特許 6911510 加速試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6911510

(24)【登録日】2021年7月12日

(45)【発行日】2021年7月28日

(54)【発明の名称】加速試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20210715BHJP

   G01N 3/20 20060101ALI20210715BHJP

【ＦＩ】

   G01N17/00

   G01N3/20

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-95670(P2017-95670)

(22)【出願日】2017年5月12日

(65)【公開番号】特開2018-194317(P2018-194317A)

(43)【公開日】2018年12月6日

【審査請求日】2020年3月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】深谷 祐一

【審査官】 外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０２０８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４７３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２４０８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０１４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 明石正恒，応力腐食き裂発生過程を近似するためのPoissonランダム過程モデル，材料と環境，日本，腐食防食学会，２０１０年 ９月１５日，Vol. 59，312-319

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １７／００

Ｇ０１Ｎ ３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生加速試験において、
加速因子となる物質の添加濃度を所定の値に設定した場合に、ＳＣＣき裂発生数の空間分布が、ポアソン分布に従うかどうかを判定する工程Ａを有することを特徴とする加速試験方法。

【請求項2】

前記ＳＣＣの発生加速試験を、すきま付き定ひずみ曲げ試験法を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の加速試験方法。

【請求項3】

前記ＳＣＣの発生加速試験の加速因子として、硫酸塩を用いることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の加速試験方法。

【請求項4】

前記工程Ａにおいて適正と判定された場合に、ポアソン分布近似法によって推定したき裂発生の累積確率を用いて、ＳＣＣき裂発生寿命分布の下界値を算出する工程Ｂをさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の加速試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、応力腐食割れを加速させて行う加速試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の一次冷却水系は、約２８８℃の純水環境であるが、原子炉の構成材料の種類によっては、応力腐食割れ（ＳＣＣ）と呼ばれる腐食劣化を起こす場合がある。したがって、このＳＣＣの発生時期や進展速度を正確に予測し、設備の健全性に支障をきたす前に部品の補修や交換をすることが、重要課題の一つとなっている。

【0003】

ＳＣＣは、確率的に起こる事象であるため、ある潜伏期間の後に発生する。この潜伏期間は発生寿命と呼ばれている。実際の原子炉におけるＳＣＣの発生寿命は数年から数十年のオーダーであるが、このような長期間にわたる実験を行うことは困難であるため、発生寿命を実験的に評価しようとする場合、加速試験を行わざるを得ない。

【0004】

ＳＣＣは、材料因子、応力因子、環境因子が複合的に影響して起こる現象であるため、これらの条件を厳しくすることによって、その発生までの過程を加速することができる。ただし、単に加速すればよいというものではない。条件を厳しくし過ぎると、ＳＣＣのメカニズムや確率的性格などが変化するため、実際の原子炉で起こるＳＣＣの発生寿命評価に用いることができない。したがって、ＳＣＣ発生加速試験においては、ＳＣＣ発生のメカニズムや確率的性格を変えずに、発生寿命のみを短縮することが求められる。そして、実際の原子炉で起こるＳＣＣの発生寿命が、加速試験によってどの程度短縮しているかについて、加速倍率のような数値で定量的に示される必要がある。

【0005】

ＳＣＣ発生加速試験法には様々なものがあるが、それらの大半は、加速倍率が不明確であるため、発生寿命の評価に用いる段階に至っていない。ところが、わが国で考案された「すきま付き定ひずみ曲げ試験（ＣＢＢ試験）法」は、加速倍率に関する検討が進んでおり、発生寿命の評価に適用できる可能性がある。ＣＢＢ試験法は、試験片に一定のひずみを与えるとともに、グラファイトウールを押し付けることで「人工すきま」を形成させた後、ＢＷＲの一次冷却水を模擬した２８８℃の純水中に一定期間浸漬する方法である。「人工すきま」が形成されていることにより、腐食性が高められた水が試験片に接することとなり、実際の原子炉で起こるＳＣＣと同じメカニズム、かつ同じ確率的性格で、発生寿命を加速できることが知られている（非特許文献１）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】明石正恒、「材料と環境」、Vol.59、pp.312-319、(2010)

