についての応力腐食割れ（以下、「ＳＣＣ」という）試験の試験体の製作方法及び応力腐食割れ試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＣＣのき裂進展特性を取得するＳＣＣ試験の試験体としては図１０に示すようなＣＴ（コンパクト）試験片が用いられている。このＣＴ試験片には試験に先立ちＳＣＣの進展を促進するために初期き裂としてスリットと疲労予き裂が導入されている。スリットの導入はワイヤカットや放電加工等により行われ、疲労予き裂の導入はスリット面に直交する方向に繰返し荷重を所定のき裂深さが得られるまで負荷することにより行われる。
一方、このようなＣＴ試験片は実機でＳＣＣが発生する箇所の部材形状（例えば、円筒配管の内面）を必ずしも模擬したものではないため、より精度の高い実機評価を行うために図１に示すような円筒配管等の試験体を用いたＳＣＣ試験が行われている。
ここで、実機におけるＳＣＣの進展は溶接等の残留応力の引張り成分により誘発されるものと考えられることから、予き裂をＣＴ試験片や実機形状の試験体に設けた溶接部に導入することで、ＳＣＣ試験は実機稼動条件として付加される応力（流体の熱及び作用する圧力等による応力）だけでなく残留応力も考慮して実施される。なお、ＳＣＣ試験はその他の外力は与えないで行われる。
【０００３】
また、ＳＣＣ試験体への予き裂導入方法としては、荷重を付与された試験体材料を加速腐食溶液に浸漬させて所定深さまでき裂を導入する方法が開示されている（例えば、特許文献1参照）。この方法では実際のＳＣＣを模擬した腐食により予き裂を導入するものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１による方法では、予き裂を導入するために加速腐食溶液に浸漬させて腐食を発生させるので、実際のＳＣＣ試験条件とは異なる環境中に試験体を曝すことになり、その影響が懸念されるという問題があった。
【０００６】
一方、疲労により予き裂を導入する方法では、ＳＣＣ試験体の製作にあたって試験条件との関係で疲労予き裂導入条件の設定手法が確立されていないという問題があった。つまり、溶接部に設けられる疲労予き裂の導入に際しては残留応力とは別に繰返し荷重による応力が発生し、与えられる応力拡大係数は前者の応力によるものに後者の応力による変動分（応力拡大係数範囲）が付加される。この場合、ＳＣＣ試験の開始時に与えられる応力拡大係数が疲労予き裂導入時に与えられる応力拡大係数の最大値よりも低ければ、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることにより適正なＳＣＣ試験を行うことができなくなるという問題である。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく適正なＳＣＣ試験を実施するためのＳＣＣ試験体の製作方法及び試験方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の応力腐食割れ試験体の製作方法は、残留応力と疲労予き裂導入時に付加される応力により与えられる疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数が、試験条件として付加される応力と前記残留応力によって与えられる試験開始時の応力拡大係数以下となるように疲労予き裂を導入することを特徴としている。
【０００９】
この方法によれば、ＳＣＣ試験の開始時に与えられる応力拡大係数が疲労予き裂導入時に与えられる応力拡大係数の最大値よりも高くなるため、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく、試験条件として付加される応力と残留応力に応じた適正なＳＣＣ試験を行うことができる。
【００１０】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、試験開始時の応力拡大係数は、予め求められている応力腐食割れ進展速度と応力拡大係数との相関データと、試験実施条件として設定される応力腐食割れ速度により算出することを特徴としている。
【００１１】
この方法によれば、応力腐食割れ進展速度と応力拡大係数との相関データを予め取得していることで、ＳＣＣ試験で計画しているき裂進展量と所要試験時間から試験条件として応力腐食割れ速度が決定されれば、試験開始時の応力拡大係数を容易に設定することができる。
【００１２】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数は、予め求められている疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関データ及び疲労予き裂導入条件として設定される疲労き裂進展速度により算出した応力拡大係数範囲と、疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数との和であることを特徴としている。
【００１３】
この方法では、疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関データを予め取得している。このため、ＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入条件（目標き裂深さ、目標導入量、導入に要する目標時間、繰返し荷重の振動数等）から疲労き裂進展速度が決定されれば、疲労予き裂導入条件に応じた疲労予き裂導入時の繰返し荷重による応力拡大係数範囲を容易に得ることができる。そして、当該応力拡大係数範囲と疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数との和を疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数として得ることができる。さらに、疲労予き裂導入に要する時間を任意に設定可能であるため、目標とする時間で計画的にＳＣＣ試験体の製作を行うことができる。
【００１４】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数は、予め求められている残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データと、疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さから算出することを特徴としている。
【００１５】
この方法によれば、残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データを予め取得しているので、上記ＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入条件として設定した導入き裂深さから疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数を容易に得ることができる。
【００１６】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さは、予め求められている前記試験条件として付加される応力及び残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データと前記試験開始時の応力拡大係数から算出することを特徴としている。
【００１７】
この方法によれば、試験条件として付加される応力及び残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データを予め取得しているので、上記試験開始時の応力拡大係数から疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さを容易に得ることができる。
