JP2003065978A - Method for assessing remaining life of heat resisting material - Google Patents

Method for assessing remaining life of heat resisting material

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JP2003065978A
JP2003065978A JP2001250866A JP2001250866A JP2003065978A JP 2003065978 A JP2003065978 A JP 2003065978A JP 2001250866 A JP2001250866 A JP 2001250866A JP 2001250866 A JP2001250866 A JP 2001250866A JP 2003065978 A JP2003065978 A JP 2003065978A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for surely estimating a life consumption rate and a remaining life at high temperatures for a heat resisting material. SOLUTION: A positron annihilation life of the heat resisting material undergoing an aged damage at high temperatures is measured, and a relation curve between a positron annihilation mean lifetime and the life consumption rate of the material is formed. It is detected whether the damage is in a transition creep region or reaches an acceleration creep region. When the damage is in the acceleration creep region, a life value of the material is estimated by extrapolating the curve up to a positron annihilation life value of a full annealed pure iron (approximately 110 psec). A degree of the damage, the life consumption rate or the remaining life is detected in this manner by the remaining life assessment method for the heat resisting material (for high temperature structure devices).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱材料の余寿命
診断法に関し、特に高温構造機器に用いられた耐熱材料
の余寿命診断法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for diagnosing the remaining life of heat-resistant materials, and more particularly to a method for diagnosing the remaining life of heat-resistant materials used in high temperature structural equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】発電用のボイラやタービン、原子力発電
設備、化学工業装置などの装置は、高温、高圧下で長時
間使用される。したがって、これらの装置に用いられる
耐熱材料は、高温における強度、耐食性、耐酸化性およ
び常温における靱性などに優れていることが要求され
る。これらの用途には、従来、オーステナイト系ステン
レス鋼(例えば、JIS-SUS321H鋼、同SUS347H鋼)、低合
金鋼(例えば、JIS-STBA24鋼(2.25%Cr-1%Mo鋼))、さ
らには、9〜12%Cr系の高Crフェライト鋼(例えば、JIS-
STBA26鋼(9%Cr-1%Mo鋼)、最近では同STBA-28鋼(改良
9%Cr-1%Mo鋼))などが用いられてきた。
2. Description of the Related Art Boilers and turbines for power generation, nuclear power generation equipment, chemical industrial equipment and other equipment are used for a long time under high temperature and high pressure. Therefore, the heat-resistant material used in these devices is required to have excellent strength at high temperature, corrosion resistance, oxidation resistance, toughness at room temperature, and the like. For these applications, conventionally, austenitic stainless steel (for example, JIS-SUS321H steel, SUS347H steel), low alloy steel (for example, JIS-STBA24 steel (2.25% Cr-1% Mo steel)), 9-12% Cr high Cr ferritic steel (for example, JIS-
STBA26 steel (9% Cr-1% Mo steel), recently STBA-28 steel (improved
9% Cr-1% Mo steel)) has been used.

【0003】近年、火力発電プラントにおいては、地球
温暖化防止の観点からCO等の排出量削減を目的に熱効
率の向上が必要となり、ボイラの蒸気条件を高温、高圧
化(例えば600℃を超え、300気圧)した新型プラントが
次々に建設されている。また、一方では、高度成長期に
多数建設された既設プラントが順次計画寿命を迎え、熱
効率の高い新型プラントへ更新するか、あるいは部分補
修等により延命を図るかが、我が国のエネルギー政策と
も関連して、大きな社会問題となりつつある。
In recent years, in thermal power plants, it is necessary to improve the thermal efficiency in order to reduce the emission of CO 2 etc. from the viewpoint of preventing global warming, and the steam conditions of the boiler are set to high temperature and high pressure (for example, exceeding 600 ° C.). , 300 bar) new plants are being built one after another. On the other hand, whether or not existing plants, which were constructed in the high growth period, will reach their planned life one by one and will be replaced by new plants with high thermal efficiency, or if their life will be extended by partial repair, etc. is related to Japan's energy policy. Is becoming a big social problem.

【0004】高温、高圧化された新型プラントでは、従
来よりも高強度、高耐食性の新しい開発材料が使用され
ているが、新しいが故に従来鋼のような実プラントでの
長時間データベースは確立されておらず、今後経年変化
の追跡調査が必要である。さらに、既設プラントにおい
ては、使用されている耐熱材料の寿命消費率(計画寿命
に対する割合)を精度良く評価して、余寿命を的確に診
断する必要がある。
In the new plant of high temperature and high pressure, newly developed materials having higher strength and higher corrosion resistance than conventional ones are used. However, since they are new, a long time database in an actual plant like conventional steel is established. No, and a follow-up survey of changes over time is needed. Further, in the existing plant, it is necessary to accurately evaluate the life consumption rate (ratio to the planned life) of the heat-resistant material used and accurately diagnose the remaining life.

【0005】プラントに組み込まれた材料の経年劣化診
断や余寿命評価を、できるだけ非破壊で実施する方法と
して、従来からも多くの研究がなされている。例えば、
経年損傷材の硬さ変化を測定する方法(硬さ測定法)、
同様にレプリカを採取してSEM(走査型電子顕微鏡)等
によりクリープボイドの数、量(面積率など)を観察す
る方法(ボイド法)、あるいは同じくレプリカを採取し
てTEM-EDX(透過型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線
分析装置)などで炭化物の種類、大きさおよび量などを
定量する方法(炭化物法)が提案されている。
Many studies have been made in the past as a method of performing aged deterioration diagnosis and residual life evaluation of materials incorporated in a plant as non-destructively as possible. For example,
Method to measure the hardness change of aged damage material (hardness measurement method),
Similarly, a replica is collected and the number and amount (area ratio, etc.) of creep voids are observed by SEM (scanning electron microscope) (void method), or a replica is collected and TEM-EDX (transmission electron microscope) is also used. A method (carbide method) for quantifying the type, size and amount of carbides with a microscope-energy dispersive X-ray analyzer) has been proposed.

【0006】これらの方法は、従来の低合金鋼では、あ
る程度の実績があるが、いずれの方法も測定精度の問題
や実験上のばらつきが生じやすく、高精度での寿命診断
法とはなり得ていない。
[0006] These methods have been used to some extent in conventional low alloy steels, but any of these methods are prone to measurement accuracy problems and experimental variations, and can be highly accurate life diagnosis methods. Not not.

【0007】さらに、新型プラントで用いられるような
新しい耐熱材料、例えば焼き戻しマルテンサイト組織を
有する高Crフェライト鋼(STBA28鋼)では、炭化物が安
定であることや、クリープボイドが形成しにくいなどの
理由により、従来の低合金鋼(STBA24鋼)で、ある程度
有効であったボイド法や炭化物法が適用できないことが
明らかとなっている。
Further, in a new heat resistant material used in a new plant, for example, in a high Cr ferritic steel (STBA28 steel) having a tempered martensitic structure, carbides are stable and creep voids are hard to form. For the reason, it has been clarified that the conventional low alloy steel (STBA24 steel) cannot be applied with the void method and the carbide method, which have been effective to some extent.