【非特許文献2】M. Akashi、"Localized Corrosion-Current Japanese Materials Research,"、Vol.4、Soc. Mat. Sci. Jap., Elsevier Applied Science、pp.175-196(1988)

【非特許文献3】M. Akashi, G. Nakayama、ASTM STP-1298、pp.150-164(1997)

【非特許文献4】明石正恒、第150回腐食防食シンポジウム資料、腐食防食協会、pp.54-73 (2005)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

１９６０〜７０年代に製造された原子炉の構成材料の一つとして使用されていたＳＵＳ３０４ステンレス鋼材の場合、上記ＣＢＢ試験法を用いて、数時間〜数百時間でＳＣＣを発生させ、ＳＣＣ発生寿命予測が行われた例がある。

【0008】

しかしながら、現代の原子炉の構成材料に使用されているニッケル基合金等の高耐食性材料の場合、上述のＣＢＢ試験をもってしても、ＳＣＣ発生までに数年から数十年かかる。さらに、現代の原子炉は、水素注入や貴金属注入などの水化学法によるＳＣＣ抑制処理が行われる場合が多いため、構成材料によらず、ＳＣＣ発生寿命が長期化しており、既往の加速試験を利用した発生寿命評価が難しい状況となっている。

【0009】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、実際の原子炉で発生するＳＣＣのメカニズムや確率的性格を変えずに、ＳＣＣを実際よりも短い時間で発生させ、ＳＣＣ発生寿命を正しく評価する方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

一般的には、材料因子、応力因子、環境因子などの加速因子を高めるほど、ＳＣＣの発生過程を加速する効果が高まると考えられているが、加速されたＳＣＣのメカニズムや確率的性格が変化する状況は想定されていなかった。そのため、加速試験によるＳＣＣの確率的性格が、実際の設備で起こるＳＣＣの確率的性格と整合しているかどうかを判定する動機は生じ得ない状況であった。

【0011】

そうした状況下において、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、特定の加速試験条件で得られたＳＣＣの確率分布は、実際の設備で起こるＳＣＣの確率分布として知られるポアソン分布（非特許文献１）と整合しないことが明らかとなった。すなわち、加速試験による結果が、ポアソン分布に従うかどうかを判定することにより、実際の設備のＳＣＣ発生寿命に関する正しい評価を行えることが分かった。本発明は、以下の手段を提供する。

【0012】

（１）本発明の一態様に係る加速試験方法は、ＳＣＣの発生加速試験において、ＳＣＣき裂発生数の分布が、ポアソン分布に従うかどうかを判定する工程Ａを有する。

【0013】

（２）前記（１）に記載の加速試験方法において、前記ＳＣＣの発生加速試験を、すきま付き定ひずみ曲げ試験法を用いて行うことが好ましい。

【0014】

（３）前記（１）または（２）のいずれかに記載の加速試験方法において、前記ＳＣＣの発生加速試験の加速因子として、硫酸塩を用いることが好ましい。

【0015】

（４）前記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の加速試験方法において、前記工程Ａにおいて適正と判定された場合に、ポアソン分布近似法によって推定したＳＣＣき裂発生の累積確率を用いて、ＳＣＣき裂発生寿命分布の下界値を算出する工程Ｂをさらに有することが好ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明の加速試験方法は、加速試験により発生したＳＣＣが実際の設備で起こるＳＣＣを模擬し得るものであるかどうかについて、判定する工程を有している。したがって、この工程での判定結果に基づいて、加速因子に関する適正な条件を見出すことができ、その条件で加速試験を行うことができる。すなわち、実際の設備で発生するＳＣＣとメカニズムや確率的性格が同じＳＣＣを発生させることになるため、実際の設備のＳＣＣ発生寿命について正確に評価することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の加速試験に用いる試験治具の側面図である。

