AbstractThis paper presents the final results of the work which the authors have been performing for the European Fusion Technology Programme (the NET Team). The contribution deals with the modelling of hydrogen embrittlement in AISI type 316L solution-annealed austenitic stainless steel, to be used for the first wall of NET (Next European Torus). Numerical modelling of hydrogen diffusion in the samples was performed on the basis of a set of non-conventional diffusion equations, in which hydrogen diffuses not only to the points of minimum concentration, but also towards those places of maximum hydrostatic stress. The diffusion computer program was coupled with an elastic—plastic finite element program to allow the calculation of both the stress state and the distribution of hydrogen concentration at the sample points step by step. Hydrogen penetration rates due to diffusion were extremely low in the unaltered material, even under mechanical loading. However, a clear loss of load bearing capacity of the notched specimens in hydrogen environment was observed even for extremely short tests. A possible explanation is that hydrogen embrittlement might not be associated with bulk diffusion through the specimen (there was not enough time for this) but rather with a localized degrading action, due to hydrogen, on the area surrounding the notch. In particular, hydrogen enhanced multi-cracking is a possibility which must be taken into account.
本論文は、欧州核融合技術プログラム（NETチーム）のために著者らが実施してきた研究の最終結果を提示するものである。本寄稿は、NET（次期トーラス）の第一壁に使用されるAISI 316L型溶体化処理オーステナイト系ステンレス鋼における水素脆化のモデリングに関するものである。水素拡散の数値モデリングは、非従来型の拡散方程式に基づいて実施された。この方程式では、水素は濃度が最小となる点だけでなく、静水圧応力が最大となる箇所にも拡散する。拡散コンピュータプログラムは、弾塑性有限要素プログラムと結合され、各計算ステップにおいて応力状態と水素濃度分布の両方を計算できるようにした。未改質の材料では、機械的負荷が加わった場合でも、拡散による水素浸透速度は極めて低かった。しかしながら、水素環境下での切欠き試験片においては、極めて短時間の試験でも明らかな耐荷力の低下が観察された。その可能な説明として、水素脆化は試験片全体を通じたバルク拡散（この場合、拡散する十分な時間がない）によるものではなく、切欠き周辺領域における水素による局所的な劣化作用に起因する可能性がある。特に、水素により促進される多重き裂発生の可能性を考慮に入れる必要がある。