【００１８】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、疲労き裂進展速度は、前記疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さから疲労予き裂導入前に導入するき裂の深さを控除して得られる疲労予き裂導入量と、疲労予き裂導入条件として設定される振動回数から得られることを特徴としている。
【００１９】
この方法によれば、疲労予き裂導入量を疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さと導入前に予め設けられたき裂の深さから決定することができる。そして、決定した疲労予き裂導入量と予め設定される振動回数から、所望の試験時間と対応する疲労き裂進展速度を求めることができる。
【００２０】
また、上記の応力腐食割れ試験体には疲労予き裂導入前に予め設けられたき裂としてスリットが設けられ、当該スリットの断面幅はスリット深さが大きくなるに従い小さくなることを特徴としている。
【００２１】
この構成によれば、疲労予き裂の導入を容易に誘発させることができるため、前記繰返し荷重を低減させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の応力腐食割れ試験体の製作方法によれば、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく適正なＳＣＣ試験を実施するためのＳＣＣ試験体の製作が可能となり、また、短時間で製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態である円筒配管の溶接部の配管内表面に導入した初期き裂の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態である円筒配管の溶接部の配管内表面に導入した初期き裂の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態であるＳＣＣ試験体の製作方法の手順を示す工程図である。
【図４】実機稼動条件と非稼動条件それぞれについて円筒配管の溶接部で想定するＳＣＣき裂面に直交する方向の引張り応力（配管周方向応力）と配管内表面からの距離との相関の一例を示す相関図である。
【図５】実機稼動条件と非稼動条件それぞれについて応力拡大係数とき裂深さとの相関と疲労予き裂の導入からＳＣＣ試験の終了までの応力拡大係数とき裂深さの推移の一例を示す相関図である。
【図６】ＳＣＣ試験で想定される応力拡大係数と応力腐食割れ進展速度との相関の一例を示す相関図である。
【図７】疲労予き裂導入時に想定される疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関の一例を示す相関図である。
【図８】本発明の実施の形態である初期き裂として導入するスリットの平面図である。
【図９】本発明の実施の形態である初期き裂として導入するスリットの断面図である。
【図１０】従来からＳＣＣ試験体として用いられているＣＴ（コンパクト）試験片の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施形態として応力腐食割れ（以下、「ＳＣＣ」という）試験の試験体の製作方法の流れについて図１から図９を参照して説明する。本発明は、溶接部など残留応力を有する部材のＳＣＣき裂進展特性を取得するための試験体の初期き裂を、疲労予き裂により導入する方法に関するものである。特に、実機使用時において、溶接残留応力に加えて、熱膨張や内圧による応力、自重や構造系全体の変形等による応力といった、応力が部材に定常的に作用する応力条件下でのＳＣＣき裂進展特性を取得するための試験体の製作方法に関する。
【００２５】
本実施形態では、その一例として、外部環境よりも高温の流体が、所定の圧力をもって内部を流通する配管の溶接部において生じるＳＣＣき裂進展特性を取得するための試験体を製作する方法について説明し、具体的には図１に示すような配管の溶接部に初期き裂として疲労予き裂を導入する方法について説明する。
【００２６】
図１は、き裂面１ａが円筒配管２の軸線方向Ｌ及び半径方向Ｒに平行となるき裂１を溶接部３の配管内表面２ａに初期き裂として導入する例である。ここで、図２に示すようにき裂面１ａは実際のＳＣＣを模擬した形状、例えば半楕円形状とするが、初期き裂のすべてを疲労き裂により導入することは現実的ではない。想定する形状になるように正確にき裂の導入を制御することは困難であり、また、導入に長時間を要するからである。従って、予め一回り小さな楕円形状のき裂を放電加工等によるスリットで設けた後に、該スリットによってき裂を誘発させながら所定形状のき裂面となるまで疲労予き裂を導入することで、初期き裂の導入を行う。
【００２７】
また、対象となる配管及び初期き裂導入箇所は実機でＳＣＣの発生が懸念される配管及び箇所が選択される。例えば、溶接等の熱により材質変化の影響を受けやすい材質（オーステナイト系ステンレス等）の配管において、溶接等の熱の影響を受ける箇所や、内部流体が高温高圧でｐｈが高く、高温高圧で高ｐｈの環境に曝される配管における、当該環境にさらされる表面部位等である。
【００２８】
図３に示すように、本実施形態のＳＣＣ試験体の製作方法は、大きく分けて、疲労き裂を導入するために必要なデータを事前に準備する準備工程Ｓ１と、準備工程Ｓ１で取得したデータに基づいて、疲労予き裂の導入条件を決定する疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２と、疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２で求めた導入条件の妥当性を判定する判定工程Ｓ３と、実際に疲労予き裂を導入する疲労予き裂導入工程Ｓ４とを備える。以下に、各工程の詳細について説明する。
【００２９】
準備工程Ｓ1：本工程では事前準備として、上記ＳＣＣ試験体について、き裂面に直交する方向の引張り応力と部材表面からの距離との相関を示す第１の相関データと、応力拡大係数とき裂深さとの相関を示す第２の相関データを予め取得する。さらに、上記ＳＣＣ試験体を形成する材料での、応力拡大係数と応力腐食割れ進展速度との相関を示す第３の相関データと、疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関を示す第４の相関データを予め取得する。これらを予め取得しておくことで後述の疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２での条件決定が容易となる。
【００３０】
準備工程Ｓ１は、第１のステップＳ１１〜第４のステップＳ１４までの４つのステップによって構成され、各ステップで相関データを取得する。以下にそれぞれの相関データの取得する各ステップについて説明する。
【００３１】
第１のステップＳ１１：実機稼動条件と非稼動条件それぞれについてＳＣＣ試験で対象とする実機部材である配管部材内部の応力分布を解析で求め、図４に示すような想定するＳＣＣき裂面に直交する方向の引張り応力（図１に示すき裂の場合は配管周方向応力）と配管内表面からの距離との相関を示す第１の相関データＤ１を取得する。ここで、実機稼動条件とは、本ＳＣＣ試験体として試験対象となる配管が実機稼動時に受ける応力条件であることを意味する。すなわち、本実施形態では、溶接部３における残留応力とともに、配管２の内部に流体が流通することで、流体から作用する内圧による応力、流体から伝達する熱による熱応力が生じた応力条件をいう。また、非稼動条件とは、本ＳＣＣ試験体として試験対象となる配管が非稼動時に受ける応力条件であることを意味する。すなわち、本実施形態では、配管２の内部に流体が流通しない状態での応力条件となり、溶接部３における残留応力のみが生じた応力条件をいう。また、解析手法としては、有限要素法など公知の手法が適用される。第１の相関データＤ１において、曲線Ｄ１１は実機稼動条件、すなわち残留応力、熱膨張や内圧による応力が発生している条件での配管周方向応力と配管内表面２ａからの距離Ｘとの相関を表わしている。また、曲線Ｄ１２は非稼動条件、すなわち残留応力のみ発生している条件での配管周方向応力と配管内表面２ａからの距離Ｘとの相関を表わしている。
