JP2004052717A - 耐熱材料選択方法及び耐熱材料選択プログラム - Google Patents
耐熱材料選択方法及び耐熱材料選択プログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004052717A JP2004052717A JP2002214221A JP2002214221A JP2004052717A JP 2004052717 A JP2004052717 A JP 2004052717A JP 2002214221 A JP2002214221 A JP 2002214221A JP 2002214221 A JP2002214221 A JP 2002214221A JP 2004052717 A JP2004052717 A JP 2004052717A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strength
- heat
- target
- resistant material
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Thermal Insulation (AREA)
Abstract
【解決手段】ある設定温度T1で所定の設定強度σ1を有する耐熱材料を選択する場合に(ステップS10)、設定温度から高温側へ所定温度ΔT上昇した際の目標強度低下率を定めておき(ステップS16)、各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、設定温度から所定温度上昇した際の強度低下率が目標強度低下率以下の材料を選択する(ステップS18、20)。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電プラント等の耐熱鋼などに使用される耐熱材料選択方法及び耐熱材料選択プログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、発電プラントの過熱器、再熱器、ウォータウォール、節炭器などは、高温にさらされることから、耐食性等を考慮して所定の耐熱材料が用いられる。これらの高温で使用される機器(小径管等)は、想定温度における引張特性及びクリープ強度を考慮して定められた許容引張応力をもとにして設計されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの高温で使用される機器(小径管等)は、しばしば火力発電プラントの燃焼ガス流れ、燃料の性状、燃焼条件等によって、設定温度より高温になることがあり、その場合、引張強度およびクリープ強度が低下して、予定よりも早期に破壊することがある。特に最近、耐熱性に優れる材料として開発された高強度フェライト鋼の場合、高温でも高い許容引張強度が得られているが、ある温度を超えるとその許容引張強度が大幅に低下し、短時間で破壊を起こすことがある。
【0004】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、設定温度より高温になっても大きな強度低下や早期破壊を起こさない材料を選択できる耐熱材料選択方法及び耐熱材料選択プログラムの提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の耐熱材料選択方法は、ある設定温度で所定の設定強度を有する耐熱材料を選択する場合に、前記設定温度から高温側へ所定温度上昇した際の目標強度低下率又は目標強度低下量を定めておき、各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、前記設定温度から前記所定温度上昇した際の強度低下率又は強度低下量が前記目標強度低下率又は目標強度低下量以下の材料を選択することを特徴とする。
このようにすると、設定温度より高温になっても目標強度低下率(量)以下の材料のみを選択するので、温度上昇に伴う予想しなかった大幅な強度低下を起こす問題が生じない。
【0006】
又、本発明の耐熱材料選択方法は、ある設定温度で所定の設定強度を有する耐熱材料を選択する場合に、前記設定温度から高温側へ所定温度上昇した際の目標破壊時間低下率又は目標破壊時間低下量を定めておき、各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、前記設定温度から前記所定温度上昇した際の破壊時間低下率又は破壊時間低下量が前記目標破壊時間低下率又は目標破壊時間低下量以下の材料を選択することを特徴とする。
このようにすると、設定温度より高温になっても目標破壊時間低下率(量)以下の材料のみを選択するので、温度上昇に伴う予想しなかった早期破壊を起こす問題が生じない。
【0007】
本発明の耐熱材料選択方法において、前記目標強度低下率、前記目標強度低下量、前記目標破壊時間低下率、又は前記目標破壊時間低下量は、標準試料に基づき算出されるものでもよい。
このようにすると、従来から耐熱材料としての十分な実績があり、温度上昇時の応力低下によるトラブルの少ない標準試料を目標基準として用いることができるので、通常考えられる温度上昇変動時の強度低下によって容易に破壊しない材料をより適切に選択できる。
【0008】
本発明のボイラは、前記耐熱材料選択方法によって選択された耐熱材料を用いたことを特徴とする。
【0009】
