JP2000258306A5

JP2000258306A5 -

Info

Publication number: JP2000258306A5
Application number: JP1999101616A
Authority: JP
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2019-03-05

Description

【書類名】明細書
【発明の名称】クリープ寿命評価方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】高温長時間使用によりクリープ劣化した機器部材のクリープ寿命消費率を推定するため、部材の各結晶粒界上に発生したクリープボイドの粒界占有率のうち最大値を測定し、クリープ寿命消費率を推定することを特徴とするクリープ寿命評価方法。
【請求項２】前記最大クリープボイド粒界占有率（ＭＢ）は、数１の式で表わされることを特徴とする請求項１に記載のクリープ寿命評価方法。
【数１】

数１において、Ｌ_αはクリープボイドが存在する１粒界の全長、ｎはクリープボイドが存在する１粒界の全長Ｌ_αの粒界上にあるクリープボイドの個数、ｍはクリープボイドが存在する粒界数、ｌ_αは粒界とボイドの交点を粒界に平行に取ったボイドの長さである。
【請求項３】機器部材のクリープ寿命と部材表面のクリープ寿命消費率の対応をとるため、前記最大クリープボイド粒界占有率（ＭＢ）が“１”の時の機器部材クリープ寿命消費率αを加速度クリープ試験又はクリープ解析により求め、その機器部材クリープ寿命消費率αを使ったことを特徴とするクリープ寿命評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリープ劣化を生じた部材のクリープ寿命消費率及び余寿命を評価するために、クリープボイドの結晶粒界占有率の最大値を用い、また実寿命と表面における寿命との対応を考慮した機器部材のクリープ寿命消費率を評価するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所を長時間にわたって安定的に運転するためには、設備の寿命を的確に把握することが必要である。現在国内にある事業用火力発電ユニットの８０％以上が、累積運転時間１０万時間を越えており、２０万時間を越えた火力発電ユニットも２０％程度となっている（例えば、非特許文献１参照）。このため、定期検査時に経年火力発電ユニットのボイラ等について余寿命診断を行い、設備の状態を的確に把握し、適切な補修を行うことが、予防保全の面からも、またコスト低減の面からも重要である。
【０００３】
火力発電ボイラ高温部材の溶接部は、長時間の使用によるクリープ損傷の進展により金属組織にクリープボイド（以下、ボイドと称する）と称する微小な空孔が発生し、それらが成長・連結して１粒界長さ程度の微視き裂を形成する。形成された微視き裂は、その後、伝ぱ・合体を繰り返し、部材全体を破損に至らしめる。
【０００４】
現状ではクリープ寿命評価は材料表面を研磨・腐食し、Ａパラメータ法、組織対比法、ボイド面積率法（例えば、非特許文献２参照）、ボイド面密度法、粒界損傷法（例えば、非特許文献３参照）等レプリカを使用したパラメータ法（例えば、非特許文献４参照）、または超音波ノイズエネルギー法、超音波スペクトロスコピー法（例えば、非特許文献５参照）等の非破壊検査で行っている。
【０００５】
粒界のボイドに着目した評価方法では、粒界線上ボイド占有率（例えば、非特許文献６参照）が損傷パラメータとして物理的意味が明確であることが明らかにされている（例えば、非特許文献７および非特許文献８参照）。
【０００６】
すなわち、ある決められた領域内で単位面積範囲内におけるボイド面積率比（ボイド面積率法）及びある決められた領域内で主応力の方向に直線を引き、この直線と粒界との交点数に占めるボイドの発生した粒界の割合（Ａパラメータ法）等による部材のクリープ寿命消費率及び余寿命評価が、従来より行われてきた。
【０００７】
【非特許文献１】岩本啓一，火力原子力発電，４８−８（１９９７），１４
【非特許文献２】野中勇，園家啓嗣，中代雅士，米山弘志，北川正樹，石川島播磨技報，３２−５（１９９２），３１３
【非特許文献３】菊地賢司，加治芳行，材料，４４−５０５（１９９５），１２４４
【非特許文献４】社団法人日本鉄鋼協会，レプリカ法によるクリープ及びクリープ疲労損傷マニュアル“構造材料の信頼性評価技術部会高温強度ＷＧ研究成果報告書（別冊マニュアル），（１９９１），１
【非特許文献５】日本機械学会編，動力プラント・構造物の余寿命評価技術，（１９９２），８９，技報堂出版
【非特許文献６】江嶋恒行，周，大谷隆一，北村隆行，多田直哉，第３２回高温強度シンポジウム前刷集，（１９９４），９４
【非特許文献７】多田直哉，福田哲史，北村隆行，大谷隆一，材料４６−１，（１９９７），３９
【非特許文献８】多田直哉，北村隆行，大谷隆一，材料４５−１，（１９９６），１１０
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の方法では、従来方法より得られるクリープ寿命消費率と同一部位による破壊試験から得られるクリープ寿命消費率とを比較すると、安全側過ぎる評価となること及び実際のクリープ破壊のメカニズムが直接的に評価されていない等、機器部材の寿命評価制度に問題があった。
【０００９】
また、応力方向も考慮する場合も有り、実際に使用される機器（以下、実機と称する）部材は、多軸応力場であるため実用的ではなかった。また、評価点を多量に設定する必要があることからクリープボイド発生状況の定量化及びクリープ寿命推定には時間を要していた。
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮して開発されたものであり、前記課題を解決し、高精度のクリープ寿命消費率推定法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、実際の機器部材サイズの破壊試験片及び実際の機器部材をシミュレートした試験片により得られた結果から機器部材の大きさ等を考慮し修正したマスターカーブを使用して、実機部材の最大クリープボイド粒界占有率（ＭＢ）を求めることにより機器部材全体のクリープ寿命消費率推定を高精度で行うことが可能である点を特徴とするものである。
【００１２】
また、前記最大クリープボイド粒界占有率（ＭＢ）は、数１の式で表わされる。
【数１】