【００３２】
第２のステップＳ１２：図５に示すように第１の相関データＤ１から得られる引張り応力から、実機稼動条件と非稼動条件それぞれについて応力拡大係数とき裂深さとの相関を示す第２の相関データＤ２を取得する。第２の相関データＤ２は残留応力が発生しているＳＣＣ試験体を製作する段階からＳＣＣ試験を終了するまでの応力拡大係数とき裂深さの推移を管理するために用いるものである。第２の相関データD２において、曲線Ｄ２１は実機稼動条件での応力拡大係数とき裂深さとの相関を表わしている。また、曲線Ｄ２２は非稼動条件での応力拡大係数とき裂深さとの相関を表わしている。
【００３３】
ここで、応力拡大係数Ｋは、半楕円形状のき裂の場合、一般に以下数式で与えられる。
【数１】
σ：き裂部位の公称（引張り）応力
ａ：き裂深さ
ｃ：き裂半長
Ｆ：き裂・構造物の形状、加重による定数
【００３４】
そして、図４に示す第１の相関データＤ１から、各き裂深さ（内面からの距離）におけるき裂先端における応力状態を特定し、該応力状態とき裂深さとから＜数１＞に基づいて応力拡大係数を算出してき裂深さと関係付けることで第２の相関データＤ２を求めることができる。
【００３５】
第３のステップＳ１３：図６に示すように、応力拡大係数と応力腐食割れ進展速度との相関を示す第３の相関データＤ３を取得する。第３の相関データＤ３はＳＣＣ試験開始時の応力腐食割れ進展速度（ｄａ／ｄｔ）を設定することで試験開始時に想定される応力拡大係数を仮決定するためのデータである。
【００３６】
具体的には、第３の相関データＤ３は、ＳＣＣ試験体と同材質で、例えば図９に示すようなＣＴ試験片を製作し、該試験片により実際のＳＣＣ試験と同じ腐食環境下で予めＳＣＣ試験を実施することにより取得することができる。なお、図１に示すように実際のＳＣＣ試験同様に実機相当の試験片を用いても良く、さらには、試験によらず、解析によって求めても良い。
【００３７】
第４のステップＳ１４：図７に示すように、疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関を示す第４の相関データＤ４を取得する。第４の相関データＤ４はＳＣＣ試験体の製作において、繰返し荷重を負荷して行われる疲労予き裂の導入に際し、設定した疲労き裂進展速度に対応する応力拡大係数の最大値と最小値との差である応力拡大係数範囲を取得するためのデータである。ここで、疲労予き裂進展速度は一振動あたりのき裂進展量（ｄａ／ｄＮ）の他に、単位時間あたりのき裂進展量（ｄａ／ｄｔ）でもよい。
【００３８】
具体的には、第４の相関データＤ４は第３の相関データＤ３と同様にＳＣＣ試験体と同材質のＣＴ試験片や実機相当の試験片等を用いて、疲労予き裂導入時と同じ残留応力のみが発生している条件下での疲労試験や解析によって予め取得することができる。
【００３９】
以上により、準備工程Ｓ１が完了し、次工程である疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２に移行する。
【００４０】
疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２：本工程はＳＣＣ試験体の製作に際し疲労予き裂の導入条件を決定するものである。疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２は、第５のステップＳ２１〜第１０のステップＳ２６までの６つのステップによって構成され、疲労予き裂導入条件となる疲労予き裂導入時の応力拡大係数範囲及び最大応力拡大係数を求める。以下に各ステップついて説明する。
【００４１】
第５のステップＳ２１：ＳＣＣ試験開始時の応力腐食割れ進展速度Ｃ１を決定する。まず、ＳＣＣ試験に要する目標時間と、ＳＣＣ試験において開始から終了までに導入するＳＣＣの目標進展量を設定する。目標時間はＳＣＣ試験を行う試験機の稼動可能時間などにより設定され、目標進展量は試験体の寸法等により設定される。そして、目標進展量を目標時間で割ることにより応力腐食割れ進展速度が得られ、これをＳＣＣ試験開始時の応力腐食割れ進展速度Ｃ１とする。
【００４２】
第６のステップＳ２２：次に、ＳＣＣ試験開始時に導入される応力拡大係数Ｋ１を仮決定する。具体的には、ＳＣＣ試験開始時の応力腐食割れ進展速度Ｃ１を、図６に示す第３の相関データＤ３に入力することにより対応するＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１が求められる。これにより、ＳＣＣ試験開始時にＳＣＣ試験体に応力拡大係数Ｋ１を導入することで、目標時間で目標進展量分だけＳＣＣを概略進展させることが可能となる。
【００４３】
第７のステップＳ２３：図５に示す第２の相関データＤ２の曲線Ｄ２１に基づき、第６のステップＳ２２で求めたＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１に対応するＳＣＣ試験開始時のき裂深さＡ１を得る。
【００４４】
これにより、ＳＣＣ試験体において、ＳＣＣ試験開始時におけるき裂深さ、すなわち初期き裂をき裂深さＡ１とすることで、ＳＣＣ試験体の有する残留応力、並びに、試験条件として付加される流体の熱及び作用する圧力による応力によって、ＳＣＣ試験開始時における応力拡大係数を第６のステップＳ２２で求めた応力拡大係数Ｋ１に設定することが可能となる。
【００４５】
第８のステップＳ２４：ＳＣＣ試験体の製作において、初期き裂として疲労予き裂を導入する際の疲労き裂進展速度Ｃｆ０を決定する。まず、ＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入条件として目標き裂深さ、目標導入量、導入に要する目標時間、繰返し荷重の振動数等を設定する。目標時間は疲労予き裂導入装置の稼動可能時間等により設定され、目標導入量は試験体の寸法などにより設定される。そして、繰返し荷重の振動数と目標時間から得られる導入開始から終了までの振動回数で目標導入量を割ることにより得られる一振動あたりのき裂進展量（ｄａ／ｄＮ）を疲労予き裂導入時の疲労き裂進展速度Ｃｆ０とする。又は、目標導入量を目標時間で割ることにより単位時間あたりのき裂進展量（ｄａ／ｄｔ）を疲労予き裂導入時の疲労き裂進展速度Ｃｆ０としてもよい。
【００４６】
第９のステップＳ２５：次に、第７のステップＳ２３で求めた初期き裂深さＡ１から、図５に示す第２の相関データＤ２の曲線Ｄ２２において対応する応力拡大係数を求める。すなわち、当該初期き裂深さＡ１はＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入後のき裂深さであるから、第２の相関データＤ２の曲線Ｄ２２より、残留応力のみが生じた状態での疲労予き裂導入後のき裂深さＡ１に対する応力拡大係数Ｋ０を得ることができる。
【００４７】
第１０のステップＳ２６：次に、疲労予き裂導入時に設定した疲労き裂進展速度に対する応力拡大係数範囲ΔＫを求める。すなわち、第８のステップＳ２４で求めた疲労き裂進展速度Ｃｆ０から、第４の相関データＤ４において対応する応力拡大係数範囲ΔＫ０を求める。
【００４８】
これにより、残留応力のみが生じた状態での疲労予き裂導入後のき裂深さＡ１に対する応力拡大係数Ｋ０と、疲労き裂進展速度Ｃｆ０に対する応力拡大係数範囲ΔＫ０との和を最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘとして得ることができる。
【００４９】