【0008】そのような場合には、高温構造機器の一部
から、部材をいわば破壊的に採取して、引張試験やクリ
ープ試験などを実施し、使用前に損傷のない状態で評価
された性質と比較して、どの程度劣化しているかを評価
し、クリープ損傷をどの程度受けているかを推定する方
法が、最も確かな方法として用いられている。
In such a case, the member is destructively taken from a part of the high-temperature structural equipment, a tensile test or a creep test is performed, and the property is evaluated before use without damage. The most reliable method is to evaluate how much deterioration has occurred and to estimate how much creep damage has occurred.

【0009】しかしながら、この方法で得られた機械的
性質の劣化は、しばしば単純な加熱による軟化に起因し
た劣化と区別がつき難く、加熱軟化とクリープ変形によ
る損傷が重畳した本来のクリープ損傷に対応する寿命消
費率と余寿命を正確に推定することは不可能である。
However, deterioration of mechanical properties obtained by this method is often indistinguishable from deterioration due to softening due to simple heating, and corresponds to the original creep damage in which damage due to heat softening and creep deformation are superimposed. It is impossible to accurately estimate the lifespan consumption rate and the remaining lifespan.

【0010】ごく近年、焼き戻しマルテンサイト組織を
有する耐熱材料に対して、陽電子消滅法を応用して、ク
リープ歪みを推定できる新しい方法が提案された(特開
2000-171418号公報、参照)。
In recent years, a new method has been proposed for estimating creep strain by applying the positron annihilation method to a heat-resistant material having a tempered martensite structure (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-242242).
2000-171418, reference).

【0011】陽電子消滅法とは、陽電子(電子と同一質
量で正の電荷をもった素粒子)を物質中に入射して電子
と対消滅する時に、その消滅過程が物質中の格子欠陥
(空孔や転位など)の状態に応じて変化することを利用
して、物質中の格子欠陥を見いだす方法である。陽電子
消滅法には、入射から消滅までの時間(消滅寿命)を測
定する方法(寿命測定法という)、消滅時に放出される
ガンマ線(511keV、180度方向に2本放出される)の運
動エネルギー変化を測定する方法(ドップラー広がり
法、角度相関法という)などがある。しかし、その測定
が容易でないことと、解析の困難さから、結晶性の高い
半導体材料や、純金属、あるいは単純な合金系での実験
室規模での研究に止まっていた。
In the positron annihilation method, when a positron (elementary particle having the same mass as an electron and having a positive charge) is incident on a substance and pair annihilation occurs with the electron, the annihilation process is a lattice defect (vacancy) in the substance. It is a method of finding lattice defects in a material by utilizing the fact that it changes according to the state of holes and dislocations. The positron annihilation method is a method of measuring the time from the incidence to the annihilation (annihilation lifetime) (called lifetime measurement method), and the change in kinetic energy of gamma rays (511 keV, two rays emitted in the 180 degree direction) emitted at the time of annihilation. There is a method of measuring (Doppler spread method, angle correlation method) and the like. However, due to the difficulty of measurement and the difficulty of analysis, only laboratory-scale research has been conducted on highly crystalline semiconductor materials, pure metals, and simple alloy systems.

【0012】ところが、特開2000-171418号公報に記載
された発明では、新しい耐熱材料STBA-28鋼の経年損傷
材について、陽電子消滅測定を実施し、ドップラー広が
り法によってSパラメーター(後述する)を算出する
と、予め求めておいた同一組成材料の既知のクリープ歪
み量に対するSパラメーターとの対応関係から、損傷材
のクリープ歪み量を推定できると提案している。
However, in the invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-171418, positron annihilation measurement is performed on aged heat-resistant material of the new heat-resistant material STBA-28 steel, and the S parameter (described later) is measured by the Doppler spread method. It is proposed that, when calculated, the creep strain amount of the damaged material can be estimated from the correspondence relationship between the S parameter and the known creep strain amount of the same composition material that is obtained in advance.

【0013】ここでSパラメーターとは、陽電子消滅時
に放出されるガンマ線のエネルギースペクトルの広がり
の指標で、エネルギーピーク全体のカウント数に対する
ピーク中央部のカウント数の比として定義される。通
常、欠陥のない状態では、このSパラメーターは小さく
なるが、空孔等の点欠陥が導入されるに従い、Sパラメ
ーターが大きくなり、ピークが尖鋭化することが知られ
ていた。
Here, the S parameter is an index of the spread of the energy spectrum of gamma rays emitted at the time of positron annihilation, and is defined as the ratio of the count number in the central part of the peak to the count number of the entire energy peak. It is generally known that, in the absence of defects, this S parameter becomes small, but as point defects such as vacancies are introduced, the S parameter becomes larger and the peak becomes sharper.

【0014】さらに、特開2000-266699号公報では、上
記同様にドップラー広がり法を用い、陽電子消滅時のガ
ンマ線の計測を2つの検出器で同時計測することによっ
て、主に原子炉材料の劣化計測として、より高精度に点
欠陥や元素の集合体(母相と異なる組成を有する析出
物)の状態を評価する方法および装置が提案されてい
る。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-266699, the Doppler spread method is used in the same manner as described above, and gamma rays at the time of positron annihilation are simultaneously measured by two detectors, thereby mainly measuring deterioration of reactor materials. As such, a method and apparatus for evaluating the state of point defects and the aggregate of elements (precipitate having a composition different from that of the matrix) with higher accuracy have been proposed.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上記陽電子消滅法のド
ップラー広がり法では、点欠陥の集合体であるボイドの
数量が多いものでは、Sパラメーターが尖鋭化すること
が知られている。しかし、点欠陥というのは、実用材料
中では結晶粒界や転位、析出物などと相互作用を起こし
て、消滅したり、新たに生成したりする。このため、実
用材料の損傷劣化の過程における組織や欠陥構造の変化
が明らかでない場合には、測定されたSパラメーターが
真のクリープ損傷と対応すると結論づけるのは難しい。
In the Doppler broadening method of the positron annihilation method described above, it is known that the S parameter is sharpened when the number of voids, which is an aggregate of point defects, is large. However, point defects interact with crystal grain boundaries, dislocations, and precipitates in practical materials, and disappear or are newly generated. Therefore, it is difficult to conclude that the measured S-parameter corresponds to the true creep damage when the changes in the microstructure and defect structure during the damage deterioration of the practical material are not clear.