【図2】（ａ）、（ｂ）本発明の実施例に係る、ＳＣＣき裂発生数の度数分布と理論度数曲線とを比較するグラフである。

【図3】（ａ）、（ｂ）本発明の実施例に係る、ＳＣＣき裂発生数の度数分布と理論度数曲線とを比較するグラフである。

【図4】本発明の実施例に係る、硫酸塩の添加濃度とＳＣＣき裂発生寿命との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明を適用した実施形態に係る加速試験方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0019】

本発明の一実施形態に係る加速試験方法は、一例として、原子炉の構成材料のＳＣＣ発生までの過程を加速させて行う加速試験に関するものであり、加速試験により発生したＳＣＣが実際の設備で起こるＳＣＣを模擬し得るものであるかどうかについて、判定する工程を有することを特徴としている。ＳＣＣ発生過程の加速は、例えば、すきま付き定ひずみ曲げ試験（Creviced bent-beam test：以下ではＣＢＢ試験という）法を用いて行う。

【0020】

まず、ＣＢＢ試験法について説明する。図１は、試験片Ｓをセットした状態のＣＢＢ試験治具１００の構成を模式的に示す側面図である。ＣＢＢ試験治具１００は、平板状の試験片Ｓを挟む一対の固定部材１０１、１０２からなる。試験片Ｓとしては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金、低合金鋼等からなるものが挙げられる。いずれも、原子炉の構成材料として用いられており、原子炉のＳＣＣの加速試験として用いることができる。

【0021】

一方（図１では上方）の固定部材１０１は、試験片Ｓと対向する部分が内側に窪んでいる。他方（図１では下方）の固定部材１０２は、試験片Ｓと対向する部分が外側に突出している。したがって、試験片Ｓは、一方の固定部材１０１側に凸になるように沿った状態で挟まれ、曲げ応力が加わった状態となる。

【0022】

試験片Ｓと固定部材１０１との間には、グラファイトファイバーウール（ＧＦＷ）等からなる多孔部材１０３と間隙維持部材（スペーサ）１０４が挟まれており、所定の間隙の人工すきまが形成されている。この人工すきまは、すきま内部への不純物濃縮を促進し、材料に接する水の腐食性を高めるという作用を有している。

【0023】

２つの固定部材１０１、１０２は、ねじ１０５で固く締結される。

【0024】

ＣＢＢ試験は、試験片Ｓをセットした状態のＣＢＢ試験治具１００を、オートクレーブ内に静置し、純水に対して腐食の加速因子となる物質を所定の濃度となるように調製した、高温（２８８℃程度）の試験水を通水して行う。加速因子となる物質としては、例えば、酸素、硫酸塩、塩化物等を用いることができる。

【0025】

加速因子となる物質として酸素を用いる場合、例えば窒素と酸素の混合ガスを吹き込む。また、加速因子となる物質として硫酸塩を用いる場合、例えば硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）溶液等を試験水に添加する。

【0026】

次に、当該加速試験により発生したＳＣＣが、ポアソン分布に従っているかどうかの判定方法について説明する。所定時間の通水を行った後に、ＣＢＢ試験治具１００から試験片Ｓを取り出し、より曲率の大きな治具で曲げ加工を行うことにより、発生したＳＣＣき裂（クラック）の開口処理を行い、き裂の位置や個数などの空間的な分布を計測する。

【0027】

ポアソン分布に従って単位時間当たり平均λ回発生する事象が、単位時間にｍ回発生する確率ｐ（ｍ）は、下記の式（１）で与えられる。例えば非特許文献２〜４において報告されているように、高温高純度水や海水などの様々な環境におけるＳＣＣき裂発生数の空間分布のヒストグラムの概形が、この式（１）のｐ（ｍ）に区画数を乗じて計算される度数分布曲線（ポアソン分布）の概形と略一致することが知られている。