本発明の耐熱材料選択プログラムは、ある温度で所定の強度を有する耐熱材料を選択する場合に、その温度から高温側へ所定温度上昇した際の目標強度低下率又は目標強度低下量を定めると、各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、前記温度から前記所定温度上昇した際の強度低下率又は強度低下量が前記目標強度低下率又は目標強度低下量以下の材料を選択する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【0010】
又、本発明の耐熱材料選択プログラムは、ある温度で所定の強度を有する耐熱材料を選択する場合に、その温度から高温側へ所定温度上昇した際の目標破壊時間低下率又は目標破壊時間低下量を定めると、各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、前記選択温度から前記所定温度上昇した際の破壊時間低下率又は破壊時間低下量が前記目標破壊時間低下率又は目標破壊時間低下量以下の材料を選択する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について各図に基づいて説明する。図1は本発明に係る耐熱材料選択プログラムを実現するためのコンピュータの構成を示す。
この図において、コンピュータ10は、CPU(制御部)2、応力−温度曲線DB4、応力−LMP曲線DB6、入力手段8、出力手段9、及び耐熱材料選択プログラムを格納する図示しないメモリ等を備えている。なお、「LMP」は、Larson−Miller Parameter(ラーソンミラーパラメータ)の略記であるが、詳細は後述する。又、応力−LMP曲線は、各耐熱材料のクリープ破壊(破断)強度に対する「強度回帰曲線」の一例であるが、材料のクリープ破断特性は、LMPを用いて整理する方法以外にも、複数提案されており、適宜、その強度回帰曲線を選択して用いてもよい。
【0012】
CPU2はコンピュータ10全体を制御し、入力手段8は操作者からの入力を受付ける。又、出力手段9は処理結果を出力する。応力−温度曲線DB4、応力−LMP曲線DB6は、それぞれ耐熱材料毎の特性データを格納しているが、詳細は後述する。そして、CPU2は、入力手段への入力項目と各DB4、6に基づいて耐熱材料選択プログラムを実行させ、結果を出力するようになっている。
【0013】
図2は、ある耐熱材料(2.25Cr−1Mo鋼、JIS STBA24、以下「標準試料」という)の応力−温度曲線を示す。この図において、縦軸の「許容引張応力」は、ある温度における材料の引張強度やクリープ強度に所定の安全率を見込んで設定された値である。一般に、材料の許容引張応力は使用温度上昇に伴って低下するが、その低下率が問題となる。つまり、例えば図において、使用温度T0で許容引張応力がσ0の材料を選択した場合、実際の使用環境で温度がT0+ΔTまで上昇したとき、応力はΔσだけ低下する。従って、その材料の使用環境での負荷応力に比べ、応力低下が顕著になると、早期にクリープ破壊等が生じることになる。そこで、本発明は、温度が上昇しても応力低下(あるいは破断)の少ない材料を選択しようとするものである。
【0014】
次に、コンピュータ10上で行う耐熱材料選択の処理フローについて図3を参照して説明する。この図において、まず操作者は、ある使用環境に用いる材料の設定温度T1と設定応力σ1を入力し、CPU2は入力を受付ける(ステップS10)。例えば、ボイラの伝熱管にある材料を用いる場合、伝熱管材料の温度がT1、管の負荷応力がσ1であるときが該当する。ここでいう応力は、例えば上記した許容引張応力とすればよい。CPU2は、応力−温度曲線DB4から、T1における応力がσ1以上の材料データを抽出する(ステップS12)。
【0015】
次に、CPU2は、標準試料の使用温度T0と、温度上昇度ΔTの入力を受け付ける(ステップS14)。そして、CPU2は、標準試料の応力−温度曲線から、温度上昇時(T0+ΔT)の応力低下率を算出する(ステップS16)。ここで、ステップS14、16の処理の具体例を前記図2に基づいて説明すると、標準試料の使用温度がT0からT0+ΔTに変化したときの許容引張応力の変化量Δσを求め、これより応力低下率(Δσ/σ0)を算出することとなる。このように、標準試料における応力低下率を求めておけば、従来から耐熱材料としての実績があり、温度上昇時の応力低下によるトラブルの少ない材料の応力低下率を基準として用いることができる。なお、予め応力低下率がわかっていれば、ステップS14、16の代わりに直接、目標とする応力低下率を入力するようにしてもよい。又、標準試料は、実際に用いる材料より耐熱性それ自体は劣ることが多いため、通常T0<T1の関係にある。しかし、本発明では、標準試料の使用温度近傍での応力低下率を指標とし、これより応力低下しない材料を選択することを目的とするので、T0とT1が一致することは必須ではない。
【0016】
次に、CPU2は、ステップS12で抽出した材料データから、温度上昇時(T1+ΔT)の応力低下率を算出する(ステップS18)。そして、CPU2は、ステップS18で算出した応力低下率が標準試料以下の材料を抽出し、抽出結果を出力する(ステップS20)。
【0017】