判定工程Ｓ３：次に、疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２で定めた疲労予き裂導入時の目標き裂深さＡ１と疲労き裂進展速度Ｃｆ０の妥当性について判定を行う。具体的には、疲労予き裂導入時における最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘが、ＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１よりも大きくなっていないかどうか判定する。
【００５０】
すなわち、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘとＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１の大小を比較し、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘがＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１以下の場合は、ＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入時の目標き裂深さは第７のステップＳ２３で得られたき裂深さＡ１に確定する。疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく適正なＳＣＣ試験を実施できるためである。
【００５１】
一方、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘがＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１を超える場合は、ＳＣＣ試験体の予き裂導入時の目標き裂深さをＡ１よりも大きい値とするか、疲労き裂進展速度をＣｆ０よりも小さい値にするか、またはこれらの組み合わせにより最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘがＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１以下となるまで、疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２及び判定工程Ｓ３を繰り返し行う。
【００５２】
そして、判定工程Ｓ３により、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘがＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１以下の場合には、導入工程Ｓ４に移行し、求められた疲労予き裂導入時の目標き裂深さＡ１まで、応力拡大係数範囲Ｋ０、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘで疲労予き裂を導入する。
【００５３】
このようにして疲労予き裂導入時の条件を設定することで、ＳＣＣ試験の開始時に与えられる応力拡大係数が疲労予き裂導入時に与えられる応力拡大係数の最大値よりも高く設定できる。これにより、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく適正なＳＣＣ試験を実施するための試験体を製作することが可能となる。また、疲労により予き裂を導入するため、短時間でＳＣＣ試験体を製作することが可能となる。
【００５４】
次に疲労予き裂導入前に予め試験体に設けられるスリットの形状について説明する。初期き裂のすべてを疲労き裂により導入することは現実的ではないことから、予め一回り小さな楕円形状のき裂を放電加工等によるスリットで設けた後に、該スリットによってき裂を誘発させながら所定形状のき裂面となるまで疲労予き裂を導入する。従って、疲労き裂を誘発しやすいスリットを設けることが望ましい。例えば、図９（ａ）から図９（ｃ）に示すような断面形状のスリットが用いられる。このうちき裂先端部が最も尖っている図９（ｂ）に示すようなスリット形状が理想的であるが、製作容易性を考慮すれば図９（ｃ）に示すような、段状に形成されて、先端に向かうに従って先鋭化されたものが好ましい。
【符号の説明】
【００５５】
１ き裂
１ａ き裂面
２ 円筒配管
２ｂ 配管内表面
３ 溶接部
１１ スリット面
５０ ＣＴ（コンパクト）試験片
５１ スリット
５２ 疲労き裂
Ｌ 円筒配管の軸線方向
Ｒ 円筒配管の半径方向
Ｐ 繰り返し過重
【技術分野】
【０００１】
本発明は、残留応力を有する部材についての応力腐食割れ（以下、「ＳＣＣ」という）試験の試験体の製作方法及び応力腐食割れ試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＣＣのき裂進展特性を取得するＳＣＣ試験の試験体としては図１０に示すようなＣＴ（コンパクト）試験片が用いられている。このＣＴ試験片には試験に先立ちＳＣＣの進展を促進するために初期き裂としてスリットと疲労予き裂が導入されている。スリットの導入はワイヤカットや放電加工等により行われ、疲労予き裂の導入はスリット面に直交する方向に繰返し荷重を所定のき裂深さが得られるまで負荷することにより行われる。
一方、このようなＣＴ試験片は実機でＳＣＣが発生する箇所の部材形状（例えば、円筒配管の内面）を必ずしも模擬したものではないため、より精度の高い実機評価を行うために図１に示すような円筒配管等の試験体を用いたＳＣＣ試験が行われている。
ここで、実機におけるＳＣＣの進展は溶接等の残留応力の引張り成分により誘発されるものと考えられることから、予き裂をＣＴ試験片や実機形状の試験体に設けた溶接部に導入することで、ＳＣＣ試験は実機稼動条件として付加される応力（流体の熱及び作用する圧力等による応力）だけでなく残留応力も考慮して実施される。なお、ＳＣＣ試験はその他の外力は与えないで行われる。
【０００３】
また、ＳＣＣ試験体への予き裂導入方法としては、荷重を付与された試験体材料を加速腐食溶液に浸漬させて所定深さまでき裂を導入する方法が開示されている（例えば、特許文献1参照）。この方法では実際のＳＣＣを模擬した腐食により予き裂を導入するものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１による方法では、予き裂を導入するために加速腐食溶液に浸漬させて腐食を発生させるので、実際のＳＣＣ試験条件とは異なる環境中に試験体を曝すことになり、その影響が懸念されるという問題があった。
【０００６】
一方、疲労により予き裂を導入する方法では、ＳＣＣ試験体の製作にあたって試験条件との関係で疲労予き裂導入条件の設定手法が確立されていないという問題があった。つまり、溶接部に設けられる疲労予き裂の導入に際しては残留応力とは別に繰返し荷重による応力が発生し、与えられる応力拡大係数は前者の応力によるものに後者の応力による変動分（応力拡大係数範囲）が付加される。この場合、ＳＣＣ試験の開始時に与えられる応力拡大係数が疲労予き裂導入時に与えられる応力拡大係数の最大値よりも低ければ、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることにより適正なＳＣＣ試験を行うことができなくなるという問題である。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく適正なＳＣＣ試験を実施するためのＳＣＣ試験体の製作方法及び試験方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の応力腐食割れ試験体の製作方法は、残留応力と疲労予き裂導入時に付加される応力により与えられる疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数が、試験条件として付加される応力と前記残留応力によって与えられる試験開始時の応力拡大係数以下となるように疲労予き裂を導入することを特徴としている。
【０００９】