【0028】

【数1】

【0029】

このことを踏まえ、ＳＣＣの発生加速試験を行った後に、発生したＳＣＣが実際の設備で起こるＳＣＣを模擬できているかどうかの判定を、ポアソン分布を利用して行う。具体的には、試験片ＳにおけるＳＣＣき裂発生数の空間分布がポアソン分布に従うかどうかで判定する（工程Ａ）。つまり、実測によるＳＣＣき裂発生数の度数分布の形状とポアソン分布の度数分布の形状とが、略一致する場合に「従う」と判定し、明らかに異なる場合に「従わない」と判定する。

【0030】

つまり、加速試験によるＳＣＣき裂発生数分布がポアソン分布に従う場合には、実際の設備で起こるＳＣＣを模擬できており、加速因子となる物質の添加濃度が適正であると判定する。反対に、加速試験によるＳＣＣき裂発生数分布がポアソン分布に従わない場合には、実際の設備で起こるＳＣＣを模擬できておらず、加速因子となる物質の添加濃度が適正でないと判定する。

【0031】

次に、ＳＣＣき裂発生寿命の算出方法について説明する。ＳＣＣき裂発生の空間分布がポアソン分布に近似できる場合、ＳＣＣき裂発生の時間分布もポアソン確率過程に近似できる。この場合、ＳＣＣき裂発生寿命の分布は、指数分布に近似できることがわかっている。誘導期間を導入した一般化指数分布の累積分布関数は下記の式（２）で与えられる。

【0032】

【数2】

【0033】

ここで、位置母数ａは分布の下界値を表し、尺度母数θは分布の標準偏差を表す。規準化変数ｙを下記の式（３）で定義すると、累積確率との関係は下記の式（４）で与えられる。

【0034】

【数3】

【0035】

【数4】

【0036】

一般に、ポアソン分布によるＳＣＣき裂の空間分布解析は、深さ５０μｍ以上のＳＣＣき裂に対して行われている。これは、深さ５０μｍ未満のＳＣＣき裂は進展性をもたないと考えられているためである。試験時間ｔ_ＴのＣＢＢ試験において、Ｎ枚の試験片Ｓにおける深さ５０μｍ以上の進展性き裂発生総数をＭ_５０とすると、試験片Ｓの１枚あたりの累積故障率λ_５０は下記の式（５）で与えられる。

【0037】

【数5】

【0038】

（１）式でｍ＝０の場合の確率ｐ（０）は試験時間ｔ_Ｔにおける信頼度Ｒ（ｔ_Ｔ）に相当し、これを用いると、試験時間ｔ_Ｔにおける当該事象生起の累積確率Ｆ（ｔ_Ｔ）は、下記の式（６）で与えられる。

【0039】

【数6】

【0040】

したがって、（４）式と（６）式の対比から、ＳＣＣき裂発生寿命の指数分布における規準化変数ｙを、ＳＣＣき裂発生分布における試験片１枚あたりの累積故障率λ_５０から推定することができる。すなわち、下記の式（７）の関係が成り立つ。

【0041】

【数7】

【0042】

上記の式（３）において、ＳＣＣき裂発生寿命の指数分布近似における両分布母数比をｓ＝θ／ａ、試験時間をｔ_Ｔとすると、寿命分布下界値ａ_ｅｓｔは下記の式（８）で推定される。

【0043】

【数8】

【0044】

材質や環境条件が同一である場合、ｓは試験時間によらず一定になると考えられている。したがって、加速因子となる物質の添加濃度が、工程Ａにおいて適正と判定されるような条件下で試験時間ｔ_TのＳＣＣ発生加速試験（ＣＢＢ試験）を行い、試験後の試験片Ｓに発生したＳＣＣき裂の空間分布解析結果から、（７）式を用いて基準化変数ｙを求める。こうして得られたｔ_Tとｙを式８に代入することにより、ＳＣＣき裂発生寿命の下限値ａ_ｅｓｔを算出する（工程Ｂ）。ＳＣＣき裂発生寿命の下限値ａ_ｅｓｔは、ＳＣＣき裂が発生する確率がゼロである期間を表すため、当該の加速条件下で、試験片Ｓと同じ材料にＳＣＣき裂が発生しない期間を定量的に定めることができる。さらに、この下限値ａ_ｅｓｔに、ＳＣＣ発生加速試験の加速倍率を掛け合わせることにより、実際の設備にＳＣＣき裂が発生しない期間を定量的に定めることができる。