図4は、ステップS18、20の処理の具体例を示す。まず、上記ステップS12で材料1、2の応力−温度曲線データが抽出されたとする。これらの材料1,2は、いずれもT1における許容引張応力がσ1以上のものである。次に、各耐熱材料1、2の使用温度がT1からT1+ΔTに変化したときの許容引張応力の変化量Δσ1、Δσ2を求め、これよりそれぞれの材料の応力低下率を算出することとなる。ここで、ΔTの値は、ステップS14における標準試料のΔTと同一である。つまり、標準試料におけるのと同じ温度上昇度を見越した場合の、各耐熱材料の応力低下率を求めていることとなる。この例では、材料1は材料2より、T1での応力が高いものの、温度上昇時の応力低下率が標準試料のそれ(Δσ)より大きいため不採用となり、一方で、温度上昇時の応力低下率が標準試料のそれ(Δσ)より小さくなっている材料2が選択される。
【0018】
次に、本発明の第2実施形態について説明する。この実施形態では、上記応力低下率の代わりに、破壊時間低下率を指標として選択を行うことが特徴となっている。そのため、この実施形態では、応力回帰曲線を材料の特性データとして用いる。まず応力回帰曲線について、図5及び図6を参照して説明する。
図5は、金属材料技術研究所発行のクリープデータシートを参考にして、上記標準試料(STBA24)の応力−クリープ破断時間曲線を図示したものである。クリープ破断時間曲線は、温度によってそれぞれ異なっている。又、図6は、図5のデータをLMPで整理した曲線を示す。ここで、LMPは、式1
LMP=(T+273)×(C+logtr)/1000 (1)
で表される(T:温度(℃)、C:フィッティング係数、tr:クリープ破断時間(hr))。
【0019】
そして、例えばこの材料(標準試料)を応力70MPa、使用温度550℃で用いた場合のクリープ破断時間は、図6の曲線から応力70MPaのときのLMPを求め(LMP=20.7×103)、上記式1にTを代入することで計算することができる。この例では、550℃でのtr=142000hr、580℃でのtr=18500hrとなるので、これより温度上昇に伴う破壊時間低下率が求まる。
【0020】
次に、コンピュータ10上での処理フローを図7を参照して説明する。この図において、まず操作者は、ある使用環境に用いたい材料の設定温度T1と設定応力σ1を入力し、CPU2は入力を受付ける(ステップS30)。CPU2は、応力−温度曲線DB4から、T1における応力がσ1以上の材料データを抽出する(ステップS32)。ステップS30、32は、前記ステップS10、12と同様である。
【0021】
次に、CPU2は、標準試料の使用応力σ0、使用温度T0、温度上昇度ΔTの入力を受け付ける(ステップS34)。そして、CPU2は、標準試料の応力−LMP曲線から、温度上昇時(T0+ΔT)のクリープ破断時間低下率を算出する(ステップS36)。ここで、ステップS34、36の処理の具体例を前記図6に基づいて説明すると、まず、標準試料のσ0におけるLMPを曲線から求め、次に、式1にT0、T0+ΔTをそれぞれ代入することで、T0、T0+ΔTにおける破断寿命tr0、trΔをそれぞれ計算する。そして、各破断時間から破断時間低下率(trΔ/tr0)を算出する。このように、標準試料における破断時間低下率を求めておけば、従来から耐熱材料としての実績があり、温度上昇時の応力低下によるトラブルの少ない材料の破断時間低下率を基準として用いることができる。なお、予め破断時間低下率がわかっていれば、ステップS34、36の代わりに直接、目標とする破断時間低下率を入力するようにしてもよい。
【0022】
次に、CPU2は、ステップS32で抽出した材料データに関し、その材料に対応する応力回帰曲線データをDB6から抽出する。そして、上記標準試料の場合と同様な方法で、抽出した材料が設定温度T1からΔT上昇したときの破断時間低下率を算出する(ステップS38)。ここで、ΔTの値は、ステップS14における標準試料のΔTと同一である。つまり、標準試料におけるのと同じ温度上昇度を見越した場合の、各耐熱材料の応力低下率を求めていることとなる。そして、CPU2は、ステップS38で算出した破断時間低下率が標準試料以下の材料を抽出し、抽出結果を出力する(ステップS40)。
なお、上記した各実施形態では、耐熱材料の強度低下率や破壊時間低下率に着目したが、強度低下量や破壊時間低下量に着目してもよい。量に着目する場合とは、例えば、破壊時間が1万時間を超えるか否かで判断を行う場合等が該当する。
【0023】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、設定温度より高温になっても目標強度低下率や目標破壊時間低下率以下の低下率の材料のみを選択するので、予想しなかった大幅な強度低下や早期破壊を高温時に起こす問題が生じない。そのため、高温でより安全な材料を選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る耐熱材料選択プログラムを実現するためのコンピュータの構成を示す図である。
【図2】標準試料の応力−温度曲線を示す図である。
【図3】耐熱材料選択の処理フローを示す図である。
【図4】ステップS18、20の処理の具体例を示す模式図である。
【図5】標準試料の応力−クリープ破断時間曲線を示す図である。
【図6】図5のデータを応力−LMPで分類した曲線を示す図である。
【図7】耐熱材料選択の処理フローを示す別の図である。
【符号の説明】
ステップS10 ある設定温度T1で所定の設定強度σ1を有する耐熱材料を選択する手順
ステップS16 設定温度から高温側へ所定温度ΔT上昇した際の目標強度低下率を定める手順
