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2000 Fiscal Year Annual Research Report

複合環境下における破壊の物理化学と制御システム

Research Project

Project/Area Number 11CE2003
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

庄子 哲雄  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80091700)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 粉川 博之  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10133050)
渡邉 豊  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10260415)
横堀 壽光  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00124636)
北村 正晴  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00005422)
北原 道弘  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60135522)
Keywords破壊の物理化学 / ローカルアプローチ / 局所情報計測 / き裂先端溶液化学 / 粒界化学 / 微小欠陥 / 環境助長割れ / 接触電気抵抗
Research Abstract

平成12年度においては、以下の具体的課題について研究を推進した。
(I)(1)破壊の物理化学的機構解明
(a)有限要素法を用いた数値シミュレーション手法を開発した。汎用FEMコードABAQUSを用いて、き裂進展部を従来の2次元コードを基礎に開発し、現在実験により検証を行っている。
(b)き裂先端から射出される転位群の運動と、腐食溶解反応により生じる水素との相互作用モデルを発展させ、物理的に妥当なへき開破壊モデルを構築した。
(c)ランダムに分布させた数10個の先在微視き裂を含む部材に対してき裂進展解析を行い、千鳥足状に分布したき裂の相互作用がき裂の局所化過程で重要な役割を演じていることを見出した。
(II)(1)局所材料情報の計測に関する研究
(i)(ii)経年劣化の非破壊計測・評価研究
新生面における酸化挙動及び酸化物の詳細解析をTOF-SIMSを用いて実施した。すべりステップ部における特異な酸化挙動等を明らかにし、材料劣化の局所化の重要性を明らかにした。
(iii)ナノ結晶破壊制御研究
粒界において部分的イオン結合性を増加させるMgやAlが粒界酸化脆化を促進するのに対し、共有結合性を高める元素であるPを添加した場合にはほとんど起こらないことを明らかにした。また、磁場中結晶化・粒成長により粒成長が促進され、ビッカース硬度が粒径の増加とともに低下するHall-Petch型の依存性が見出された。
(iv)高環境耐久性材料開発研究
低エネルギー構造を持つ結晶粒界は炭化物が析出し難くクロム欠乏が小さいが、高エネルギー構造を持つ結晶粒界は炭化物が析出し易くクロム欠乏が大きい傾向が認められた。また、炭化物析出の結晶方位的特徴との間に法則を見出した。
(II)(2)局所環境情報計測
(a)288℃純水+鋭敏化304Lの系について、進展き裂内からの6μlサンプリング試験を開始し、(1)溶存酸素濃度、(2)温度、(3)浸漬時間、(4)沖合硫酸イオン濃度を変数として、き裂進展速度とき裂内溶液化学との定量的関係を得るための試験を続行中である。
(b)レーザーラマン分光法を応用した計測手法開発に着手し、高温水中計測への見通しを得た。
(c)温度400℃、圧力25MPa〜60MPaの酸化性超臨界水環境におけるNi基超合金の腐食試験を実施し,超臨界領域での腐食機構に及ぼす水物性、とくに誘電率の影響をはじめて明らかにした。
(d)環境助長割れき裂発生・進展その場計測装置を設備し、平板試験片極近傍の溶液、き裂内部溶液のマイクロサンプリングシステムを導入した。ラマン分光装置を用いてSUS304L鋼の孔食内及び近傍の表面反応生成物の解析を行い、孔食内におけるCl濃度の約10倍の濃縮や、反応生成物の変化を明らかにした。
(II)(3)局所力学情報計測
(a)SCC感受性とき裂進展に伴うエネルギー吸収の関係についての相関、銅メッキ再結晶法の感度向上について調査を進め、ギガサイクル疲労のメカニズム解明を行っている。
(b)超音波AFMによるナノ領域弾性特性計測精度の向上のため、ダイヤモンド被覆探針の耐久性評価を行い、実効弾性率の文献値と解析結果の良好な一致が得られた。グラファイト表面下の転位の観察において、長距離(20nm以上)の可逆的移動を発見した。
(II)(4)局所欠陥情報計測
(a)集中誘導型交流電位差法による遠隔状態監視法として、テレメータを用いた遠隔状態監視手法を開発し、疲労に伴うき裂進展を20m以上離れた実験室にて計測することに成功した。マイクロ波法として、高分解能かつ高感度のマイクロ波同軸ケーブルセンサを開発した。渦電流探傷法に基づき、実機模擬環境下において欠陥位置や形状情報を同定するための研究を実施した。計測散乱波形を欠陥形状再構成法に適用し、き裂とボイドの識別と形状再構成が可能であることを確認した。
(b)溶接部欠陥の非破壊計測に着手し、確率論的欠陥評価及び上記非破壊計測法のいくつかについて適用を図っている。
(III)(1)(3)局所情報とマクロプラント挙動の相関研究を推進し、材料劣化データベース関係、システム安全裕度テストベンチの設計を行った。その結果、並列テストセクションを備えた高温高圧水ループ方式を採用し、劣化を早期に検出するための統合型監視用計測システムを設計した。