【0045】

以上のように、本実施形態に係る加速試験方法は、加速試験により発生したＳＣＣが実際の設備で起こるＳＣＣを模擬し得るものであるかどうかについて、判定する工程Ａを有している。したがって、この工程Ａでの判定結果に基づいて、加速因子に関する適正な条件を見出すことができ、その条件で加速試験を行うことができる。すなわち、実際の設備で発生するＳＣＣとメカニズムや確率的性格が同じＳＣＣを発生させることになるため、工程Ｂとして、実際の設備のＳＣＣ発生寿命について正確に評価することが可能となる。

【実施例】

【0046】

以下、実施例により、本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

【0047】

上述した実施形態に沿って、加速因子の物質として酸素と硫酸塩を用い、原子炉の構成材料のＳＣＣ発生過程を加速させる実験を行った。

【0048】

まず、原子炉の構成材料の一例として、下記の化学成分を含む、市販のＳＵＳ３０４（６０×１５０×３００ｍｍ^３）を供試材として準備した。
［化学成分（ｍａｓｓ％）］
Ｃ：０．０４９、Ｓｉ：０．４１、Ｍｎ：０．８３、Ｐ：０．０２９、
Ｓ：０．００５、Ｎｉ：８．１１、Ｃｒ：１８．１２

【0049】

上記供試材から、６０×１５×６５ｍｍ^３のブロックを、複数個切り出した。切り出したブロックに対して、１１００℃で１時間加熱した後に水冷する固溶化熱処理を行い、続いて、６２０℃で２４時間加熱した後に空冷する鋭敏化処理を行った。

【0050】

次に、機械加工により、２×１０×５０ｍｍ^３の平板状の試験片Ｓを採取し、ＳｉＣ耐水研磨紙６００番まで湿式研磨した。任意の試験片Ｓの３枚について、ＪＩＳＧ０５８０：２００３に規定される電気化学的再活性化率を測定したところ、測定値（Ｒｍ＝１００×ｉ_ｒ／ｉ_ａ）の平均値は２７．５％であった。ここで、ｉ_ｒとｉ_ａは、それぞれ復路と往路の活性態における最大アノード電流密度である。また、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３にしたがって評価したところ、試験片Ｓの断面の結晶粒度番号はＧ＝６．２であり、平均結晶粒径はｄ＝０．０４１２ｍｍであった。

【0051】

図１に示す試験治具を用いて、試験片Ｓに１％のひずみと人工すきまを付与した。すきま形成材に用いたグラファイト・ファイバー・ウール（ＧＦＷ）は、ＳＧＬ社製ＳＩＧＲＡＴＨＥＲＭ Ｔｙｐｅ ＧＦＡ３で、製品厚さが３ｍｍ、目付け量が３００ｇ・ｍ^−２、炭素含有率が９９．９％以上であった。間隙維持材によりすきま間隙を０．２ｍｍに調整したため、試験中のすきま形成材の見かけの密度（＝目付け量／間隙維持材厚さ）は１．５ｇ・ｃｍ^−３であった。なお、ＧＦＷとしては、２８８℃の高温高純度水中に２４時間予備浸漬したものを用いた。

【0052】

１条件あたり７つの試験片Ｓを、容積６０Ｌのオートクレーブ内に静置し、溶存酸素濃度と硫酸塩濃度を調整した２８８℃の試験水を、流速６０Ｌ／ｈで通水した。溶存酸素濃度は、窒素―酸素混合ガス吹き込みにより、８ｐｐｍ（常温）となるように調整した。試験水中の硫酸塩濃度の調整は、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）溶液を試験水に添加することにより実施した。具体的には次の手順で行った。