【0016】同時計測のドップラー広がり法によって、
より精度の高い計測は可能であるが、やはりクリープ損
傷過程の組織変化や欠陥構造の変化を捕らえるのは難し
い。したがって、耐熱材料のクリープ損傷による寿命消
費率を測定し、余寿命を的確に診断する方法は得られて
いない。
By the Doppler spread method of simultaneous measurement,
It is possible to measure with higher accuracy, but it is still difficult to capture changes in the structure and defect structure during creep damage process. Therefore, a method for accurately diagnosing the remaining life by measuring the life consumption rate due to creep damage of the heat resistant material has not been obtained.

【0017】本発明の目的は、従来の低合金鋼から高Cr
フェライト鋼、さらには新しい耐熱材料までのあらゆる
耐熱材料について、高温におけるクリープ変形を主とす
る損傷劣化過程を測定し、寿命消費率および余寿命を的
確に推定する方法を提供することにある。
The object of the present invention is to improve the high Cr content from conventional low alloy steels.
The object of the present invention is to provide a method for accurately estimating the life consumption rate and the remaining life of a ferritic steel, and also for all heat-resistant materials including new heat-resistant materials, by measuring the damage deterioration process mainly due to creep deformation at high temperature.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】発明者らは、種々の耐熱
材料について、高温長時間クリープ変形特性と、材料の
化学組成および金属組織(ミクロ組織)との関係につい
て詳細に検討した。その結果、次に示す新しい知見を得
た。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors have studied in detail the relationship between the high temperature long-time creep deformation characteristics, the chemical composition of the material, and the metal structure (microstructure) of various heat resistant materials. As a result, the following new findings were obtained.

【0019】(1)どの様なミクロ組織であってもクリー
プ変形曲線の形は類似しており、初期にはクリープ速度
が徐々に低下する遷移クリープ領域があり、その後、最
小クリープ速度を示した後、逆にクリープ速度が時間と
共に増加する加速クリープ領域があって、最終的には破
断に至ること、(2)遷移クリープ領域から加速クリープ
領域へ移行する歪み量が数%から10%程度であっても、
加速クリープ領域においてクリープ速度の増大が緩やか
な材料、または、この歪み量が1%以下と極めて小さい
にも関わらず、加速クリープ領域へ移行した後は急激に
クリープ変形する材料もある。したがって、クリープ歪
みの大小だけから、その材料の損傷の程度、言い換えれ
ば寿命消費率を推定することは、困難な場合がある。
(1) The shape of the creep deformation curve is similar regardless of the microstructure, there is a transition creep region where the creep speed gradually decreases, and then the minimum creep speed is shown. Later, on the contrary, there is an accelerating creep region where the creep speed increases with time, which eventually leads to rupture, and (2) the amount of strain that transitions from the transition creep region to the accelerating creep region is about several% to 10%. Even so,
Some materials have a gradual increase in creep speed in the accelerated creep region, or some materials undergo rapid creep deformation after entering the accelerated creep region, even though this strain amount is as small as 1% or less. Therefore, it may be difficult to estimate the degree of damage to the material, in other words, the life consumption rate, only from the magnitude of creep strain.

【0020】発明者らは、この様な状況に鑑み、種々の
研究を重ねた結果、陽電子消滅寿命の変化がこの様に複
雑な耐熱材料のクリープ変形過程の表現に最も適するこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
In view of such a situation, the inventors have conducted various studies, and as a result, found that the change in positron annihilation lifetime is most suitable for expressing the creep deformation process of such a complicated heat-resistant material. The invention was completed.

【0021】本発明の要旨は、次の耐熱材料の余寿命診
断法にある。
The gist of the present invention resides in the following method for diagnosing the remaining life of heat resistant materials.

【0022】高温における経年損傷をうけた耐熱材料
の陽電子消滅寿命を測定し、その陽電子消滅平均寿命と
材料の寿命消費率との関係曲線(図6、図10)を作成し
て、耐熱材料が遷移クリープ領域にあるか、加速クリー
プ領域にあるかを判定する耐熱材料の余寿命診断方法。
The positron annihilation lifetime of a heat-resistant material which has been aged at high temperature is measured, and a relationship curve (FIG. 6 and FIG. 10) between the positron annihilation average lifetime and the life consumption rate of the material is prepared to show that the heat-resistant material is A method for diagnosing the remaining life of a heat-resistant material for determining whether it is in a transition creep region or in an accelerated creep region.

【0023】高温における経年損傷をうけた耐熱材料
の陽電子消滅寿命を測定し、予め得られている陽電子消
滅平均寿命と材料の寿命消費率との関係曲線のマスター
カーブ(図6、図10)と比較することによって、耐熱材
料の寿命消費率または余寿命を判定する耐熱材料の余寿
命診断方法。
The positron annihilation lifetime of a heat-resistant material that has been aged at high temperature is measured, and a master curve (FIG. 6 and FIG. 10) of a relationship curve between the positron annihilation average lifetime and the lifetime consumption rate of the material obtained in advance is obtained. A method for diagnosing the remaining life of a heat-resistant material, by which the life consumption rate or the remaining life of the heat-resistant material is determined by comparison.

【0024】高温における経年損傷をうけた耐熱材料
の陽電子消滅寿命を測定し、陽電子消滅平均寿命と材料
の寿命消費率との関係曲線を作成して、耐熱材料が遷移
クリープ領域にあるか、加速クリープ領域に到達してい
るかを判定し、加速クリープ領域にある場合には、完全
焼なまし純鉄の陽電子消滅寿命値(105〜110psec)まで
曲線を外挿することによって、耐熱材料の損傷の程度、
寿命消費率または余寿命を判定する耐熱材料の余寿命診
断方法。
The positron annihilation lifetime of a heat-resistant material that has been aged at high temperature is measured, and a relationship curve between the positron annihilation average lifetime and the life consumption rate of the material is created to determine whether the heat-resistant material is in the transition creep region or at an accelerated rate. It is determined whether the creep region has been reached, and if it is in the accelerated creep region, extrapolation of the curve up to the positron annihilation lifetime value (105 to 110 psec) of completely annealed pure iron indicates the damage of the heat resistant material. degree,
A method for diagnosing the remaining life of a heat-resistant material for determining the life consumption rate or the remaining life.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】発明者らは、種々の耐熱材料につ
いて、高温長時間クリープ変形特性と陽電子消滅寿命と
の関係について詳細に検討した。その結果、材料の化学
組成および金属組織(ミクロ組織)によって複雑に変化
するクリープ変形特性と陽電子消滅寿命との間に一定の
関係があるという新しい知見を得た。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The inventors examined in detail the relationship between high temperature long-time creep deformation characteristics and positron annihilation life for various heat resistant materials. As a result, we have obtained a new finding that there is a certain relationship between the creep deformation characteristics and the positron annihilation lifetime, which change intricately depending on the chemical composition of materials and the microstructure.