  • Research Products

    (63 results)

All Other

All Publications (63 results)

  • [Publications] G.F.Li and T.Shoji: "Environmentally assisted cracking behaviors of austenitic steels representing GB compositions of irradiated 304 steel and implication to mitigation of IASCC in PWR"Proceedings of Sixth International Conference on Material Issues in Design, Manufacturing and Operation of Nuclear Power Plant Equipment. 78-85 (2000)

  • [Publications] T.Shoji,K.S.Raja,G.F.Li and Y.J.Lee: "A quantitative Prediction model and critical parameters for environmentally assisted cracking of alloys in light water reactors"Proceedings of Sixth International Conference on Material Issues in Design, Manufacturing and Operation of Nuclear Power Plant Equipment. 68-77 (2000)

  • [Publications] Yasumoto Sato,Tetsuo Shoji: "Nondestructive Inspection Based on Electromagnetic Technique-Potential Drop and Micro Antenna techniques-"Proceedings of The Sixth International Conference on Material Issues in Design, Manufacturing and Operation of Nuclear Power Plants Equipment1. 271-281 (2000)

  • [Publications] 佐藤康元,庄子哲雄: "遠隔誘導型電磁場測定法の開発"平成12年度材料力学部門講演会講演論文集. 329-330 (2000)

  • [Publications] 八木賢一,ドリアン・ミンコフ,玉川欣治,佐藤康元: "微小アンテナを用いた電磁場探傷法によるき裂検出"平成12年度材料力学部門講演会講演論文集. 331-332 (2000)

  • [Publications] D.Minkov,J.Lee and T.Shoji: "Study of Crack Inversions Utilizing Dipole Model of a Crack and Hall Element Measurements"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 217. 207-215 (2000)

  • [Publications] D.Minkov,T.Shoji and J.Lee: "Experimental Study of Sizing of Surface Cracks by Using Leakage Magnetic Field and Hall Element Probe"Proceeding of the 2nd International Conference on Emerging Technologies in NDT. 56・5. 223-227 (2000)

  • [Publications] 小川和洋,庄子哲雄,千葉秀樹,阿部宏紀,鳥越泰治: "高温環境下における熱遮へいコーティング経年劣化の非破壊評価"非破壊検査. 50・3. 164-169 (2001)

  • [Publications] T.Shoji,J.Kwon and Q.Peng: "Theoretical consideration on the effects of the load modes on environmentally assisted cracking"Proc.of the 2001 TMS Annual Meeting. (in press).

  • [Publications] Yasumoto Sato,Tetsuo Shoji: "Development of Remotely Induced Current Field Measurement Technique"Electro-magnetic Nondestructive Evaluation(V), IOS Press. (in press).

  • [Publications] Kenichi Yagi,Yasumoto Sato,Tetsuo Shoji: "Inspection of Metal Surface Containing Cracks by Small Antennas"Review of Progress in QNDE. (in press).

  • [Publications] K.Ogawa,N.Gotoh,D.Minkov and T.Shoji: "QNDE of Degradation in Thermal Barrier Coatings Using Impedance Spectroscopy Technique"Review of Progress in QNDE. (in press).