【0053】

まず、試験水中のＳＯ_４^２−濃度設定値［ＳＯ_４^２−］_０を、それぞれ０ｐｐｂ（純水）、３０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、３００ｐｐｂ、５００ｐｐｂの５種類とした。次に、試験水溶液をＨ^＋、ＯＨ⁻、Ｎａ^＋、ＳＯ_４^２−のみからなるｐＨ＝７の希薄溶液と仮定し、各イオンの当量と極限当量電気伝導率から、各試験水の電気伝導率設定値κ_ｅｓｔを計算した。ＣＢＢ試験中のオートクレーブ入口側の電気伝導率測定値κ_ｏｂｓが、常に設定値κ_ｅｓｔに維持されるように、Ｎａ_２ＳＯ_４溶液の添加量を継続的に調整した。

【0054】

試験水の通水から２４０時間が経過したら、ＣＢＢ試験治具１００を取り出し、解体して試験片Ｓを取り出した。取り出した試験片Ｓを、より曲率の大きな治具（１．５％ひずみ）で曲げ加工することにより、この試験片Ｓに発生したＳＣＣき裂の開口処理を行った。これは、ＳＣＣき裂を観察しやすくするための措置である。続いて、試験片の長手方向の中央断面のうち、両端部各５ｍｍを除外した長さ４０ｍｍの部分を５ｍｍ幅の８区画に分割し、光学顕微鏡により深さ５０μｍ以上のき裂の個数および位置（分布）を計測した。ここで、試験１回あたりの試験片数は７枚であるため、７枚×８区画＝５６区画に対して、各区画におけるＳＣＣき裂発生数を調べたことになる。

【0055】

２４０時間の試験時間中、５分おきに計測したκ_ｏｂｓの最頻値を表１に示す。また、このκ_ｏｂｓ値から極限当量電気伝導率を用いて逆算したＳＯ_４^２−濃度の推定値［ＳＯ_４^２−］_ｅｓｔも表中に併記する。κ_ｏｂｓおよび［ＳＯ_４^２−］_ｅｓｔは、それぞれ設定値であるκ_ｅｓｔおよび［ＳＯ_４^２−］_０とよく一致しており、電気伝導率が目標どおり制御できていることを確認した。以後の解析では、特に断らない限り，電気伝導率とＳＯ_４^２−濃度として、κ_ｏｂｓおよび［ＳＯ_４^２−］_ｅｓｔの値を用いた。

【0056】

【表1】

【0057】

図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ＳＯ_４^２−の添加濃度を３０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、３００ｐｐｂ、５００ｐｐｂとした場合の、測定対象５６区画におけるＳＣＣき裂発生数の度数分布（ヒストグラム）と、ポアソン確率過程の確率密度関数から計算される理論度数分布曲線Ａ（ｍ）と、を比較するグラフである。横軸は深さ５０μｍ以上の進展性き裂数Ｍ_５０を示し、縦軸は各進展性き裂数の発生度数を示している。例えば、図２（ａ）のヒストグラムは、５６区画のうち、き裂発生数ゼロ個が４８区画、１個が５区画、２個が２区画、３個が１区画であったことを示している。一方、理論度数分布曲線Ａ（ｍ）は、上記の式（１）で示されるｐ（ｍ）に対し、測定対象区画の数５６を乗じて計算されるものである。

【0058】

図２（ａ）、（ｂ）では、ＳＣＣき裂発生数のヒストグラムが、理論度数分布曲線Ａ（ｍ）の概形とほぼ一致しており、ポアソン分布に従っていることから、ＳＯ_４^２−の添加濃度を３０ｐｐｂ、１００ｐｐｂとした場合のＳＣＣは、実際の設備で起こるＳＣＣを模擬できていると考えられる。したがって、加速因子となる材料の添加濃度３０ｐｐｂ、１００ｐｐｂは適正であると判定することができる。

