報告書番号

Q19002

タイトル（和文）

ミニチュアC(T)試験片による上部棚破壊靭性の評価　ー延性亀裂進展抵抗の試験片寸法依存性と監視試験の代替手法としての可能性ー

タイトル（英文）

Upper-Shelf Fracture Toughness Evaluation using Miniature C(T) Specimen - Specimen Size Effect on Ductile Crack Growth Resistance and Possibility as an Alternative Method of Surveillance Test -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
供用期間中の原子炉圧力容器の健全性が保たれていることを定期的に確認するために監視試験（注1）を実施することがJEAC 4201-2007(2013年追補版)に定められている。延性亀裂進展が支配的な上部棚破壊靭性（注2）は、現行の監視試験ではシャルピー衝撃試験でスクリーニング（上部棚吸収エネルギーUSEが68 Jを上回ることの確認）を行い、その基準を満たさなかった場合には破壊靭性試験等で評価される。原子炉の運転期間延長に伴う追加の監視試験要求を満たすために、物量の限られた監視試験片を有効活用する方策が求められている。1個の監視試験済みシャルピー試験片から新たに8個製作できる板厚4 mmのミニチュアC(T)試験片（Mini-C(T)試験片）の活用もその一策である。Mini-C(T)試験片による破壊靭性試験結果と上部棚吸収エネルギーの関係がわかれば、スクリーニング用試験片の代替としてMini-C(T)試験片を使用できる。また、試験片の寸法が延性亀裂進展抵抗に及ぼす影響を明らかにできれば、スクリーニング基準を満たさなかった場合の破壊靭性試験にもMini-C(T)試験片を使用できる。
目　　的
国内原子炉圧力容器鋼SQV2Aから作成したMini-C(T)試験片（図1）および標準的な寸法のC(T)試験片（0.5T-C(T)試験片、板厚12.7 mm、図1）による延性亀裂進展試験を実施・比較し、試験片寸法が結果に及ぼす影響を明らかにする。また、Mini-C(T)試験片を用いて現行規格と同様のスクリーニングを実施する手法を提案する。
主な成果
1. 延性亀裂進展抵抗の試験片寸法依存性
図2に示すように、延性亀裂進展に抗する材料特性（亀裂進展抵抗曲線）は、亀裂進展量が大きい領域（> 0.5 mm程度）では0.5T-C(T)試験片に比べてMini-C(T)試験片の亀裂進展抵抗が低くなり、亀裂進展量が小さい領域（< 0.5 mm程度）ではMini-C(T)試験片と0.5T-C(T)試験片のそれらがほぼ一致した。
2. 監視試験への適用可能性
現行の健全性評価規格にならい、亀裂進展抵抗曲線からシャルピー試験によるUSEを推定する式（注3）を提案した（図3中の①）。標準的な寸法である0.5T-C(T)の試験結果で最適化した同式を用い、Mini-C(T)試験片の試験結果から推定したUSEは178 Jであり、シャルピー衝撃試験から得られたUSE = 245 Jより低く（保守的に）見積もられた（図3中の②）。供試材においてはMini-C(T)試験片の延性亀裂進展試験結果に基づいてスクリーニングを実施できることが示された。
今後の展開
現行の規格を代替するスクリーニング基準として提案手法が適用できるかを確認するため、広範な材料や温度条件の下でデータを蓄積する。また、延性亀裂進展抵抗の評価において試験片寸法依存性が生ずるメカニズムを明らかにし、Mini-C(T)試験片で破壊靭性を直接評価する手法を開発する。

概要 （英文）

To develop a method for evaluating the upper-shelf fracture toughness of a Reactor Pressure Vessel (RPV) by utilizing a miniature compact tension (Mini-C(T)) specimen of 4 mm-thickness, the specimen size effect on ductile fracture toughness must be understood. This study aims to clarify the specimen size effect on ductile crack growth resistance and the applicability of the Mini-C(T) specimen to the upper-shelf fracture toughness screening procedure in the surveillance program, for which the Upper-Shelf absorbed Energy, USE, exceeding 68 J must be verified. Ductile crack growth tests were performed on five Mini-C(T) specimens and two 0.5T-C(T) specimens of 12.7 mm-thickness in Japanese RPV steel SQV2A. The test results revealed that both crack growth resistances of Mini-C(T) and 0.5T-C(T) specimens matched well for crack extensions of less than 0.5 mm, while the crack growth resistance for longer crack extensions was underestimated by the Mini-C(T) specimen. Based on J0.2 (the J-integral at a crack extension of 0.2 mm), it is possible to conservatively evaluate the ductile fracture toughness without any specimen size effect. Finally, it was demonstrated that screening of USE > 68 J in the surveillance program was conservatively feasible using the USE value estimated from the crack growth resistance curve of the Mini-C(T) specimen by the proposed USE estimation formula based on the formula given in JEAC 4206-2006.

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