  • [Publications] Kazushi Sato and Toshiyuki Hashida: "Development of Numerical Simulation Code for Hydraulic Fracturing Using Embedded Crack Element"Proc.of World Geothermal Congress 2000,(May 28-June 10,2000, Kyushu-Tohoku, Japan). 3865-3870 (2000)

  • [Publications] 板岡幹世,佐藤一志,橋田俊之: "大深部岩体における水圧破砕き裂進展挙動の数値シミュレーションに関する研究"平成12年度資源・素材関係学協会合同秋季大会講演論文集. 121-122 (2000)

  • [Publications] Y.C.Zhou and T.Hashida: "Combined Effects of Temperature Gradient and Oxidation on Thermal Barrier Coating Failure"Life Assessment of Hot Section Gas Turbine Components Edited by R.Townsend et al., Published by IOM Communications Ltd,. 155-172 (2000)

  • [Publications] Y.C.Zhou and T.Hashida: "Coupled Effects of Temperature Gradient and Oxidation on Thermal Stress in Thermal Barrier Coating System"International Journal of Solids and Structures. (in press).

  • [Publications] Y.C.Zhou and T.Hashida: "Delamination Cracking in Thermal Barrier coating System"Transactions of the ASME, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. (in press).

  • [Publications] Y.C.Zhou and T.Hashida: "Thermal Fatigue Failure Induced by Delamination in Thermal Barrier Coating"Fatigue of Composites 2000. (in press).

  • [Publications] 横堀壽光,磯貝毅: "転位群の動力学による疲労き裂成長理論におけるき裂先端特異応力場の影響"日本材料強度学会誌. 34・1. 1-10 (2000)

  • [Publications] A.T.Yokobori,Jr.,T.Satoh,M.Shibata,M.Tabuchi,A.Fuji and T.Yokobori: "The Characterization of Creep Crack Growth Rate and Its Life of TiAl Intermetallic Compound with Full Lamellar Microstructure"International Pressure Vessel. (in press).

  • [Publications] S.Reaz Ahmed and M.Saka: "Ultrasonic Angle-Beam Technique as a Tool for Quantitative Characterization of Small Closed Cracks"JSME International Journal. 43・4. 358-366 (2000)

  • [Publications] Y.Ju,S.Sanpei,M.Saka and H.Abe: "Microwave Measurement of Moisture in Encapsulant Resin of IC Packages"Nondestructive Characterization of Materials X, Elsevier Science. (in press).

  • [Publications] M.Saka,Y.Ju,D.Luo and H.Abe: "A Method for Nondestructive Evaluation of Crack Depth on Metal Surface by Microwaves"25th Int.Conf.on Infrared and Millimeter Waves Conference Digest, IEEE. 423-424 (2000)

  • [Publications] 巨陽,坂真澄,羅大贏,阿部博之: "マイクロ波による金属材料表面上の閉じた疲労き裂の非破壊評価"日本非破壊検査協会平成12年度秋季大会講演概要集. 1-4 (2000)

  • [Publications] Y.Ju,M.Saka and H.Abe: "Detection of Delamination in IC Packages Using the Phase of Microwaves"NDT & E International. 34・1. 49-56 (2001)

  • [Publications] 巨陽,猿田賢治,坂真澄,阿部博之: "マイクロ波非破壊検査における集束センサの開発"非破壊検査. 50・6(印刷中). (2001)

  • [Publications] T.Watanabe,S.Tsurekawa,T.Matsuzaki and Y.Furuya: "Magnetic Effects on Metallurgical Phenomena in Ferromagnetic Materials"Proc.of Relationship between Magnetic and Structural Propertics,The Iron and Steel Institute of Japan. 39-46 (2000)

  • [Publications] S.Tsurekawa,K.Harada,T.Sasaki,T.Matsuzaki and T.Watanabe: "Magnetic Sintering of Ferromagnetic Metal Powder Compacts"Materials Transactions, JIM. 41. 991-999 (2000)

  • [Publications] K.Kawahara, Y.Yagyu,S.Tsurekawa and T.Watanabe: "Observation of Interaction between Magnetic Domain Wall and Grain Boundaries in Fe-3wt%Si Alloy by Kerr Microscopy"MRS Symposium Proceedings. 586. 169-174 (2000)

  • [Publications] T.Watanahe: "External Field Applied Materials Engineering"Proc.of Fundamental Study and Application of Intelligent Nano and Mesoscopic Structured Materials by Field Control. 71-90 (2000)