この方法によれば、ＳＣＣ試験の開始時に与えられる応力拡大係数が疲労予き裂導入時に与えられる応力拡大係数の最大値よりも高くなるため、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく、試験条件として付加される応力と残留応力に応じた適正なＳＣＣ試験を行うことができる。
【００１０】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、試験開始時の応力拡大係数は、予め求められている応力腐食割れ進展速度と応力拡大係数との相関データと、試験実施条件として設定される応力腐食割れ速度により算出することを特徴としている。
【００１１】
この方法によれば、応力腐食割れ進展速度と応力拡大係数との相関データを予め取得していることで、ＳＣＣ試験で計画しているき裂進展量と所要試験時間から試験条件として応力腐食割れ速度が決定されれば、試験開始時の応力拡大係数を容易に設定することができる。
【００１２】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数は、予め求められている疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関データ及び疲労予き裂導入条件として設定される疲労き裂進展速度により算出した応力拡大係数範囲と、疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数との和であることを特徴としている。
【００１３】
この方法では、疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関データを予め取得している。このため、ＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入条件（目標き裂深さ、目標導入量、導入に要する目標時間、繰返し荷重の振動数等）から疲労き裂進展速度が決定されれば、疲労予き裂導入条件に応じた疲労予き裂導入時の繰返し荷重による応力拡大係数範囲を容易に得ることができる。そして、当該応力拡大係数範囲と疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数との和を疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数として得ることができる。さらに、疲労予き裂導入に要する時間を任意に設定可能であるため、目標とする時間で計画的にＳＣＣ試験体の製作を行うことができる。
【００１４】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数は、予め求められている残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データと、疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さから算出することを特徴としている。
【００１５】
この方法によれば、残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データを予め取得しているので、上記ＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入条件として設定した導入き裂深さから疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数を容易に得ることができる。
【００１６】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さは、予め求められている前記試験条件として付加される応力及び残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データと前記試験開始時の応力拡大係数から算出することを特徴としている。
【００１７】
この方法によれば、試験条件として付加される応力及び残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データを予め取得しているので、上記試験開始時の応力拡大係数から疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さを容易に得ることができる。
【００１８】
また、上記の応力腐食割れ試験体の製作方法において、疲労き裂進展速度は、前記疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さから疲労予き裂導入前に導入するき裂の深さを控除して得られる疲労予き裂導入量と、疲労予き裂導入条件として設定される振動回数から得られることを特徴としている。
【００１９】
この方法によれば、疲労予き裂導入量を疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さと導入前に予め設けられたき裂の深さから決定することができる。そして、決定した疲労予き裂導入量と予め設定される振動回数から、所望の試験時間と対応する疲労き裂進展速度を求めることができる。
【００２０】
また、上記の応力腐食割れ試験体には疲労予き裂導入前に予め設けられたき裂としてスリットが設けられ、当該スリットの断面幅はスリット深さが大きくなるに従い小さくなることを特徴としている。
【００２１】
この構成によれば、疲労予き裂の導入を容易に誘発させることができるため、前記繰返し荷重を低減させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の応力腐食割れ試験体の製作方法によれば、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく適正なＳＣＣ試験を実施するためのＳＣＣ試験体の製作が可能となり、また、短時間で製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態である円筒配管の溶接部の配管内表面に導入した初期き裂の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態である円筒配管の溶接部の配管内表面に導入した初期き裂の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態であるＳＣＣ試験体の製作方法の手順を示す工程図である。
【図４】実機稼動条件と非稼動条件それぞれについて円筒配管の溶接部で想定するＳＣＣき裂面に直交する方向の引張り応力（配管周方向応力）と配管内表面からの距離との相関の一例を示す相関図である。
【図５】実機稼動条件と非稼動条件それぞれについて応力拡大係数とき裂深さとの相関と疲労予き裂の導入からＳＣＣ試験の終了までの応力拡大係数とき裂深さの推移の一例を示す相関図である。
【図６】ＳＣＣ試験で想定される応力拡大係数と応力腐食割れ進展速度との相関の一例を示す相関図である。
【図７】疲労予き裂導入時に想定される疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関の一例を示す相関図である。
【図８】本発明の実施の形態である初期き裂として導入するスリットの平面図である。
【図９】本発明の実施の形態である初期き裂として導入するスリットの断面図である。
【図１０】従来からＳＣＣ試験体として用いられているＣＴ（コンパクト）試験片の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施形態として応力腐食割れ（以下、「ＳＣＣ」という）試験の試験体の製作方法の流れについて図１から図９を参照して説明する。本発明は、溶接部など残留応力を有する部材のＳＣＣき裂進展特性を取得するための試験体の初期き裂を、疲労予き裂により導入する方法に関するものである。特に、実機使用時において、溶接残留応力に加えて、熱膨張や内圧による応力、自重や構造系全体の変形等による応力といった、応力が部材に定常的に作用する応力条件下でのＳＣＣき裂進展特性を取得するための試験体の製作方法に関する。
【００２５】
本実施形態では、その一例として、外部環境よりも高温の流体が、所定の圧力をもって内部を流通する配管の溶接部において生じるＳＣＣき裂進展特性を取得するための試験体を製作する方法について説明し、具体的には図１に示すような配管の溶接部に初期き裂として疲労予き裂を導入する方法について説明する。
【００２６】
図１は、き裂面１ａが円筒配管２の軸線方向Ｌ及び半径方向Ｒに平行となるき裂１を溶接部３の配管内表面２ａに初期き裂として導入する例である。ここで、図２に示すようにき裂面１ａは実際のＳＣＣを模擬した形状、例えば半楕円形状とするが、初期き裂のすべてを疲労き裂により導入することは現実的ではない。想定する形状になるように正確にき裂の導入を制御することは困難であり、また、導入に長時間を要するからである。従って、予め一回り小さな楕円形状のき裂を放電加工等によるスリットで設けた後に、該スリットによってき裂を誘発させながら所定形状のき裂面となるまで疲労予き裂を導入することで、初期き裂の導入を行う。
【００２７】
また、対象となる配管及び初期き裂導入箇所は実機でＳＣＣの発生が懸念される配管及び箇所が選択される。例えば、溶接等の熱により材質変化の影響を受けやすい材質（オーステナイト系ステンレス等）の配管において、溶接等の熱の影響を受ける箇所や、内部流体が高温高圧でｐｈが高く、高温高圧で高ｐｈの環境に曝される配管における、当該環境にさらされる表面部位等である。
【００２８】
図３に示すように、本実施形態のＳＣＣ試験体の製作方法は、大きく分けて、疲労き裂を導入するために必要なデータを事前に準備する準備工程Ｓ１と、準備工程Ｓ１で取得したデータに基づいて、疲労予き裂の導入条件を決定する疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２と、疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２で求めた導入条件の妥当性を判定する判定工程Ｓ３と、実際に疲労予き裂を導入する疲労予き裂導入工程Ｓ４とを備える。以下に、各工程の詳細について説明する。
【００２９】
準備工程Ｓ1：本工程では事前準備として、上記ＳＣＣ試験体について、き裂面に直交する方向の引張り応力と部材表面からの距離との相関を示す第１の相関データと、応力拡大係数とき裂深さとの相関を示す第２の相関データを予め取得する。さらに、上記ＳＣＣ試験体を形成する材料での、応力拡大係数と応力腐食割れ進展速度との相関を示す第３の相関データと、疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関を示す第４の相関データを予め取得する。これらを予め取得しておくことで後述の疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２での条件決定が容易となる。
【００３０】
準備工程Ｓ１は、第１のステップＳ１１〜第４のステップＳ１４までの４つのステップによって構成され、各ステップで相関データを取得する。以下にそれぞれの相関データの取得する各ステップについて説明する。
【００３１】
第１のステップＳ１１：実機稼動条件と非稼動条件それぞれについてＳＣＣ試験で対象とする実機部材である配管部材内部の応力分布を解析で求め、図４に示すような想定するＳＣＣき裂面に直交する方向の引張り応力（図１に示すき裂の場合は配管周方向応力）と配管内表面からの距離との相関を示す第１の相関データＤ１を取得する。ここで、実機稼動条件とは、本ＳＣＣ試験体として試験対象となる配管が実機稼動時に受ける応力条件であることを意味する。すなわち、本実施形態では、溶接部３における残留応力とともに、配管２の内部に流体が流通することで、流体から作用する内圧による応力、流体から伝達する熱による熱応力が生じた応力条件をいう。また、非稼動条件とは、本ＳＣＣ試験体として試験対象となる配管が非稼動時に受ける応力条件であることを意味する。すなわち、本実施形態では、配管２の内部に流体が流通しない状態での応力条件となり、溶接部３における残留応力のみが生じた応力条件をいう。また、解析手法としては、有限要素法など公知の手法が適用される。第１の相関データＤ１において、曲線Ｄ１１は実機稼動条件、すなわち残留応力、熱膨張や内圧による応力が発生している条件での配管周方向応力と配管内表面２ａからの距離Ｘとの相関を表わしている。また、曲線Ｄ１２は非稼動条件、すなわち残留応力のみ発生している条件での配管周方向応力と配管内表面２ａからの距離Ｘとの相関を表わしている。
【００３２】
第２のステップＳ１２：図５に示すように第１の相関データＤ１から得られる引張り応力から、実機稼動条件と非稼動条件それぞれについて応力拡大係数とき裂深さとの相関を示す第２の相関データＤ２を取得する。第２の相関データＤ２は残留応力が発生しているＳＣＣ試験体を製作する段階からＳＣＣ試験を終了するまでの応力拡大係数とき裂深さの推移を管理するために用いるものである。第２の相関データD２において、曲線Ｄ２１は実機稼動条件での応力拡大係数とき裂深さとの相関を表わしている。また、曲線Ｄ２２は非稼動条件での応力拡大係数とき裂深さとの相関を表わしている。
【００３３】
ここで、応力拡大係数Ｋは、半楕円形状のき裂の場合、一般に以下数式で与えられる。
【数１】
σ：き裂部位の公称（引張り）応力
ａ：き裂深さ
ｃ：き裂半長
Ｆ：き裂・構造物の形状、加重による定数
【００３４】
そして、図４に示す第１の相関データＤ１から、各き裂深さ（内面からの距離）におけるき裂先端における応力状態を特定し、該応力状態とき裂深さとから＜数１＞に基づいて応力拡大係数を算出してき裂深さと関係付けることで第２の相関データＤ２を求めることができる。
【００３５】
第３のステップＳ１３：図６に示すように、応力拡大係数と応力腐食割れ進展速度との相関を示す第３の相関データＤ３を取得する。第３の相関データＤ３はＳＣＣ試験開始時の応力腐食割れ進展速度（ｄａ／ｄｔ）を設定することで試験開始時に想定される応力拡大係数を仮決定するためのデータである。
【００３６】
具体的には、第３の相関データＤ３は、ＳＣＣ試験体と同材質で、例えば図９に示すようなＣＴ試験片を製作し、該試験片により実際のＳＣＣ試験と同じ腐食環境下で予めＳＣＣ試験を実施することにより取得することができる。なお、図１に示すように実際のＳＣＣ試験同様に実機相当の試験片を用いても良く、さらには、試験によらず、解析によって求めても良い。
【００３７】
第４のステップＳ１４：図７に示すように、疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関を示す第４の相関データＤ４を取得する。第４の相関データＤ４はＳＣＣ試験体の製作において、繰返し荷重を負荷して行われる疲労予き裂の導入に際し、設定した疲労き裂進展速度に対応する応力拡大係数の最大値と最小値との差である応力拡大係数範囲を取得するためのデータである。ここで、疲労予き裂進展速度は一振動あたりのき裂進展量（ｄａ／ｄＮ）の他に、単位時間あたりのき裂進展量（ｄａ／ｄｔ）でもよい。
【００３８】
具体的には、第４の相関データＤ４は第３の相関データＤ３と同様にＳＣＣ試験体と同材質のＣＴ試験片や実機相当の試験片等を用いて、疲労予き裂導入時と同じ残留応力のみが発生している条件下での疲労試験や解析によって予め取得することができる。
【００３９】
以上により、準備工程Ｓ１が完了し、次工程である疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２に移行する。
【００４０】
疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２：本工程はＳＣＣ試験体の製作に際し疲労予き裂の導入条件を決定するものである。疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２は、第５のステップＳ２１〜第１０のステップＳ２６までの６つのステップによって構成され、疲労予き裂導入条件となる疲労予き裂導入時の応力拡大係数範囲及び最大応力拡大係数を求める。以下に各ステップついて説明する。
【００４１】
第５のステップＳ２１：ＳＣＣ試験開始時の応力腐食割れ進展速度Ｃ１を決定する。まず、ＳＣＣ試験に要する目標時間と、ＳＣＣ試験において開始から終了までに導入するＳＣＣの目標進展量を設定する。目標時間はＳＣＣ試験を行う試験機の稼動可能時間などにより設定され、目標進展量は試験体の寸法等により設定される。そして、目標進展量を目標時間で割ることにより応力腐食割れ進展速度が得られ、これをＳＣＣ試験開始時の応力腐食割れ進展速度Ｃ１とする。
【００４２】
第６のステップＳ２２：次に、ＳＣＣ試験開始時に導入される応力拡大係数Ｋ１を仮決定する。具体的には、ＳＣＣ試験開始時の応力腐食割れ進展速度Ｃ１を、図６に示す第３の相関データＤ３に入力することにより対応するＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１が求められる。これにより、ＳＣＣ試験開始時にＳＣＣ試験体に応力拡大係数Ｋ１を導入することで、目標時間で目標進展量分だけＳＣＣを概略進展させることが可能となる。
【００４３】
第７のステップＳ２３：図５に示す第２の相関データＤ２の曲線Ｄ２１に基づき、第６のステップＳ２２で求めたＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１に対応するＳＣＣ試験開始時のき裂深さＡ１を得る。
【００４４】
これにより、ＳＣＣ試験体において、ＳＣＣ試験開始時におけるき裂深さ、すなわち初期き裂をき裂深さＡ１とすることで、ＳＣＣ試験体の有する残留応力、並びに、試験条件として付加される流体の熱及び作用する圧力による応力によって、ＳＣＣ試験開始時における応力拡大係数を第６のステップＳ２２で求めた応力拡大係数Ｋ１に設定することが可能となる。
【００４５】
第８のステップＳ２４：ＳＣＣ試験体の製作において、初期き裂として疲労予き裂を導入する際の疲労き裂進展速度Ｃｆ０を決定する。まず、ＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入条件として目標き裂深さ、目標導入量、導入に要する目標時間、繰返し荷重の振動数等を設定する。目標時間は疲労予き裂導入装置の稼動可能時間等により設定され、目標導入量は試験体の寸法などにより設定される。そして、繰返し荷重の振動数と目標時間から得られる導入開始から終了までの振動回数で目標導入量を割ることにより得られる一振動あたりのき裂進展量（ｄａ／ｄＮ）を疲労予き裂導入時の疲労き裂進展速度Ｃｆ０とする。又は、目標導入量を目標時間で割ることにより単位時間あたりのき裂進展量（ｄａ／ｄｔ）を疲労予き裂導入時の疲労き裂進展速度Ｃｆ０としてもよい。
【００４６】
第９のステップＳ２５：次に、第７のステップＳ２３で求めた初期き裂深さＡ１から、図５に示す第２の相関データＤ２の曲線Ｄ２２において対応する応力拡大係数を求める。すなわち、当該初期き裂深さＡ１はＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入後のき裂深さであるから、第２の相関データＤ２の曲線Ｄ２２より、残留応力のみが生じた状態での疲労予き裂導入後のき裂深さＡ１に対する応力拡大係数Ｋ０を得ることができる。
【００４７】
第１０のステップＳ２６：次に、疲労予き裂導入時に設定した疲労き裂進展速度に対する応力拡大係数範囲ΔＫを求める。すなわち、第８のステップＳ２４で求めた疲労き裂進展速度Ｃｆ０から、第４の相関データＤ４において対応する応力拡大係数範囲ΔＫ０を求める。
【００４８】
これにより、残留応力のみが生じた状態での疲労予き裂導入後のき裂深さＡ１に対する応力拡大係数Ｋ０と、疲労き裂進展速度Ｃｆ０に対する応力拡大係数範囲ΔＫ０との和を最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘとして得ることができる。
【００４９】
判定工程Ｓ３：次に、疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２で定めた疲労予き裂導入時の目標き裂深さＡ１と疲労き裂進展速度Ｃｆ０の妥当性について判定を行う。具体的には、疲労予き裂導入時における最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘが、ＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１よりも大きくなっていないかどうか判定する。
【００５０】
すなわち、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘとＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１の大小を比較し、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘがＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１以下の場合は、ＳＣＣ試験体の疲労予き裂導入時の目標き裂深さは第７のステップＳ２３で得られたき裂深さＡ１に確定する。疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく適正なＳＣＣ試験を実施できるためである。
【００５１】
一方、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘがＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１を超える場合は、ＳＣＣ試験体の予き裂導入時の目標き裂深さをＡ１よりも大きい値とするか、疲労き裂進展速度をＣｆ０よりも小さい値にするか、またはこれらの組み合わせにより最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘがＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１以下となるまで、疲労予き裂導入条件決定工程Ｓ２及び判定工程Ｓ３を繰り返し行う。
【００５２】
そして、判定工程Ｓ３により、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘがＳＣＣ試験開始時の応力拡大係数Ｋ１以下の場合には、導入工程Ｓ４に移行し、求められた疲労予き裂導入時の目標き裂深さＡ１まで、応力拡大係数範囲Ｋ０、最大応力拡大係数Ｋ０ｍａｘで疲労予き裂を導入する。
【００５３】
このようにして疲労予き裂導入時の条件を設定することで、ＳＣＣ試験の開始時に与えられる応力拡大係数が疲労予き裂導入時に与えられる応力拡大係数の最大値よりも高く設定できる。これにより、疲労予き裂導入時の荷重履歴の影響を受けることなく適正なＳＣＣ試験を実施するための試験体を製作することが可能となる。また、疲労により予き裂を導入するため、短時間でＳＣＣ試験体を製作することが可能となる。
【００５４】
次に疲労予き裂導入前に予め試験体に設けられるスリットの形状について説明する。初期き裂のすべてを疲労き裂により導入することは現実的ではないことから、予め一回り小さな楕円形状のき裂を放電加工等によるスリットで設けた後に、該スリットによってき裂を誘発させながら所定形状のき裂面となるまで疲労予き裂を導入する。従って、疲労き裂を誘発しやすいスリットを設けることが望ましい。例えば、図９（ａ）から図９（ｃ）に示すような断面形状のスリットが用いられる。このうちき裂先端部が最も尖っている図９（ｂ）に示すようなスリット形状が理想的であるが、製作容易性を考慮すれば図９（ｃ）に示すような、段状に形成されて、先端に向かうに従って先鋭化されたものが好ましい。