【0026】すなわち、新しい耐熱材料では、高強度を
得るためにマルテンサイト組織として過剰の転位を導入
したり、微細な析出物を析出させたりしている。しか
し、前述のとおり、どの様な組織であってもクリープ変
形曲線の形は類似しており、初期にはクリープ速度が徐
々に低下する遷移クリープ領域があり、その後最小クリ
ープ速度を示した後、逆にクリープ速度が時間と共に増
加する加速クリープ領域があって、最終的には破断に至
る。
That is, in the new heat-resistant material, in order to obtain high strength, excessive dislocations are introduced as a martensite structure, or fine precipitates are deposited. However, as described above, the shape of the creep deformation curve is similar regardless of the structure, there is a transition creep region where the creep speed gradually decreases, and after that, after showing the minimum creep speed, On the contrary, there is an accelerating creep region where the creep speed increases with time, which eventually leads to fracture.

【0027】図1は、クリープ変形曲線を示す模式図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a creep deformation curve.

【0028】クリープ歪みは、時間と共に増大し、破断
に至る。曲線の変曲点(クリープ歪みεminの位置)
を境にして、曲線の勾配が徐々に緩やかになる遷移クリ
ープ領域と、逆に勾配が再び大きくなる加速クリープ領
域とがある。
Creep strain increases with time, leading to fracture. Inflection point of curve (position of creep strain ε min )
There is a transition creep region where the gradient of the curve gradually becomes gentle and a accelerating creep region where the gradient becomes large again.

【0029】図2は、クリープ速度と時間との関係を示
す模式図である。この図は、クリープ変形曲線からクリ
ープ速度(クリープ歪みの時間変化率)を求め、時間に
対してプロットした曲線である。図2から、クリープ変
形曲線の変曲点でクリープ速度は最小となり、それを境
にして遷移クリープ領域ではクリープ速度は徐々に低下
し、加速クリープ領域ではクリープ速度が徐々に増大す
る。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship between creep speed and time. This figure is a curve in which the creep speed (rate of change of creep strain with time) is obtained from the creep deformation curve and plotted against time. From FIG. 2, the creep speed becomes the minimum at the inflection point of the creep deformation curve, and the creep speed gradually decreases in the transition creep region and the creep speed gradually increases in the accelerated creep region.

【0030】耐熱材料は、ミクロ組織や強度が異なって
もクリープ速度と時間との関係曲線(図2)は、基本的
には同様な形態を示す。ただし、曲線の傾きが変化した
り、遷移クリープ領域から加速クリープ領域への移行が
急激な場合、あるいは緩やかな場合、加速が二段階で現
れる場合などがある。マルテンサイト組織の材料では、
遷移クリープ領域ではマルテンサイト中の過剰転位が消
失する。オーステナイト合金や焼きなまされたフェライ
ト鋼では加工硬化により転位が導入されるが、遷移クリ
ープ領域では転位の移動度が低下してクリープ速度が低
下する。また、微細析出物は、いずれの場合にも転位の
移動障壁となってクリープ抵抗を高める作用を有する。
この強化作用は、時間の経過と共に次第に弱まり、固溶
強化元素の枯渇、析出物の凝集粗大化による効果の減
少、粒界近傍などの他に比べて強度の弱い部分に局所的
な変形の進行などにより、加速クリープ領域へ移行し、
クリープ速度は加速度的に増大する。
The relationship curve (FIG. 2) between the creep rate and the time of the heat resistant material basically shows the same form even if the microstructure and the strength are different. However, there are cases in which the slope of the curve changes, the transition from the transition creep region to the acceleration creep region is rapid or gentle, and the acceleration appears in two stages. In the material of martensite structure,
Excessive dislocations in martensite disappear in the transition creep region. In austenitic alloys and annealed ferritic steels, dislocations are introduced by work hardening, but in the transition creep region, the mobility of dislocations decreases and the creep rate decreases. Further, in any case, the fine precipitate acts as a dislocation movement barrier and has an effect of increasing creep resistance.
This strengthening action gradually weakens with the passage of time, depletion of solid solution strengthening elements, decrease in effect due to coarsening of precipitate precipitates, and local deformation progress in weaker areas than other areas such as near grain boundaries. By moving to the accelerated creep area,
The creep speed increases at an accelerating rate.

【0031】図3は、クリープ速度とクリープ歪みとの
関係を示す図である。この図は、クリープ速度をクリー
プ歪みに対してプロットしたものであり、材料によって
極めて特徴的な曲線の形を示すことが明らかとなった。
すなわち、ある材料では、遷移クリープ領域から加速ク
リープ領域へ移行する歪み量が数%から10%程度もあ
り、加速クリープ領域においてもクリープ速度の増大は
緩やかであるのに対して、またある材料は、この歪み量
が1%以下と極めて小さいにも関わらず、加速クリープ
領域へ移行した後は急激にクリープ変形が進行する。し
たがって、クリープ歪みの大小だけから、その材料の損
傷の程度、言い換えれば寿命消費率を推定することは、
困難である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between creep speed and creep strain. This figure is a plot of creep rate against creep strain, and it became clear that the material exhibits a very characteristic curve shape.
In other words, with some materials, the amount of strain that transitions from the transition creep region to the accelerated creep region is several percent to 10%, and the increase in creep speed is slow even in the accelerated creep region, while another material has Despite the extremely small strain amount of 1% or less, creep deformation rapidly progresses after shifting to the accelerated creep region. Therefore, estimating the degree of damage to the material, in other words, the life consumption rate, from only the magnitude of creep strain is
Have difficulty.

【0032】発明者らは、この様な状況に鑑み、種々の
研究を重ねた結果、陽電子消滅寿命の変化がこの様に複
雑な耐熱材料のクリープ変形過程の表現に最も適するこ
とを見出した。
In view of such a situation, the inventors have conducted various studies, and as a result, have found that the change in the positron annihilation lifetime is most suitable for expressing the creep deformation process of such a complicated heat-resistant material.

【0033】複雑なクリープ変形をする耐熱材料につい
て、クリープ変形試験を破断まで実施した。
A creep deformation test was carried out until breakage of a heat-resistant material which undergoes complex creep deformation.

【0034】図4は、クリープ速度と試験時間との関係
を示す図である。この図は、表1に示す供試鋼Aを用い
て温度650℃、応力118MPaでクリープ試験を行い、クリ
ープ速度を試験時間の経過に対応してプロットしたもの
である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the creep speed and the test time. In this figure, a creep test was conducted at a temperature of 650 ° C. and a stress of 118 MPa using the test steel A shown in Table 1, and the creep rate was plotted corresponding to the elapsed test time.

【0035】図5は、クリープ速度とクリープ歪みとの
関係を示す図である。この図は、供試鋼Aを用いて温度6
50℃、応力118MPaでクリープ試験を行って得たクリープ
速度とクリープ歪みとを関連させてプロットしたもので
ある。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between creep speed and creep strain. This figure shows the temperature of 6
FIG. 3 is a plot of the creep rate and creep strain obtained by performing a creep test at 50 ° C. and a stress of 118 MPa.