  • [Publications] S.Tsurekawa,K.Harada,T.Sasaki,T.Matsuzaki and T.Watanabe: "Effect of External Magnetic Field on Sintering of Ferromagnetic Metals"Proc.of Relationship between Magnetic and Structural Properties, The Iron and Steel Institute of Japan. 85-88 (2000)

  • [Publications] K.Kawahara,Y.Yagyu,K.Nogiwa,S.Tsurekawa, and T.Watanabe: "Effect of Grain Boundaries on Magnetic Domain Structures in Ferromagnetic Polycrystals"Proc.of Relationship between Magnetic and Structural Properties, The Iron and Steel Institute of Japan. 81-84 (2000)

  • [Publications] Yutaka Watanabe and Tatsuo Kondo: "Current and Potential Fluctuation Characteristics in IGSCC Processes of Stainless Steels"Corrosion. 56・12. 1250-1255 (2000)

  • [Publications] Yutaka Watanabe,Teruo Kobayashi,Tadafumi Adschiri: "SIGNIFICANCE OF WATER DENSITY ON CORROSION BEHAVIOR OF ALLOYS IN SUPERCRITICAL WATER"CORROSION 2001. (CD-ROM)(Paper No.369). (2001)

  • [Publications] 渡辺豊,李鎔宣,近藤達男,鈴木康吏,狩野公男: "超々臨界ボイラ用フェライト系耐熱鋼の水蒸気酸化"材料と環境. 50・2. 50-56 (2001)

  • [Publications] Masahiro Inui,Yutaka Watanabe,Tatsuo Kondo,Koshi Suzuki,Kimio Kano: "Crack Growth Behavior of Ferritic Steels for USC Boilers in Pressurized Superheated Steam"Proceedings of International Symposium on High Temperature Corrosion and Protection 2000. 423-428 (2000)

  • [Publications] Vivekanand Kain,Yutaka Watanabe,Makoto Kobayashi: "ELECTROCHEMICAL NOISE DURING EXPOSURE OF ALLOY 600 TO BORATED AND LITHIATED HIGH TEMPERATURE WATER"CORROSION 2001. (CD-ROM)(Paper No.118). (2001)

  • [Publications] Yutaka Watanabe,Yong-Sun Yi,Tatsuo Kondo,Kazuhiro Inui,Tomoyuki Kishinami,Hiroshi Kimura,Minoru Sato: "Oxidation of Heat-resistant Ferritic Steels for USC Boilers in Pressurized Superheated Steam"Proceedings of Ninth International Conference on Pressure Vessel Technology. 545-552 (2000)

  • [Publications] Catur Diantono,Makoto Takahashi and Masaharu Kitamura: "MULTI-MODAL DATABASE FOR INTELLIGENT MAINTENANCE SUPPORT FOR NUCLEAR POWER PLANT"International Topical Meeting on Nuclear Plant Instrumentation, Controls, and Human-Machine Interface Technologics (NPIC & HMIT 2000). CD-ROM. 581-590 (2000)

  • [Publications] Makoto Takahashi,Shusuke Takei,Hiroki Tani and Masaharu Kitamura: "INTELLIGENT MOBILE SENSING FOR DYNAMIC FAILURE IDENTIFICATION"International Topical Meeting on Nuclear Plant Instrumentation, Controls, and Human-Machine Interface Technologies (NPIC & HMIT 2000). CD-ROM. 572-580 (2000)

  • [Publications] Catur DIANTONO,高橋信,北村正晴: "原子力プラントにおける知的情報統合のための情報検索手法"日本原子力学会誌. 42・11. 1215-1225 (2000)

  • [Publications] 高橋信,宮崎禎司,谷宏樹,北村正晴: "目的指向センシングによる動的状況認識"第28回知能システムシンポジウム資料. (印刷中). (2001)

  • [Publications] Kazushi Yamanaka,Toshihiro Tsuji,Atsushi Noguchi,Takayuki Koike: "Nanoscale elasticity measurement with in situ tip shape estimation in atomic force microscpoy"Review of Seientific Instruments. 71・6. 2403-2408 (2000)

  • [Publications] T.Tsuji and K.Yamanaka: "Ultrasonic atomic force microscopy of reversible motion of subsurface dislocation"2000 IEEE International Ultrasonics Symposium Abstracts. 148 (2000)

  • [Publications] T.Tsuji and K.Yamanaka: "Detection of The Nano-scale Subsurface Defects by Ultrasonic Atomic Force Microscopy"Nondestructive Characterization of Materials IX. (in press).