数１において、Ｌ_αはクリープボイドが存在する１粒界の全長、ｎはクリープボイドが存在する１粒界の全長Ｌ_αの粒界上にあるクリープボイドの個数、ｍはクリープボイドが存在する粒界数、ｌ_αは粒界とボイドの交点を粒界に平行に取ったボイドの長さである。
【００１３】
また、機器部材のクリープ寿命と表面のクリープ寿命消費率の対応をとるため加速度クリープ試験又はクリープ解析により最大クリープボイド粒界占有率（ＭＢ）＝１の時の機器部材クリープ寿命消費率αを求め、その機器部材クリープ寿命消費率αを使ったことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、クリープボイドが認められる部位を走査型電子顕微鏡、光学顕微鏡及びレーザー顕微鏡を用いて任意倍率にて観察し、その視野内でのクリープボイド結晶粒界占有率の最大部位を測定し実験により得られたマスターカーブに当てはめ部材のクリープ寿命消費率を推定するものである。
【００１５】
【実施例】
本発明の実施の形態について添付図面を参照して以下説明する。
【００１６】
図１はクリープボイド結晶粒界占有率算定の概略図である。
図１において、Ｌ_αはクリープボイドが存在する１粒界の全長、ｎはクリープボイドが存在する１粒界上にあるクリープボイドの個数、ｍはクリープボイドが存在する粒界数、ｌ_αは粒界とボイドの交点を粒界に平行に取ったボイドの長さである。
前記最大ボイド粒界占有率（ＭＢ）は、【数１】の式で表される。
【数１】

【００１７】
図２は得られたクリープボイド結晶粒界占有率から評価部材のクリープ寿命消費率を推定するマスターカーブである。このマスターカーブは実機破壊試験及び実機試験片によるクリープ試験から作成したものである。
【００１８】
図示するように、本発明のクリープボイド粒界占有率は、結晶粒界長さに占める結晶粒界上に存在するクリープボイド長さの比率を算出するものである。その比率の最大値を実験により得られたマスターカーブに当てはめることで評価部材のクリープ寿命消費率評価が実施できることから非常に簡便であり、熟練者による測定でなくても対応可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、実機において熟練者でなくても高精度のクリープ寿命消費率の評価を行うことができる。また、従来法の評価よりクリープ寿命を最大２倍程度伸ばすことが可能である。
【００２０】
また、構成が単純であることから、画像処理等を用いた自動化が可能であり、迅速かつ高精度のクリープ寿命消費率の評価を行うことが可能である。したがって産業上の利用価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】クリープボイド結晶粒界占有率算定の概略である。
【図２】得られたクリープボイド結晶粒界占有率から評価部材のクリープ寿命消費率を推定するマスターカーブである。