【0036】図6は、陽電子消滅平均寿命と材料の寿命
消費率との関係を示す図である。この図は、供試鋼Aに
ついて、上記のクリープ試験中に寿命消費率0%(試験
前)から100%(破断)までの間で中断試験材を作成
し、陽電子消滅寿命を測定し、陽電子消滅平均寿命と材
料の寿命消費率とを対応させてプロットしたものであ
る。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the positron annihilation average lifetime and the lifetime consumption rate of the material. This figure shows that for test steel A, an interrupted test material was created from the life consumption rate of 0% (before the test) to 100% (rupture) during the creep test, and the positron annihilation life was measured. This is a plot in which the annihilation average life and the life consumption rate of the material are associated with each other.

【0037】図7は、陽電子消滅平均寿命とクリープ歪
みとの関係を示す図である。この図は、供試鋼Aについ
て陽電子消滅平均寿命とクリープ歪みとを対応させてプ
ロットしたものである。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the positron annihilation average lifetime and creep strain. This figure is a plot in which the positron annihilation average life and creep strain are associated with each other for the test steel A.

【0038】図8は、クリープ速度と試験時間との関係
を示す図である。この図は、表1に示す供試鋼Bを用い
て温度650℃、応力118MPaでのクリープ試験におけるク
リープ速度を試験時間の経過に対応してプロットしたも
のである。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the creep speed and the test time. This figure is a plot of the creep rate in the creep test using the test steel B shown in Table 1 at a temperature of 650 ° C. and a stress of 118 MPa in accordance with the elapsed test time.

【0039】図9は、クリープ速度とクリープ歪みとの
関係を示す図である。この図は、供試鋼Bを用いて温度6
50℃、応力118MPaでクリープ試験を行って得たクリープ
速度とクリープ歪みとを関連させてプロットしたもので
ある。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between creep speed and creep strain. This figure shows that using test steel B at a temperature of 6
FIG. 3 is a plot of the creep rate and creep strain obtained by performing a creep test at 50 ° C. and a stress of 118 MPa.

【0040】図10は、陽電子消滅平均寿命と材料の寿命
消費率との関係を示す図である。この図は、供試鋼Bに
ついて、上記のクリープ試験中に寿命消費率0%(試験
前)から100%(破断)までの間で中断試験材を作成
し、陽電子消滅寿命を測定し、陽電子消滅平均寿命と材
料の寿命消費率とを対応させてプロットしたものであ
る。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the positron annihilation average lifetime and the lifetime consumption rate of the material. This figure shows that for steel B under test, a suspended test material was created between the life consumption rate of 0% (before the test) and 100% (breakage) during the creep test, and the positron annihilation life was measured. This is a plot in which the annihilation average life and the life consumption rate of the material are associated with each other.

【0041】図11は、陽電子消滅平均寿命とクリープ歪
みとの関係を示す図である。この図は、供試鋼Bについ
て陽電子消滅平均寿命とクリープ歪みとを対応させてプ
ロットしたものである。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the positron annihilation average lifetime and creep strain. This figure is a plot in which the positron annihilation average lifetime and creep strain are made to correspond to each other for sample steel B.

【0042】その結果、マルテンサイト鋼では、クリー
プ損傷の程度が大きくなるに従って陽電子消滅平均寿命
は(図10に示すように?)低下し、逆に加工硬化する材
料(オーステナイト鋼やフェライト鋼)では初期に陽電
子消滅平均寿命は図6に示すように大きくなる。いずれ
の場合も、遷移クリープ領域から加速クリープ領域へ移
行する際に、陽電子消滅平均寿命が変曲点、あるいは最
大点を示した後、緩やかに低下する安定期があり、再び
急速に低下する。最終的には、完全焼きなまし純鉄の陽
電子消滅平均寿命(105〜110psec)に漸近する。得られ
た陽電子消滅寿命と材料寿命消費率との関係曲線(図6
および図10)、陽電子消滅寿命とクリープ歪みとの関係
曲線(図7および図11)は、クリープ速度と試験時間と
の関係曲線(図4および図8)、クリープ速度とクリー
プ歪みとの関係曲線(図5および図9)の変化と極めて
よく対応し、陽電子消滅寿命が、クリープ変形過程を表
現するのに極めて適していることが明らかとなった。
As a result, in martensitic steels, the positron annihilation average life decreases (as shown in FIG. 10) as the degree of creep damage increases, and conversely in materials that undergo work hardening (austenitic steels and ferritic steels). At the initial stage, the positron annihilation average lifetime becomes large as shown in FIG. In any case, when the transitional creep region transitions to the accelerated creep region, the positron annihilation average lifetime shows an inflection point or maximum point, then there is a stable period in which it gradually decreases, and then it rapidly decreases again. Finally, it approaches the positron annihilation average lifetime (105 to 110 psec) of fully annealed pure iron. The relationship curve between the obtained positron annihilation lifetime and the material lifetime consumption rate (Fig. 6)
And FIG. 10), the relationship curve between positron annihilation lifetime and creep strain (FIGS. 7 and 11) is the relationship curve between creep speed and test time (FIGS. 4 and 8), and the relationship curve between creep speed and creep strain. Corresponding very well with the changes in (FIGS. 5 and 9), it became clear that the positron annihilation lifetime is very suitable for expressing the creep deformation process.

【0043】このことから、実プラントで使用されてい
る耐熱材料の経年損傷材についても、オンサイトで、あ
るいは詳細調査のために破壊的に試験材を採取して、陽
電子消滅試験を実施すればその材料の余寿命予測を行う
ことができることがわかる。
From the above, it is also possible to conduct a positron annihilation test on the aged damage material of the heat-resistant material used in the actual plant, either onsite or destructively for detailed investigation. It is understood that the remaining life of the material can be predicted.

【0044】この場合には、クリープ歪みに関するデー
タは入手できないこともあるが、オンサイトで、あるい
は詳細調査のために破壊的に試験材を採取して、その使
用経過時間に対する陽電子消滅平均寿命を、陽電子消滅
平均寿命と材料の寿命消費率との関係曲線としてプロッ
トすれば、その材料がまだ遷移クリープ領域にあるの
か、あるいは既に加速クリープ領域に到達しているのか
を容易に判断することができる。その上、加速クリープ
領域に達しているものについては、完全焼きなし純鉄の
陽電子消滅寿命値(105〜110psec)まで、曲線を外挿す
ることによって、極めて精度高く材料の寿命消費率と余
寿命を推定することができる。
In this case, although data on creep strain may not be available, test materials are sampled onsite or destructively for detailed investigation, and the positron annihilation average life with respect to the elapsed time of use is calculated. , It is possible to easily determine whether the material is still in the transition creep region or has already reached the accelerated creep region by plotting it as a relationship curve between the positron annihilation average life and the life consumption rate of the material. . In addition, for those that have reached the accelerated creep region, extrapolation of the curve up to the positron annihilation lifetime value (105 to 110 psec) of pure iron without complete burning allows for extremely accurate material life consumption rate and residual life. Can be estimated.

