JP2003185603A - 耐熱鋼の高温損傷評価法 - Google Patents

耐熱鋼の高温損傷評価法

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(57)【要約】 【課題】 焼戻しマルテンサイト鋼等の耐熱鋼について
のクリープ損傷評価を可能とする耐熱鋼の高温損傷評価
法を提供するにある。 【解決手段】 焼戻しマルテンサイト鋼のクリープ損傷
評価法として、電子線後方散乱像のパターンクオリティ
が高くなるほど寿命が短いと評価することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱鋼の高温損傷
評価法に関する。詳しくは、９〜１２重量％Ｃr鋼すな
わち焼戻しマルテンサイト鋼についてのクリープ損傷評
価に関する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高温機器に使用されていた耐熱鋼
（低合金鋼、焼戻しマルテンサイト鋼等）のクリープ損
傷評価法としては、損傷部にクリープ過程で生成した粒
界上のクリープキャビティーを評価するＡパラメータ
法、析出物の分布状況及び形態変化からクリープ損傷を
推定する金属組織学的手法、使用部位からミニチュアク
リープ試験片を採取し、任意の応力及び温度で実際にク
リープ試験を実施して余寿命を推定する破壊試験法があ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
Ａパラメータ法は焼戻しマルテンサイト鋼ではクリープ
キャビティーが発生しないために適用できない。金属組
織学的手法は、脆性的に破壊する溶接熱影響部のみでし
か行われておらず、延性的に破壊する焼戻しマルテンサイト鋼
では適用できない。破壊試験は、試験に長時間を要する
うえに、高温機器からの材料採取量が多いために適用で
きる部位が非常に限られている。特に、蒸気タービンロ
ータでは、クリープ損傷が激しい部位からの破壊試験片
の採取は困難である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、焼戻しマルテンサイト鋼のクリープ損傷を少ない
材料採取量で、短時間に精度よく評価することができる
手法であることを特徴とする。本発明の請求項１に係る
耐熱鋼の高温損傷評価法は、焼戻しマルテンサイト鋼の
クリープ損傷評価法として、電子線後方散乱像のパター
ンクオリティが高くなるほど寿命が短いと評価すること
を特徴とする。本発明の請求項２に係る耐熱鋼の高温損
傷評価法は、焼戻しマルテンサイト鋼のクリープ損傷評
価法として、結晶粒界におけるサブグレインの方位差が
大きくなるほど、寿命が短いと評価することを特徴とす
る本発明の請求項３に係る耐熱鋼の高温損傷評価法は、
焼戻しマルテンサイト鋼のクリープ損傷評価法として、
結晶粒界の数が減少すると、寿命が短いと評価すること
を特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】〔実施例１〕マルテンサイト鋼は
高温使用中に軟化が生じ、これは粒内のひずみ（転位密
度）の減少によるものである。本発明者は、粒内ひずみ
を評価する手法として、ＳＥＭ（Scanning ElectronMic
roscopy；走査型電子顕微鏡）−ＥＢＳＰ（Electron Ba
ck-scattering Pattern；電子線後方散乱像）を利用し
たＱ値（パターンクオリティ）と寿命比ｔ／ｔ rとの間
によい相関関係があることを見出した。例えば、Ｑ値の
平均値と寿命比ｔ／ｔrとの関係は図１に示すように、
Ｑ値の平均値が高くなるほど、つまり、転位密度が低く
なるほど、寿命比ｔ／ｔrが１に近づくことが認められ
る。
【０００６】ここで、ＥＢＳＰとは、図４に示すよう
に、走査型電子顕微鏡の真空チャンバー１０内に試料２
０を水平方向に対して７０度で傾けて配置し、垂直上方
から電子線ａを試料１０に照射した際に形成されるもの
であり、得られたＥＢＳＰは高感度カメラ３０で撮影さ
れ、図示しないコンピュータで画像処理することにより
菊池線を識別し結晶方位の数値付けが行われる。ＳＥＭ
−ＥＢＳＰ観察は、３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ程度の小さ
い試験片で観察可能である。また、Ｑ値（ＩＱとも表
す）とは、結晶方位を求める際に得られる擬菊池パター
ンの明瞭さの指標であり、言い換えると、ＥＢＳＰの鮮
明度のパラメータである。具体的には、試料の擬菊池パ
ターンから結晶方位を求める際にＣＣＤカメラ上の濃淡
をＡ／Ｄ変換し、その後に数式処理により数値化したも
のである。
【０００７】このように求めたＱ値は、転位密度が高い
ほど低くなり、また、転位密度が低いほど高くなること
が知られている。そこで、本実施例では、実機でサンプ
リングした損傷材からＱ値を測定し、図１のマスターカ
ーブを用いて寿命評価を行った。即ち、Ｑ値の平均値が
高くなるほど、寿命比ｔ／ｔrが１に近づくことから、
寿命が少なくなったと評価するのである。
【０００８】〔実施例２〕マルテンサイト鋼のクリープ
損傷評価として、結晶粒界に注目した例はほとんどな
い。本発明者は、図２に示すように、サブグレインの方
位差と寿命比の間にはよい相関があることを見出した。
例えば、図２に示すように、サブグレインの方位差が大
きくなると、寿命比ｔ／ｔrが１が近づくことから、寿
命が少なくなったと評価するのである。
【０００９】そこで、本実施例では、上記ＳＥＭ−ＥＢ
ＳＰ又は細束Ｘ線を用いた結晶方位測定により、寿命評
価を行った。即ち、サブグレインの方位差が大きくなる
と、寿命比ｔ／ｔrが１が近づくことことから、寿命が
少なくなったと評価するのである。尚、サブグレインと
は、図５に示すように、結晶粒４０の中に存在する細か
な粒界粒５０のことを言う。
【００１０】〔実施例３〕マルテンサイト鋼のクリープ
損傷評価として、結晶粒界に注目した例はほとんどな
い。本発明者は、図３に示すように、クリープ損傷の末
期に結晶粒界の数、特にΣ３粒界の数が減少することを
見出した。そこで、本実施例では、上記ＳＥＭ−ＥＢＳ
Ｐを利用して粒界の方位測定を行い、余寿命評価を行っ
た。即ち、結晶粒界の数、特にΣ３粒界の数が減少する
と、寿命が少なくなったと評価するのである。
【００１１】尚、上記実施例１〜３は、焼戻しマルテン
サイト鋼に適用したものであったが、本発明はこれに限
るものではなく、焼戻しマルテンサイト鋼と同じく高温
使用中に軟化が生じるベイナイト鋼（ＣrＭoＶ鋼、２．
２５Ｃr鋼）に対しても適用可能である。これにより、
ＵＳＣタービン、ボイラなどの高温機器の余寿命評価が
可能となる。
【００１２】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明の請求項１に係る耐熱鋼の高温損傷評
価法は、焼戻しマルテンサイト鋼クリープ損傷評価法と
して、電子線後方散乱像のパターンクオリティが高くな
るほど寿命が短いと評価するので、従来では評価するこ
とのできなかった焼戻しマルテンサイト鋼のクリープ損
傷評価が可能となる。また、本発明の請求項２に係る耐
熱鋼の高温損傷評価法は、焼戻しマルテンサイト鋼のク
リープ損傷評価法として、結晶粒界におけるサブグレイ
ンの方位差が大きくなるほど、寿命が短いと評価するの
で、従来では評価することのできなかった焼戻しマルテ
ンサイト鋼のクリープ損傷評価が可能となる。また、本
発明の請求項３に係る耐熱鋼の高温損傷評価法は、焼戻
しマルテンサイト鋼のクリープ損傷評価法として、結晶
粒界の数が減少すると、寿命が短いと評価するので、従
来では評価することのできなかった焼戻しマルテンサイ
ト鋼のクリープ損傷評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｑ値の平均値と寿命比との関係を示すグラフで
ある。
【図２】サブグレインの方位差と寿命比との関係を示す
グラフである。
【図３】結晶粒界の数及びΣ３粒界の数と寿命との関係
を示すグラフである。
【図４】ＳＥＭ−ＥＢＳＰの説明図である。
【図５】焼戻しマルテンサイト組織中のサブグレインの
説明図である。
【符号の説明】
１０ 真空チャンバー ２０ 試料 ３０ 高感度カメラ ４０ 結晶粒 ５０ サブグレイン
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G001 AA03 BA15 CA03 DA09 GA06 GA14 HA13 KA07 KA08 LA02 MA05 2G055 AA03 AA12 BA05 BA11 BA14 BA15 CA05 CA07 DA08 EA04 FA01 FA02 FA05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 焼戻しマルテンサイト鋼のクリープ損傷
    評価法として、電子線後方散乱像のパターンクオリティ
    が高くなるほど寿命が短いと評価することを特徴とする
    耐熱鋼の高温損傷評価法。
  2. 【請求項２】 焼戻しマルテンサイト鋼のクリープ損傷
    評価法として、結晶粒界におけるサブグレインの方位差
    が大きくなるほど、寿命が短いと評価することを特徴と
    する耐熱鋼の高温損傷評価法
  3. 【請求項３】 焼戻しマルテンサイト鋼のクリープ損傷
    評価法として、結晶粒界の数が減少すると、寿命が短い
    と評価することを特徴とする耐熱鋼の高温損傷評価法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007057240A (ja) * 2005-08-22 2007-03-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 破壊原因推定装置及び破壊原因推定方法
JP7409865B2 (ja) 2019-12-24 2024-01-09 株式会社荏原製作所 材料の残存寿命を推定する方法および装置

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