AbstractSome ceramics-coated metals are nominated as first-wall material. TiC-coated type 316 stainless steel is expected to be superior to other materials in high-temperature strength and in its endurance properties at heavy irradiation. Delamination between ceramics layer and base-metal is considered to be one of the most important problems when such ceramics-coated metals are used in a temperature field with a gradient such as that of the first wall. In this report, the high-temperature strength of TiC-coated type 316 stainless steel, which should be that of the first wall of the fusion reactor, is investigated experimentally and computationally. A simple and precise thermal-stress testing system is developed. The effects of surface roughness as well as of the thermal stress and the residual stress on the bonding strength are investigated. The experimental and numerical results on the residual-stress distribution are compared with each other to confirm the reliability of the inelastic analysis using the finite-element method (FEM). It is expected that a suitable surface roughness makes the residual stress in the coated film small. The optimum range for the TiC-coating temperature is found using inelastic FEM analysis at the heating conditions used in the experiments.
一部のセラミックス被覆金属が第一壁材料として候補に挙げられている。TiC被覆316型ステンレス鋼は、高温強度および重照射下での耐久性において他の材料よりも優れていると期待されている。このようなセラミックス被覆金属が、第一壁のような温度勾配を有する温度場で使用される場合、セラミックス層と母材金属との間のはく離が最も重要な問題の一つと考えられている。本報告では、核融合炉第一壁として想定されるTiC被覆316型ステンレス鋼の高温強度を、実験的および計算的に調査した。簡便かつ高精度な熱応力試験システムを開発した。さらに、表面粗さが熱応力および残留応力とともに、被覆層の密着強度に及ぼす影響を調べた。実験結果と数値解析結果を比較し、有限要素法（FEM）による非弾性解析の信頼性を確認した。適切な表面粗さにより、被覆層内の残留応力が低減されることが期待される。また、実験で用いた加熱条件下でのFEM非弾性解析により、TiC被覆の最適温度範囲を求めた。