【0045】以下、実施例によってさらに詳細に説明す
る。
Hereinafter, further details will be described with reference to examples.

【0046】[0046]

【実施例】表1に示す化学組成を有する代表的にミクロ
組織の異なる二種類の耐熱鋼を試験材とした。
EXAMPLE Two types of heat-resistant steels having different chemical compositions shown in Table 1 were used as test materials.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】供試鋼Aは、加工硬化する鋼の一種で、使
用前には焼き戻しマルテンサイト組織とδフェライト組
織の二相混合組織である。供試鋼Bは、焼き戻しマルテ
ンサイト単相組織である。供試鋼は、工業規模で製造さ
れたチューブ材(外径が70mm、肉厚が10mm)を入手後、
ラボにて通常の焼きならし(1050℃)、焼き戻し(780
℃)処理を施した後、クリープ試験材を採取した。それ
ぞれの鋼について、クリープ変形試験を破断まで実施
し、クリープ速度と時間との関係曲線、クリープ速度と
クリープ歪みとの関係曲線を得た(図4、5、8および
9)。さらに、その材料について、寿命消費率0%(試
験前)から100%(破断)までの間でクリープ中断試験
材を作成し、陽電子消滅寿命を測定した。クリープ試験
および陽電子消滅試験の結果から、陽電子消滅平均寿命
と材料の寿命消費率との関係曲線、陽電子消滅平均寿命
とクリープ歪みとの関係曲線を作成した(図6、7、10
および11)。
The test steel A is a type of work-hardening steel and has a two-phase mixed structure of a tempered martensite structure and a δ ferrite structure before use. Test Steel B has a tempered martensite single phase structure. The sample steel is a tube material (outer diameter 70 mm, wall thickness 10 mm) manufactured on an industrial scale.
Normal normalizing (1050 ℃), tempering (780
(° C.) treatment, and then a creep test material was collected. For each steel, a creep deformation test was performed up to breaking to obtain a relationship curve between creep speed and time and a relationship curve between creep speed and creep strain (FIGS. 4, 5, 8 and 9). Furthermore, a creep interruption test material was prepared from the material with a life consumption rate of 0% (before the test) to 100% (breakage), and the positron annihilation life was measured. From the results of the creep test and the positron annihilation test, a relationship curve between the positron annihilation average life and the life consumption rate of the material and a relationship curve between the positron annihilation average life and the creep strain were created (FIGS. 6, 7, and 10).
And 11).

【0049】ここで陽電子消滅寿命測定用には、各試験
材から厚さ0.5mm、幅7mm、長さ10mmの板材を二枚ずつ採
取し、片面を鏡面研磨して試験材とした。線源は密封
22Na線源(50マイクロキュリー、ポリイミド封入)を
用い、二枚の試験材で線源を挟み込むサンドイッチ法を
採用した。1測定の陽電子計測数は、約200万個、測定
系の時間分解能は約230psecであった。なお、本測定系
で完全焼きなまし純鉄試料の陽電子消滅寿命を求めたと
ころ、110±0.5psecであった。寿命測定のスタート信号
は、線源より放出される一次ガンマ線(1.28MeV)を用
い、ストップ信号には、試験材で陽電子が消滅する際に
放出される511KeVのガンマ線を用いた。
For the positron annihilation lifetime measurement, two plate materials each having a thickness of 0.5 mm, a width of 7 mm and a length of 10 mm were sampled from each test material, and one surface thereof was mirror-polished to obtain a test material. The radiation source is sealed
A 22 Na radiation source (50 microcuries, encapsulated with polyimide) was used, and a sandwich method was used in which the radiation source was sandwiched between two test materials. The number of positron measurements per measurement was about 2 million, and the time resolution of the measurement system was about 230 psec. The positron annihilation lifetime of the completely annealed pure iron sample was determined by this measurement system to be 110 ± 0.5 psec. The start signal for the lifetime measurement was the primary gamma ray (1.28 MeV) emitted from the radiation source, and the stop signal was the 511 KeV gamma ray emitted when the positrons disappeared in the test material.

【0050】陽電子消滅寿命は、以下の方法によって算
出した。
The positron annihilation lifetime was calculated by the following method.

【0051】完全結晶においては陽電子消滅寿命スペク
トルT(t)は、(1)式にて表される。 T(t)=exp(−t/τ) ・・・・・(1) ここで、τが完全結晶の陽電子消滅寿命、tは時間で
ある。
In a perfect crystal, the positron annihilation lifetime spectrum T (t) is expressed by the equation (1). T (t) = exp (−t / τ 1 ) (1) where τ 1 is the positron annihilation lifetime of a perfect crystal, and t is time.

【0052】材料中に欠陥が導入されると、陽電子の一
部は欠陥にトラップされるので、陽電子消滅寿命スペク
トルは欠陥のない部分と欠陥部分の二成分(欠陥種が多
数ある場合は多成分)で表記される。 T(t)=(I)exp(−t/τ)+(I)exp(−t/τ) ・ ・・(2) ここで、τは母相(バルク)の陽電子消滅寿命、τ
は欠陥の陽電子消滅寿命で欠陥種に固有の値である。そ
のとき欠陥の相対強度Iは、欠陥の濃度に比例するト
ラッピング速度κを用いて、下記となる。 I=κ/((1/τ)+κ−(1/τ)) ・・・・・(3) また、τは同じくκを用いて、 τ=1/((1/τ)+κ) ・・・・・(4) となり、完全結晶の場合よりも陽電子消滅寿命は短くな
る。
When defects are introduced into the material, some of the positrons are trapped in the defects, so the positron annihilation lifetime spectrum has two components, a defect-free part and a defect part (or multi-component if there are many defect species). ). T (t) = (I 0 / τ 0 ) exp (-t / τ 0 ) + (I d / τ d ) exp (-t / τ d ) ・ ・ ・ (2) where τ 0 is the mother phase (Bulk) positron annihilation lifetime, τ d
Is the positron annihilation lifetime of the defect and is a value specific to the defect species. At that time, the relative intensity I d of the defect is as follows using the trapping speed κ that is proportional to the concentration of the defect. I d = κ / ((1 / τ 1 ) + κ- (1 / τ d )) (3) Further, τ 0 is also κ, and τ 0 = 1 / ((1 / τ 1 ) + κ) (4), and the positron annihilation lifetime is shorter than in the case of perfect crystal.

【0053】本発明で対象とする陽電子消滅平均寿命τ
は、下記で表される。 τ=Iτ+Iτ ・・・・・(5) 測定では得られた陽電子寿命スペクトルを線源をシール
ドしているポリイミドの寿命成分を除去して一成分解析
により、陽電子消滅平均寿命を求めた。
Positron annihilation average lifetime τ of interest in the present invention
M is represented below. τ M = I 0 τ 0 + I d τ d (5) Positron annihilation by one-component analysis by removing the lifetime component of the polyimide shielding the positron from the positron lifetime spectrum obtained in the measurement. The average life was calculated.

【0054】それぞれの鋼について得られた陽電子消滅
平均寿命と材料寿命消費率との関係曲線(図6および図
10)、陽電子消滅平均寿命とクリープ歪みとの関係曲線
(図7および11)をみると、クリープ速度と時間との関
係曲線(図4および図8)、ならびにクリープ速度とク
リープ歪みとの関係曲線(図5および図9)の変化を極
めて良く再現しており、陽電子消滅平均寿命の測定によ
って、経年使用材の損傷が遷移クリープ領域にあるか、
あるいは加速クリープ領域にまで到達しているかは容易
に判断できる。
Relationship curves between positron annihilation average life and material life consumption rate obtained for each steel (FIG. 6 and FIG.
10), looking at the relationship curves between positron annihilation average life and creep strain (Figs. 7 and 11), the relationship curves between creep speed and time (Figs. 4 and 8), and the relationship curves between creep velocity and creep strain The changes in (Figs. 5 and 9) are reproduced very well, and by measuring the positron annihilation average life, whether the damage of the aged material is in the transition creep region,
Alternatively, it can be easily determined whether the acceleration creep region has been reached.

【0055】図12は、組織の異なる二つの鋼の陽電子消
滅平均寿命と材料寿命消費率との関係曲線を示す図であ
る。この図から明らかなように、供試鋼AおよびBでは、
前述したように、遷移クリープ領域での挙動は、全く反
対の傾向になるが、加速クリープ領域での挙動は極めて
類似している。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship curve between positron annihilation average life and material life consumption rate of two steels having different structures. As is clear from this figure, in the test steels A and B,
As mentioned above, the behaviors in the transition creep region tend to be quite opposite, but the behaviors in the accelerated creep region are very similar.

【0056】図13は、陽電子消滅平均寿命と材料寿命消
費率との関係曲線をマスターカーブとして材料の寿命予
測を行う方法を説明するための図である。この図は、供
試鋼Aを用いて温度700℃、応力50MPaでクリープ破断試
験を行い、また、使用前の試験片、クリープ試験を100
時間で中断した試験片、同じく300時間で中断した試験
片および1982時間で破断した試験片について陽電子消滅
試験を行い、それらの結果を、図6をマスターカーブと
してプロットした図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a method of predicting the life of a material by using the relationship curve between the positron annihilation average life and the material life consumption rate as a master curve. This figure shows a creep rupture test at 700 ° C and a stress of 50MPa using test steel A.
FIG. 7 is a diagram in which a positron annihilation test was performed on a test piece interrupted for time, a test piece interrupted for 300 hours, and a test piece fractured for 1982 hours, and the results are plotted as a master curve in FIG. 6.

【0057】図13から明らかなように、試験材の陽電子
消滅平均寿命を材料寿命消費率に対してプロットする
と、マスターカーブとほぼ同様な曲線上に表される。こ
のことから、経年使用材について、同様な測定を数点行
い、マスターカーブと比較することによって、その材料
の寿命消費率が推定できる。また、実際の経過時間か
ら、その材料の余寿命を推定することが可能となる。
As is clear from FIG. 13, when the positron annihilation average life of the test material is plotted against the material life consumption rate, it is shown on a curve substantially similar to the master curve. From this, the life consumption rate of the material can be estimated by performing several similar measurements on the aged material and comparing it with the master curve. It is also possible to estimate the remaining life of the material from the actual elapsed time.

【0058】図14は、焼き戻しマルテンサイト組織を有
する鋼について、経年使用材を模擬した試験を行い、材
料の寿命予測する方法を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining a method of predicting the life of a material by performing a test simulating a material used over time for steel having a tempered martensite structure.

【0059】焼き戻しマルテンサイト組織を有する供試
鋼C(表1)について、経年使用材を模擬したクリープ
中断試験材(675℃、88MPa)について、陽電子消滅平均
寿命を加速クリープ領域まで測定(図では5点)した。
得られたデータを曲線回帰して、純鉄の焼鈍材の陽電子
消滅寿命値(110psec)となる時間を推定した。得られ
た材料の推定寿命は5780時間であったが、実際の破断時
間は5222時間であり、その差は10%以内と極めて小さ
い。したがって、マスターカーブがない場合でも、加速
クリープ領域まで陽電子消滅平均寿命を複数回測定すれ
ば、寿命値を精度良く推定できる。また、材料の損傷の
程度、寿命消費率または余寿命を的確に診断することが
可能となる。
With respect to the sample steel C (Table 1) having a tempered martensite structure, the positron annihilation average life was measured up to the accelerated creep region in the creep interruption test material (675 ° C, 88 MPa) simulating the material used over time (Fig. Then 5 points).
The data obtained was subjected to curve regression to estimate the time to reach the positron annihilation lifetime value (110 psec) of the pure iron annealed material. Although the estimated life of the obtained material was 5780 hours, the actual breaking time was 5222 hours, and the difference was extremely small within 10%. Therefore, even if there is no master curve, the lifetime value can be estimated accurately by measuring the positron annihilation average lifetime up to the accelerated creep region multiple times. Further, it becomes possible to accurately diagnose the degree of material damage, the life consumption rate, or the remaining life.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明の余寿命診断方法によれば、高温
における経年損傷をうけた耐熱材料の陽電子消滅寿命を
測定し、陽電子消滅平均寿命と材料の寿命消費率との関
係曲線を作成することによって、その材料の損傷が遷移
クリープ領域にあるか、加速クリープ領域に到達してい
るかを診断することができる。また、予め得られている
陽電子消滅平均寿命と材料の寿命消費率との関係曲線を
マスターカーブと比較することによって、材料の損傷の
程度、寿命消費率または余寿命を診断することができ
る。さらに、その材料が加速クリープ領域にある場合に
は、完全焼きなまし純鉄の陽電子消滅寿命値(105〜110
psec)まで曲線を外挿することによって、材料の寿命値
を推定して、損傷の程度、寿命消費率または余寿命を診
断することができる。
According to the residual life diagnosis method of the present invention, the positron annihilation life of a heat-resistant material that has been aged at high temperature is measured, and a relationship curve between the average positron annihilation life and the life consumption rate of the material is created. Thus, it is possible to diagnose whether the damage of the material is in the transition creep region or in the accelerated creep region. Further, by comparing the relationship curve between the positron annihilation average lifetime and the material lifetime consumption rate obtained in advance with the master curve, the degree of damage to the material, the lifetime consumption rate or the remaining lifetime can be diagnosed. Furthermore, when the material is in the accelerated creep region, the positron annihilation lifetime value of fully annealed pure iron (105-110
By extrapolating the curve up to psec), the life value of the material can be estimated to diagnose the degree of damage, life consumption rate or remaining life.