ステップS18、20 各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、設定温度から所定温度上昇した際の強度低下率が目標強度低下率以下の材料を選択する手順
Claims (6)
- ある設定温度で所定の設定強度を有する耐熱材料を選択する場合に、
前記設定温度から高温側へ所定温度上昇した際の目標強度低下率又は目標強度低下量を定めておき、
各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、前記設定温度から前記所定温度上昇した際の強度低下率又は強度低下量が前記目標強度低下率又は目標強度低下量以下の材料を選択する
ことを特徴とする耐熱材料選択方法。 - ある設定温度で所定の設定強度を有する耐熱材料を選択する場合に、
前記設定温度から高温側へ所定温度上昇した際の目標破壊時間低下率又は目標破壊時間低下量を定めておき、
各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、前記設定温度から前記所定温度上昇した際の破壊時間低下率又は破壊時間低下量が前記目標破断時間低下率又は目標破壊時間低下量以下の材料を選択する
ことを特徴とする耐熱材料選択方法。 - 前記目標強度低下率、前記目標強度低下量、前記目標破壊時間低下率、又は前記目標破壊時間低下量は、標準試料に基づき算出されることを特徴とする請求項1又は2に記載の耐熱材料選択方法。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載の耐熱材料選択方法によって選択された耐熱材料を用いたことを特徴とするボイラ。
- ある温度で所定の強度を有する耐熱材料を選択する場合に、
その温度から高温側へ所定温度上昇した際の目標強度低下率又は目標強度低下量を定めると、
各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、前記温度から前記所定温度上昇した際の強度低下率又は強度低下量が前記目標強度低下率又は目標強度低下量以下の材料を選択する処理
をコンピュータに実行させることを特徴とする耐熱材料選択プログラム。 - ある温度で所定の強度を有する耐熱材料を選択する場合に、
その温度から高温側へ所定温度上昇した際の目標破壊時間低下率又は目標破壊時間低下量を定めると、
各耐熱材料の強度回帰曲線に基づき、前記選択温度から前記所定温度上昇した際の破壊時間低下率又は破壊時間低下量が前記目標破断時間低下率又は目標破壊時間低下量以下の材料を選択する処理
をコンピュータに実行させることを特徴とする耐熱材料選択プログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002214221A JP3848902B2 (ja) | 2002-07-23 | 2002-07-23 | 耐熱材料選択方法及び耐熱材料選択プログラム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002214221A JP3848902B2 (ja) | 2002-07-23 | 2002-07-23 | 耐熱材料選択方法及び耐熱材料選択プログラム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004052717A true JP2004052717A (ja) | 2004-02-19 |
JP3848902B2 JP3848902B2 (ja) | 2006-11-22 |
Family
ID=31936601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002214221A Expired - Fee Related JP3848902B2 (ja) | 2002-07-23 | 2002-07-23 | 耐熱材料選択方法及び耐熱材料選択プログラム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3848902B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102607008A (zh) * | 2012-02-06 | 2012-07-25 | 上海锅炉厂有限公司 | 一种超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料选择方法 |
-
2002
- 2002-07-23 JP JP2002214221A patent/JP3848902B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102607008A (zh) * | 2012-02-06 | 2012-07-25 | 上海锅炉厂有限公司 | 一种超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料选择方法 |
CN102607008B (zh) * | 2012-02-06 | 2013-10-23 | 上海锅炉厂有限公司 | 一种超超临界塔式锅炉水冷壁螺旋段上部材料选择方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3848902B2 (ja) | 2006-11-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ren et al. | A review paper on aging effects in Alloy 617 for Gen IV Nuclear Reactor applications | |
