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1 緒 言 原子力発電プラントにおいては,溶接時の熱ひずみや 地震荷重などによる過大な外力によって,構造材料に塑 性ひずみが生じる可能性がある.一般的に,構造材料は 塑性ひずみによって硬くなり,強度が増す.しかし,材 料は硬くなると脆くなり,切欠き強度(破壊じん性)が 小さくなる.1)実際に,塑性ひずみによって破壊じん性が 小さくなることが炭素鋼,2)高強度鋼,3), 4)低合金鋼,5)アル ミ合金,6), 7)およびステンレス鋼 8), 9)などで報告されてい る.一方,著者による SM490鋼を用いた実験 10)では, 弾塑性破壊じん性(以後,単に破壊じん性と呼ぶ)が, 5%の加工(予め導入する塑性ひずみを加工と称し状態量 としての塑性ひずみと区別する)によって増加し,10%以 上の加工で減少した.Sivaprasadらも高強度鋼で 2%の加 工で破壊じん性がピークを示すことを報告している.4)この ような塑性ひずみに対する破壊じん性の変化は単純でな い場合がある.この要因を考察するため,前報 11)ではき 裂先端近傍における応力と塑性ひずみの変化に着目した 検討を行った.延性き裂の発生に対しては,塑性ひずみ が支配要因となることが報告されており,12), 13)応力多軸 度の大きい方が延性き裂の発生する塑性ひずみ(以後, 限界塑性ひずみと呼ぶ)が小さくなる.14)~ 16)したがって, 加工によって予ひずみが導入されると,限界塑性ひずみ が見かけ上,小さくなり,破壊じん性は低下することが 予想される.17)~ 20)前報 11)では,5%~ 20%の加工を加え た炭素鋼の破壊じん性試験を実施するとともに,2次元 有限要素解析によって破壊じん性試験を模擬し,延性き 裂発生時(破壊じん性到達時)のき裂先端の塑性ひずみ を算出した.その結果,同じ応力多軸度においても,5% 加工材の限界塑性ひずみが加工のない材料のそれより大 きくなった.つまり,加工によって限界塑性ひずみが増加 した.同様に,加工によって限界塑性ひずみが大きくな るという現象が Yamadaら 21)によっても報告されている. このように,加工による破壊じん性の変化は,限界塑 性ひずみの見かけ上の減少とは対応しなかった.そして, 前報 11)では,加工によって限界塑性ひずみそのものが変 化したことによって破壊じん性が変化したと結論づけた. しかし,加工によって延性き裂発生の限界塑性ひずみが 5%加工時だけ増加する要因は不明のままである.一方, 塑性ひずみは状態量であり,延性き裂を発生させる駆動 力は応力で表されると考えられる.したがって,引張強 さなどの強度特性と同様に延性き裂発生に対する材料特 性も,応力を単位とするパラメータで記述される方が合 理的と考えられる.限界塑性ひずみを超える圧縮ひずみ を加えても延性き裂は発生しないことからも,塑性ひず みが強度特性を代表するパラメータでないことは明らか SM490鋼の弾塑性破壊じん性に及ぼす塑性ひずみの影響 (応力破壊基準による検討) 釜 谷 昌 幸 Effect of Plastic Strain on Elastic-Plastic Fracture Toughness of SM490 Carbon Steel (Assessment by Stress-Based Criterion for Ductile Crack Initiation)

zairyou/zairyo

Effect of Plastic Strain on Elastic-Plastic Fracture Toughness of SM490 Carbon Steel (Assessment by Stress-Based Criterion for Ductile Crack Initiation)