【0059】

図３（ａ）、（ｂ）では、ＳＣＣき裂発生数のヒストグラムが、理論度数分布曲線Ａ（ｍ）の概形と明らかに異なっており、ポアソン分布に従っていないことから、ＳＯ_４^２−の添加濃度を３００ｐｐｂ、５００ｐｐｂとした場合のＳＣＣは、実際の設備で起こるＳＣＣを模擬できていないと考えられる。したがって、加速因子となる材料の添加濃度３００ｐｐｂ、５００ｐｐｂは不適正であると判定することができる。

【0060】

上記の式（５）を用いて、ＳＯ_４^２−の添加濃度［ＳＯ_４^２−］を０ｐｐｂ、３０ｐｐｂ、１００ｐｐｂとした場合の累積故障率λ_５０を表１に示されるように算出し、さらに、それぞれの累積故障率λ_５０の数値を、式（８）に代入してき裂発生寿命分布下界値ａ_ｅｓｔを算出した。この際、両分布母数比のｓは、同じ鋭敏化３０４ステンレス鋼の、高温高純度水中でのき裂発生寿命分布解析例における報告値であるｓ＝２．６９を引用した。

【0061】

図４は、ＳＯ_４^２−の添加濃度［ＳＯ_４^２−］とＳＣＣき裂発生寿命分布下界値ａ_ｅｓｔの関係を示すグラフである。図中の曲線は、ａ_ｅｓｔが［ＳＯ_４^２−］の逆数に比例すると仮定して、最小二乗法近似により求めたものである。グラフから、［ＳＯ_４^２−］＝０（ｐｐｂ）（無添加）の場合の寿命分布下界値ａ_ｅｓｔが１７３時間であるのに対して、［ＳＯ_４^２−］＝１００ｐｐｂの場合の寿命分布下界値ａ_ｅｓｔは、約９時間と推定される、すなわち、き裂発生寿命を約１／２０まで短縮できている。

【0062】

米国のＢＷＲ配管系における鋭敏化３０４ステンレス鋼のＳＣＣ解析事例において、き裂発生寿命分布下界値として５８２５．４時間（０．６６５年）という値が報告されている。原子力発電所の運転期間最大値としての６０年間にＳＣＣが発生しないことを保証する場合、代替材料には鋭敏化３０４ステンレス鋼の１００倍程度のき裂発生寿命分布下界値が求められる。一方、図４では、［ＳＯ_４^２−］＝０（ｐｐｂ）における鋭敏化３０４ステンレス鋼の寿命分布下界値１７３時間を評価するために、２４０時間のＣＢＢ試験を要している。したがって、上述の代替材料に対しては、１００倍×２４０時間＝２４０００時間のＣＢＢ試験が必要となるが、法令上の理由で1年（８７６０時間）以上の実験が困難な我が国においては容易ではない。しかし、本発明である硫酸塩の添加によりき裂発生寿命を１／２０まで短縮できるとすれば、必要なＣＢＢ試験時間は１２００時間となり、十分に実現可能な水準となる。

【0063】

上述したように、［ＳＯ_４^２−］＝０〜１００（ｐｐｂ）の範囲でのＣＢＢ試験で発生するＳＣＣは、実際の設備で起こるＳＣＣを模擬できている。すなわち、従来の純水条件でのＣＢＢ試験に対して、適切な濃度の酸素と硫酸塩を添加することで、ＳＣＣが発生するまでに６０年かかるような高耐食性材料のき裂発生寿命分布下界値を、１２００時間程度の実験室試験で評価できるようになる。

【産業上の利用可能性】

【0064】

所定の構造物が水に接する環境において、その構造物の応力腐食割れの発生時期、進展速度を予想する場合に、広く活用することができる。

【符号の説明】

【0065】

１００・・・ＣＢＢ試験治具
１０１、１０２・・・固定部材
１０３・・・多孔部材
１０４・・・間隙維持部材
１０５・・・ねじ
Ｓ・・・試験片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】