【0061】本発明の方法を用いれば、発電用のボイラ
やタービン、原子力発電設備、化学工業装置などの高温
構造機器に使用される耐熱材料の主にクリープ変形によ
る経年損傷を評価し、材料の余寿命を高精度で予測し
て、プラントの更新、または材料の取り替え時期などを
的確に診断できる。これにより、安全性と経済性を両立
させることができる。
Using the method of the present invention, aging damage due to creep deformation of heat-resistant materials used in high-temperature structural equipment such as boilers and turbines for power generation, nuclear power generation equipment, and chemical industrial equipment is evaluated, and The remaining life can be predicted with high accuracy, and the timing of plant renewal or material replacement can be accurately diagnosed. This makes it possible to achieve both safety and economy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】クリープ変形曲線を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a creep deformation curve.

【図2】クリープ速度と時間との関係を示す模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship between creep speed and time.

【図3】クリープ速度とクリープ歪みとの関係を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between creep speed and creep strain.

【図4】クリープ速度と試験時間との関係を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between creep speed and test time.

【図5】クリープ速度とクリープ歪みとの関係を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between creep speed and creep strain.

【図6】陽電子消滅平均寿命と材料の寿命消費率との関
係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a positron annihilation average lifetime and a lifetime consumption rate of a material.

【図7】陽電子消滅平均寿命とクリープ歪みとの関係を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between positron annihilation average lifetime and creep strain.

【図8】クリープ速度と試験時間との関係を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between creep speed and test time.

【図9】クリープ速度とクリープ歪みとの関係を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between creep speed and creep strain.

【図10】陽電子消滅平均寿命と材料の寿命消費率との
関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a positron annihilation average lifetime and a lifetime consumption rate of a material.

【図11】陽電子消滅平均寿命とクリープ歪みとの関係
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between positron annihilation average lifetime and creep strain.

【図12】組織の異なる二つの鋼の陽電子消滅平均寿命
と材料寿命消費率との関係曲線を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship curve between a positron annihilation average life and a material life consumption rate of two steels having different structures.

【図13】陽電子消滅平均寿命と材料寿命消費率との関
係曲線をマスターカーブとして材料の寿命予測を行う方
法を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a method of predicting the life of a material by using a relationship curve between a positron annihilation average life and a material life consumption rate as a master curve.

【図14】焼き戻しマルテンサイト組織を有する鋼につ
いて、経年使用材を模擬した試験を行い、材料の寿命予
測する方法を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining a method of predicting the life of a material by performing a test simulating an aged material on steel having a tempered martensite structure.

フロントページの続き Fターム(参考) 2G001 AA03 BA01 CA02 FA01 KA20 LA02 2G050 AA01 BA10 BA12 EA01 EB10Continued front page    F-term (reference) 2G001 AA03 BA01 CA02 FA01 KA20                       LA02                 2G050 AA01 BA10 BA12 EA01 EB10

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高温における経年損傷をうけた耐熱材料の
陽電子消滅寿命を測定し、陽電子消滅平均寿命と材料の
寿命消費率との関係曲線を作成して、耐熱材料が遷移ク
リープ領域にあるか、加速クリープ領域にあるかを判定
することを特徴とする耐熱材料の余寿命診断方法。
1. A positron annihilation lifetime of a heat-resistant material that has been aged at high temperature is measured, and a relationship curve between the positron annihilation average lifetime and the life consumption rate of the material is created to determine whether the heat-resistant material is in the transition creep region. , A method for diagnosing the remaining life of a heat-resistant material, characterized by determining whether it is in an accelerated creep region.
【請求項2】高温における経年損傷をうけた耐熱材料の
陽電子消滅寿命を測定し、予め得られている陽電子消滅
平均寿命と材料の寿命消費率との関係曲線のマスターカ
ーブと比較することによって、耐熱材料の損傷の程度、
寿命消費率または余寿命を判定することを特徴とする耐
熱材料の余寿命診断法。
2. A positron annihilation lifetime of a heat-resistant material that has been aged at high temperature is measured and compared with a master curve of a relationship curve between the positron annihilation average lifetime and the material lifetime consumption rate which is obtained in advance. Degree of damage to the heat resistant material,
A method for diagnosing the remaining life of a heat-resistant material, characterized by determining the life consumption rate or the remaining life.
【請求項3】高温における経年損傷をうけた耐熱材料の
陽電子消滅寿命を測定し、陽電子消滅平均寿命と材料の
寿命消費率との関係曲線を作成して、耐熱材料が遷移ク
リープ領域にあるか、加速クリープ領域に到達している
かを判定し、加速クリープ領域にある場合には、完全焼
きなまし純鉄の陽電子消滅寿命値まで曲線を外挿するこ
とによって、耐熱材料の損傷の程度、寿命消費率または
余寿命を判定することを特徴とする耐熱材料の余寿命診
断方法。
3. The positron annihilation lifetime of a heat-resistant material that has been aged at high temperature is measured, and a relationship curve between the positron annihilation average lifetime and the life consumption rate of the material is created to determine whether the heat-resistant material is in the transition creep region. , The acceleration creep region is judged, and if it is in the accelerated creep region, by extrapolating the curve up to the positron annihilation life value of completely annealed pure iron, the degree of damage of the heat resistant material and the life consumption rate Alternatively, a method for diagnosing the remaining life of a heat-resistant material is characterized by determining the remaining life.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007178329A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Daiei Musen Denki Co Ltd Device and method for measuring positron lifetime
JP2009180649A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Creep rupture strength prediction method and device
CN101196507B (en) * 2007-12-28 2012-02-01 西安交通大学 Method for predicting creep life of power boiler heatproof material
EP2713160A2 (en) 2012-10-01 2014-04-02 Hitachi Ltd. Method and system for evaluating creep damage of high temperature component
JP2017049066A (en) * 2015-08-31 2017-03-09 新日鐵住金株式会社 Method of predicting life of heat-resistant steel
CN113176282A (en) * 2021-03-31 2021-07-27 国能锅炉压力容器检验有限公司 Material damage level detection method based on cold cathode X-ray digital imaging technology

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007178329A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Daiei Musen Denki Co Ltd Device and method for measuring positron lifetime
CN101196507B (en) * 2007-12-28 2012-02-01 西安交通大学 Method for predicting creep life of power boiler heatproof material
JP2009180649A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Creep rupture strength prediction method and device
EP2713160A2 (en) 2012-10-01 2014-04-02 Hitachi Ltd. Method and system for evaluating creep damage of high temperature component
JP2017049066A (en) * 2015-08-31 2017-03-09 新日鐵住金株式会社 Method of predicting life of heat-resistant steel
CN113176282A (en) * 2021-03-31 2021-07-27 国能锅炉压力容器检验有限公司 Material damage level detection method based on cold cathode X-ray digital imaging technology

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