【符号の説明】
【００５５】
１ き裂
１ａ き裂面
２ 円筒配管
２ｂ 配管内表面
３ 溶接部
１１ スリット面
５０ ＣＴ（コンパクト）試験片
５１ スリット
５２ 疲労き裂
Ｌ 円筒配管の軸線方向
Ｒ 円筒配管の半径方向
Ｐ 繰り返し過重
【特許請求の範囲】
【請求項１】
残留応力を有する応力腐食割れ試験体の製作方法において、
当該残留応力と疲労予き裂導入時に付加される応力により与えられる疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数が、試験条件として付加される応力及び前記残留応力によって与えられる試験開始時の応力拡大係数以下となるように疲労予き裂を導入することを特徴とする、応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項２】
前記試験開始時の応力拡大係数は、予め求められている応力腐食割れ進展速度と応力拡大係数との相関データと、試験実施条件として設定される応力腐食割れ進展速度により算出することを特徴とする、請求項１記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項３】
前記疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数は、予め求められている疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関データ及び疲労予き裂導入条件として設定される疲労き裂進展速度により算出した応力拡大係数範囲と、疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数との和であることを特徴とする、請求項２記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項４】
前記疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数は、予め求められている前記残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データと、疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さから算出することを特徴とする、請求項３記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項５】
前記疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さは、予め求められている前記試験条件として付加される応力及び残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データと前記試験開始時の応力拡大係数から算出することを特徴とする、請求項４記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項６】
前記疲労き裂進展速度は、前記疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さから疲労予き裂導入前に予め設けられたき裂の深さを控除して得られる疲労予き裂導入量と、疲労予き裂導入条件として設定される振動回数から得られることを特徴とする、請求項５記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項７】
前記試験体には疲労予き裂導入前に予め設けられたき裂としてスリットが設けられ、当該スリットの断面幅はスリット深さが大きくなるに従い小さくなることを特徴とする、請求項１〜６記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載の方法で製作された試験体を用いた残留応力を有する応力腐食割れ試験方法。
【請求項１】
残留応力を有する応力腐食割れ試験体の製作方法において、
当該残留応力と疲労予き裂導入時に付加される応力により与えられる疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数が、試験条件として付加される応力及び前記残留応力によって与えられる試験開始時の応力拡大係数以下となるように疲労予き裂を導入することを特徴とする、応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項２】
前記試験開始時の応力拡大係数は、予め求められている応力腐食割れ進展速度と応力拡大係数との相関データと、試験実施条件として設定される応力腐食割れ進展速度により算出することを特徴とする、請求項１記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項３】
前記疲労予き裂導入時の最大応力拡大係数は、予め求められている疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との相関データ及び疲労予き裂導入条件として設定される疲労き裂進展速度により算出した応力拡大係数範囲と、疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数との和であることを特徴とする、請求項２記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項４】
前記疲労予き裂導入後の残留応力に基づく応力拡大係数は、予め求められている前記残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データと、疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さから算出することを特徴とする、請求項３記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項５】
前記疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さは、予め求められている前記試験条件として付加される応力及び残留応力に対するき裂深さと応力拡大係数との相関データと前記試験開始時の応力拡大係数から算出することを特徴とする、請求項４記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項６】
前記疲労き裂進展速度は、前記疲労予き裂導入後に予定されるき裂深さから疲労予き裂導入前に予め設けられたき裂の深さを控除して得られる疲労予き裂導入量と、疲労予き裂導入条件として設定される振動回数から得られることを特徴とする、請求項５記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項７】
前記試験体には疲労予き裂導入前に予め設けられたき裂としてスリットが設けられ、当該スリットの断面幅はスリット深さが大きくなるに従い小さくなることを特徴とする、請求項１〜６記載の応力腐食割れ試験体の製作方法。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載の方法で製作された試験体を用いた残留応力を有する応力腐食割れ試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−４３４７８（Ｐ２０１１−４３４７８Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９３４４８（Ｐ２００９−１９３４４８）
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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