  • [Publications] T.Tsuji and K.Yamanaka: "Observation of reversible displacement of subsurface dislocation in highly oriented pyrolytic graphite by ultrasonic atomic force microscopy"Nanotechnology. (in press).

  • [Publications] 辻俊宏,山中一司: "超音波原子間力顕微鏡による表面下の欠陥評価"第21回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演予稿集. 37-38 (2000)

  • [Publications] 丸山祥輝,辻俊宏,小木梨津子,山中一司: "ナノインデンテーション法によるCu薄膜の評価"日本非破壊検査協会平成12年度秋季大会講演概要集. 283-284 (2000)

  • [Publications] H.Kokawa,M.Shimada and Y.S.Sato: "Grain-Boundary Structure and Precipitation in Sensitized Austenitic Stainless Steel"Journal of The Minerals, Metals & Materials Society. 52・7. 34-37 (2000)

  • [Publications] H.Kokawa,M.Shimada and Y.S.Sato: "Arrest of Weld Decay of Austenitic Stainless Steel by Grain Boundary Engineering"Proceedings of International Workshop on Fundamental Study and Its Application of Intelligent Nano and Mesoscopic Structured Materials by Field Control. 91-105 (2000)

  • [Publications] H.Kokawa,M.Shimada and Y.S.Sato: "Effect of Grain Boundary Structure on Weld Decay of 304 Austenitic Stainless Steel"Proceedings of J.J.Jonas Symposium on Thermomechanical Processing of Steel. 581-593 (2000)

  • [Publications] H.Kokawa,T.Koyanagawa,M.Shimada,Y.S.Sato,and T.Kuwana: "Dependence of Carbide Precipitation on Grain Boundary Structure in Sensitized Austenitic Stainless Steel"Properties of Complex Inorganic Solids 2. 17-26 (2000)

  • [Publications] 北原道弘: "弾性逆散乱法の欠陥形状再構成への応用"非破壊検査. 49・6. 354-360 (2000)

  • [Publications] 中畑和之,北原道弘: "計測波形による欠陥形状の再生と使用周波数帯域に関する考察"応用力学論文集. 13. 135-142 (2000)

  • [Publications] K.Nakahata and M.Kitahara: "Inversion of Defects by Linearized Inverse Scattering Methods with Measured Waveforms"Inverse Problems in Engineering Mechanics II. 219-228 (2000)

  • [Publications] M.Kitahara,M.Yamada and K.Nakagawa: "Numerical Evaluation of Fundamental Solution for Doubly Periodic Structures"Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, American Institute of Physics. 19. 121-128 (2000)

  • [Publications] K.Nakahata and M.Kitahara: "Shape Reconstruction Methods with Incomplete Data"Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, American Institute of Physics. 19. 919-926 (2000)

  • [Publications] H.Huang and T.Takagi: "Fast signal prediction of noised signals in eddy current testing"IEEE Trans.Magnetics. 36・4. 1719-1723 (2000)

  • [Publications] H.Fukutomi,T.Takagi and M.Nishikawa: "Remote field eddy current technique applied to non-magnetic steam generator tubes"NDT & E International. 34. 17-23 (2000)

  • [Publications] 黄皓宇,福冨広幸,高木敏行: "ノイズを含む渦流探傷信号の逆問題解析"日本機械学会論文集(A編). 66・641. 63-70 (2000)

  • [Publications] T.Takagi and K.Miya: "ECT round-robin test for steam generator tubes"日本AEM学会誌. 8・1. 121-129 (2000)

  • [Publications] T.Takagi and H.Fukutomi: "Benchmark activities of eddy current testing for steam generator tubes"Electromagnetic Nondestructive Evaluation (IV). 235-252 (2000)

  • [Publications] H.Huang,T.Takagi and H.Fukutomi: "Crack reconstruction from noisy signals using a novel ECT probe"Electromagnetic Nondestructive Evaluation (IV). 143-150 (2000)

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Published: 2002-04-03   Modified: 2016-04-21  

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