Wright et al. | Creep and creep-rupture of Alloy 617 | |
JP5343935B2 (ja) | ボイラシステム | |
JP2004052717A (ja) | 耐熱材料選択方法及び耐熱材料選択プログラム | |
JP2003521623A (ja) | タービンの運転方法及びタービンプラント | |
CN104508371B (zh) | 锅炉系统 | |
JP2000292419A (ja) | 伝熱管のクリープ余寿命評価方法およびその装置 | |
JP3325413B2 (ja) | 蒸気タービンの熱応力監視保護装置 | |
US6364658B1 (en) | Partially studded radiant tubes | |
JP2008001816A (ja) | コークス炉の燃焼制御方法 | |
KR101497748B1 (ko) | 아이소파이프 가열 방법 | |
Li et al. | Life prediction method based on damage mechanism for titanium alloy TC4 under multiaxial thermo-mechanical fatigue loading | |
JP5159288B2 (ja) | 状態監視装置 | |
JP2008232738A (ja) | 高温機器の締結構造評価装置、高温機器の締結構造評価方法およびプログラム | |
Koh et al. | Fatigue crack growth life of thick-walled cylinders with an external radial crack | |
JP2006097112A (ja) | 耐火物の乾燥状態判断方法、乾燥状態監視装置および耐火物配設工事管理方法 | |
JP2004317105A (ja) | ボイラの台数制御方法 | |
JP2006274425A (ja) | 鋼材加熱炉の燃焼制御方法、燃焼制御装置及びコンピュータプログラム | |
JP6341188B2 (ja) | 加熱炉の炉温制御方法および炉温制御装置 | |
JP6913043B2 (ja) | 金属精錬炉の操業方法 | |
JP6720246B2 (ja) | 金属壁部冷却方法 | |
Quickel et al. | Failure analysis and remaining life assessment of methanol reformer tubes | |
JP4931532B2 (ja) | 構内単独運転移行時のボイラの燃料調整方法、構内単独運転移行時のボイラの燃料調整プログラム、及び構内単独運転移行時のボイラの燃料調整プログラムを記録した記録媒体 | |
Reny et al. | Low energy start-up for low energy cells | |
Reis et al. | Creep-Fatigue Damage in OFHC Coolant Tubes for Plasma Facing Components |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051004 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060516 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20060616 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060623 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20060721 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060808 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060828 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 3848902 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090901 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100901 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110901 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110901 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120901 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120901 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130901 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |