JP2008032480A - Damage evaluation method of heat-resistant steel, and damage evaluation device thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐熱鋼の損傷評価方法及びその装置に関するものであり、特に火力発電プラントなどの高温・高圧機器に使用されるフェライト系鋼及びオーステナイト系鋼の母材部から溶接継手部に至るまでのクリープ余寿命を評価する方法及びその装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat-resistant steel damage evaluation method and an apparatus therefor, particularly from a base material part of a ferritic steel and an austenitic steel used in high-temperature and high-pressure equipment such as a thermal power plant to a welded joint part. The present invention relates to a method and apparatus for evaluating the remaining creep life.
火力プラントなどの高温・高圧環境で長時間用いられる機器を構成する耐熱鋼は、クリープ、熱疲労、腐食などの様々な損傷を受けることが知られている。例えば、火力発電プラントを構成するボイラにおいては、長時間の高温・高圧下で運転されるため、クリープ損傷の影響が大きい。また、近年二酸化炭素削減及び発電効率の高効率化の観点から火力発電プラントの蒸気条件はさらなる高温・高圧化が求められており、このことに伴い、クリープ損傷はさらに大きくなると予想されている。従って、部分的な交換や、補修を計画的に行うことによって、プラント全体の寿命を延長することが必要であり、そのためにはクリープの損傷の程度を精度よく評価することが重要である。 It is known that heat-resistant steel that constitutes equipment used for a long time in a high-temperature and high-pressure environment such as a thermal power plant is subject to various damages such as creep, thermal fatigue, and corrosion. For example, in a boiler constituting a thermal power plant, since it is operated under a high temperature and high pressure for a long time, the influence of creep damage is great. Further, in recent years, steam conditions of thermal power plants have been required to be further increased in temperature and pressure from the viewpoint of reducing carbon dioxide and increasing power generation efficiency, and it is expected that creep damage will be further increased. Therefore, it is necessary to extend the life of the entire plant by systematically performing partial replacements and repairs. To that end, it is important to accurately evaluate the extent of creep damage.
従来より行われているクリープ寿命の評価手法は、破壊検査と非破壊検査の２つに大別される。
破壊検査としては例えば特許文献１に開示されているように、検査対象部からサンプルを採取し、クリープ破断試験を行うものがあるこの検査方法は、実際のクリープ破断試験からクリープ破断寿命を求めるため、精度良く評価することができるが、ボイラ等に使用される耐熱鋼において、管内面では生成する水蒸気酸化スケールによる減肉、管外面では酸化による減肉があるため、応力は徐々に変化していく。従って、クリープ破断試験では実機環境を正確に考慮した評価は困難である。
Conventional methods for evaluating creep life are roughly classified into two types: destructive inspection and non-destructive inspection.
As a destructive inspection, for example, as disclosed in
また、非破壊検査としては、例えばＵＴ（超音波探傷検査）、ＭＴ（磁粉探傷検査）、ＰＴ（浸透探傷検査）、ＴＯＦＤ法（飛行時間回折法（Time of Flight Diffraction））及びボイド個数密度法による寿命評価法等が知られている。
しかしながら、前記非破壊検査のうち、ＵＴ、ＭＴ、ＰＴ及びＴＯＦＤ法は亀裂が発生した末期の寿命を評価することはできるが、亀裂が発生する前の寿命評価をすることができない。
また、前記ボイド個数密度法を用いた寿命評価法は例えば特許文献２に開示されている。ボイド個数密度法は、ボイラ等の耐熱鋼はクリープ損傷中にクリープボイドと言われる小孔が発生し、該クリープボイドはクリープ損傷の進行に伴い増加することを利用して、単位面積当たりのクリープボイドの個数密度を実測することにより、検査対象の耐熱鋼のクリープ余寿命を推測する手法である。しかしながら前記クリープボイドの個数密度であるボイド個数密度は、クリープ損傷量とは必ずしも直接的な関係ではなく、鋼種、使用環境及びボイド観察位置によっても変化するものである。
Nondestructive inspection includes, for example, UT (ultrasonic inspection), MT (magnetic particle inspection), PT (penetration inspection), TOFD method (Time of Flight Diffraction) and void number density method. A life evaluation method based on, for example, is known.
However, among the non-destructive inspections, the UT, MT, PT, and TOFD methods can evaluate the end life of a crack, but cannot evaluate the life before the crack occurs.
A life evaluation method using the void number density method is disclosed in, for example, Patent Document 2. The void number density method uses a phenomenon that heat-resistant steel such as boilers generate small holes called creep voids during creep damage, and the creep voids increase with the progress of creep damage. This is a method for estimating the remaining creep life of heat-resistant steel to be inspected by actually measuring the number density of voids. However, the void number density, which is the number density of the creep voids, is not necessarily directly related to the amount of creep damage, and varies depending on the steel type, the use environment, and the void observation position.
さらに、その他のクリープ寿命の評価法として、例えば特許文献３には固溶合金元素濃度とクリープ寿命消費率との関係から、クリープ寿命を評価する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献３に開示された方法では、固溶合金元素の析出が長時間経過すると飽和状態となるため、クリープ寿命消費率を求めることが困難となる。
例えばオーステナイト系耐熱鋼のような他の低合金鋼やフェライト系耐熱鋼よりも高強度であり、３万時間を越えて使用されることから、このような長時間の耐久性を有する耐熱鋼においては、特許文献３に開示された方法でクリープ寿命を評価することは適さないものである。
Furthermore, as another creep life evaluation method, for example, Patent Document 3 discloses a method for evaluating the creep life from the relationship between the concentration of the solid solution alloy element and the creep life consumption rate.
However, in the method disclosed in Patent Document 3, it becomes difficult to obtain the creep life consumption rate because the precipitation of the solid solution alloy element becomes saturated after a long time has elapsed.
For example, it has higher strength than other low alloy steels such as austenitic heat resistant steel and ferritic heat resistant steel, and is used for more than 30,000 hours. Is not suitable for evaluating the creep life by the method disclosed in Patent Document 3.
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、例えばオーステナイト系ステンレス鋼のような長時間の耐久性を有する耐熱鋼に関しても、精度よく、クリープ余寿命を評価することのできる耐熱鋼の損傷評価方法及びその装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the prior art, the present invention relates to a heat resistant steel damage evaluation capable of accurately evaluating the remaining creep life even for a heat resistant steel having a long-term durability such as an austenitic stainless steel. It is an object to provide a method and apparatus.
例えば、常温でＳＵＳ３１６Ｌに引張歪みを負荷した場合、歪み量の増加に伴い、転位は増加して転位密度は高くなる。図１１に常温でＳＵＳ３１６Ｌに引張歪みを負荷した場合の粒界近傍の転位組織変化の概略図を示す。引張歪みを負荷することで図１１（Ａ）に示したように、粒界に転位が堆積し、さらに引張歪みを負荷すると、図１１（Ｂ）に示したように粒界での転位堆積量が増大する。さらに引張歪みを負荷していくと、一部の転位が粒界を越えて他の粒界にも堆積し、さらには図１１（Ｃ）に示したように、粒内の転位密度が高まり、転位が均一に分散するようになる。
一方、クリープにおいては、高温に曝された状態で変形するため、前記常温の場合とは異なり、転位の導入と回復が同時に起こる。クリープ前期では転位の導入が支配的であり、クリープ後期では転位の回復が支配的となる。このように転位密度とクリープ寿命消費率の間には相関があり、縦軸に転位密度、横軸にクリープ寿命消費率としたとき、図１２に示したように転位密度とクリープ寿命消費率の間には相関がある。
For example, when tensile strain is applied to SUS316L at room temperature, the dislocation increases and the dislocation density increases as the amount of strain increases. FIG. 11 shows a schematic diagram of the dislocation structure change in the vicinity of the grain boundary when tensile strain is applied to SUS316L at room temperature. When tensile strain is applied, dislocations are deposited at the grain boundaries as shown in FIG. 11A, and when tensile strain is further applied, the amount of dislocations deposited at the grain boundaries is shown in FIG. 11B. Will increase. When tensile strain is further applied, some dislocations are accumulated at other grain boundaries beyond the grain boundaries, and further, as shown in FIG. Dislocations are uniformly dispersed.
On the other hand, since creep is deformed in a state exposed to a high temperature, dislocation introduction and recovery occur simultaneously, unlike the case of the normal temperature. The introduction of dislocations is dominant in the early part of creep, and the recovery of dislocations is dominant in the latter part of creep. Thus, there is a correlation between the dislocation density and the creep life consumption rate. When the dislocation density is on the vertical axis and the creep life consumption rate is on the horizontal axis, the dislocation density and the creep life consumption rate are as shown in FIG. There is a correlation between them.
上記知見に基づき、上記課題を解決するため本発明における耐熱鋼の損傷評価方法は、検査対象である耐熱鋼を腐食させて該耐熱鋼表面に腐食ピットを発生させ、該腐食ピットの単位面積当たりの個数であるピット個数密度を検出するとともに、前記耐熱鋼が破壊に至るまでの余寿命を示すクリープ寿命消費率と前記ピット個数密度との関係を予め設定し、前記ピット個数密度の検出値に基づき前記関係を用いて前記クリープ余寿命を求めることを特徴とする。 Based on the above knowledge, in order to solve the above problems, the method for evaluating damage of heat resistant steel according to the present invention corrodes the heat resistant steel to be inspected to generate corrosion pits on the surface of the heat resistant steel. In addition to detecting the pit number density, the relationship between the creep life consumption rate indicating the remaining life until the heat resistant steel breaks and the pit number density is set in advance, and the detected value of the pit number density Based on the relationship, the creep remaining life is obtained.
転位は優先的に腐食されやすい特性を持っているため、ある腐食条件で腐食させると、転位と相関のある腐食ピットを現出させることができる。従って、前記腐食ピットの単位面積当たりの個数密度を検出することで、転位密度を精度よく予測することができ、さらにはクリープ寿命消費率を精度よく予測することができる。
転位密度を計測する方法としては、前記ピットの単位面積当たりの個数密度を検出する方法以外に、耐熱鋼の硬さ測定をする方法があげられるが、硬さは転位の他に析出物の影響を受けるため、硬さ測定によって転位密度を精度よく予測することは困難である。
Since dislocations have the property of being easily corroded preferentially, corrosion pits that correlate with dislocations can appear when corroded under certain corrosion conditions. Therefore, by detecting the number density per unit area of the corrosion pits, the dislocation density can be predicted with high accuracy, and the creep life consumption rate can be predicted with high accuracy.
As a method for measuring the dislocation density, in addition to the method for detecting the number density per unit area of the pits, there is a method for measuring the hardness of the heat-resistant steel. Therefore, it is difficult to accurately predict the dislocation density by measuring the hardness.
ここで、クリープ寿命消費率とは、耐熱鋼がクリープ破断に至るまでの当該耐熱鋼で形成したプラントの運転時間を１．０としてこの運転時間に対する割合を数値化したものである。これにより検出したピット個数密度の耐熱鋼が前記破断に至るまでにどの程度の余裕があるか、すなわち破断に至るまでにどの程度の時間運転し得るか（余寿命）を数値化したものである。 Here, the creep life consumption rate is a numerical value of the ratio of the operation time of the plant formed with the heat-resistant steel until the heat-resistant steel reaches creep rupture as 1.0. This is a quantification of how much margin the heat-resistant steel with the detected pit number density has before it breaks, that is, how long it can operate (remaining life) before it breaks. .
また、本発明において好ましくは、ピット個数密度が前記耐熱鋼の金属結晶の粒界に発生した腐食ピットの単位面積当たりの個数である粒界ピット個数密度と、粒内に発生した腐食ピットの単位面積当たりの個数である粒内ピット個数密度とであり、該粒界ピット個数密度と該粒内ピット個数密度の比を求めるとともに、前記耐熱鋼が破壊に至るまでの余寿命を示すクリープ寿命消費率と前記粒界ピット個数密度と粒内ピット個数密度の比との関係を予め設定し、前記粒界ピット個数密度と粒内ピット個数密度の比に基づき前記関係を用いて前記クリープ余寿命を求めることを特徴とする。
転位は歪み量が小さい場合、粒界近傍の方が粒内よりも転位密度は大きいが、ある一定の歪み量を超えるとその傾向は逆転する。従ってこの関係を用いることで、クリープ変形量の小さいクリープ前記のクリープ寿命予測の精度を向上させることができる。
Preferably, in the present invention, the pit number density is the number per unit area of corrosion pits generated at the grain boundaries of the metal crystals of the heat-resistant steel, and the unit number of corrosion pits generated in the grains. The number of grains per area is the number of pits in the grains. The ratio of the number of grain boundary pits and the number of pits in the grains is obtained, and the creep life consumption indicates the remaining life until the heat-resistant steel breaks. And the ratio of the grain boundary pit number density and the intra-granular pit number density in advance, and based on the ratio of the grain boundary pit number density and the intra-granular pit number density, the creep remaining life is determined using the relation. It is characterized by seeking.
When the amount of strain of the dislocation is small, the dislocation density in the vicinity of the grain boundary is larger than that in the grain, but the tendency is reversed when a certain amount of strain is exceeded. Therefore, by using this relationship, it is possible to improve the accuracy of the creep life prediction described above with a small creep deformation amount.
また、本発明において好ましくは、前記耐熱鋼の内面から外面の方向の少なくとも２ヶ所以上のクリープ余寿命を求めて、最大損傷部位を特定することを特徴とする。
このことにより、管内面から外面にわたった対象部材のうち最大損傷部位を特定することができるため、対象部材全体の寿命予測の精度を向上させることができる。
In the present invention, preferably, the maximum damage site is specified by obtaining at least two creep remaining lives in the direction from the inner surface to the outer surface of the heat-resistant steel.
This makes it possible to specify the maximum damage site among the target members extending from the inner surface to the outer surface of the tube, and thus it is possible to improve the accuracy of life prediction of the entire target member.
また、本発明において好ましくは、前記耐熱鋼の硬さを検出して、前記ピット個数密度と該硬さの比を求めるとともに、前記耐熱鋼が破壊に至るまでの余寿命を示すクリープ寿命消費率と前記ピット個数密度と硬さとの比の関係を予め設定し、前記ピット個数密度と硬さとの比に基づき前記関係を用いて前記クリープ余寿命を求めることを特徴とする。
耐熱鋼の硬さ変化は転位密度の増減による硬さ（ＨＡ）の変化と、析出による硬さ（ＨＢ）の変化によって決定される。転位密度の増減による硬さ（ＨＡ）と耐熱鋼の硬さ（ＨＡ＋Ｂ）の比（ＨＡ／ＨＡ＋Ｂ）はクリープ寿命消費率と相関があることが知られている。また、転位密度の増減による硬さ（ＨＡ）はピット個数密度と相関があることから、ピット個数密度と耐熱鋼の硬さ（ＨＡ＋Ｂ）の比（ピット個数密度／ＨＡ＋Ｂ）はクリープ寿命消費率と相関があることとなる。
従って、ピット個数密度と耐熱鋼の硬さを検出することにより、クリープ寿命消費率を予測することができ、ピット個数密度と耐熱鋼の硬さという２つのパラメータからクリープ寿命消費率を予測するため、クリープ寿命予測精度を向上することができる。
In the present invention, preferably, the hardness of the heat-resistant steel is detected, the ratio of the number of pits and the hardness is obtained, and the creep life consumption rate indicating the remaining life until the heat-resistant steel is broken. And the ratio between the pit number density and the hardness is set in advance, and the creep remaining life is obtained using the relation based on the ratio between the pit number density and the hardness.
The change in hardness of the heat-resistant steel is determined by the change in hardness (H A ) due to increase or decrease in dislocation density and the change in hardness (H B ) due to precipitation. It is known that the ratio (H A / H A + B ) of the hardness (H A ) due to increase / decrease of dislocation density and the hardness (H A + B ) of the heat-resistant steel has a correlation with the creep life consumption rate. Further, since the hardness ( HA ) due to increase / decrease in dislocation density has a correlation with the pit number density, the ratio of the pit number density to the heat resistant steel hardness ( HA + B ) (pit number density / HA + B ) is the creep life. There will be a correlation with the consumption rate.
Therefore, the creep life consumption rate can be predicted by detecting the pit number density and the hardness of the heat resistant steel, and the creep life consumption rate is predicted from the two parameters of the pit number density and the heat resistant steel hardness. The creep life prediction accuracy can be improved.
さらに、請求項５の発明は耐熱鋼の損傷評価を行う装置発明であり、検査対象である耐熱鋼を腐食させて腐食ピットを発生させる腐食手段と、前記腐食手段によって腐食された耐熱鋼の腐食ピットの単位面積当たりの個数であるピット個数密度を検出するピット検出手段と、前記耐熱鋼が破壊に至るまでの余寿命を示すクリープ寿命消費率とピット個数密度との関係を求める設定手段と、前記ピット個数密度の検出値に基づいて前記設定手段による関係を用いてクリープ余寿命を算出するクリープ寿命消費率算出手段と、を有することを特徴とする。 Further, the invention of claim 5 is an apparatus invention for evaluating damage of heat-resistant steel, corrosive means for corroding the heat-resistant steel to be inspected to generate corrosion pits, and corrosion of the heat-resistant steel corroded by the corrosion means. Pit detection means for detecting the pit number density, which is the number of pits per unit area, and setting means for determining the relationship between the creep life consumption rate and the pit number density indicating the remaining life until the heat-resistant steel breaks; And creep life consumption rate calculating means for calculating a remaining creep life based on the detected value of the pit number density using the relationship by the setting means.
以上記載のごとく本発明によれば、例えばオーステナイト系ステンレス鋼のような長時間の耐久性を有する耐熱鋼に関しても、精度よく、クリープ余寿命を評価することのできる耐熱鋼の損傷評価方法及びその装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, for example, with respect to a heat resistant steel having a long-term durability such as austenitic stainless steel, the damage evaluation method for the heat resistant steel capable of accurately evaluating the remaining creep life and its An apparatus can be provided.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
まず、検査対象である耐熱鋼のピット個数密度とクリープ寿命消費率の関係線図を得る方法について説明する。
例えば、腐食手段によって、オーステナイト系ステンレス鋼を対象として、図１に示す腐食条件で腐食ピットを現出させる。対象の部位からサンプルを採取し、所定の試験片サイズに切断した後に、樹脂埋めし、試料表面を鏡面まで研磨する。その後、該試験片表面を図１に示した条件の腐食液に浸漬させ、図１に示した腐食条件にてアノード溶解（ピット現出）させる。その後、ピット検出手段よって、例えば走査型電子顕微鏡により一定範囲内のピット数を計測して、ピット個数密度を求める。
クリープ寿命消費率関係設定手段によって、この作業を当該耐熱鋼がクリープ破壊に至るまで多数回繰り返して、ピット個数密度とクリープ寿命消費率の関係線図を得る。
First, a method for obtaining a relationship diagram between the pit number density and the creep life consumption rate of the heat-resistant steel to be inspected will be described.
For example, corrosion pits appear on the austenitic stainless steel under the corrosion conditions shown in FIG. A sample is taken from the target site, cut into a predetermined test piece size, then buried in resin, and the sample surface is polished to a mirror surface. Thereafter, the surface of the test piece is immersed in a corrosive solution having the conditions shown in FIG. 1, and the anode is dissolved (pit appearance) under the corrosive conditions shown in FIG. Thereafter, the pit number density is obtained by measuring the number of pits within a certain range by, for example, a scanning electron microscope by the pit detecting means.
By the creep life consumption rate relationship setting means, this operation is repeated many times until the heat resistant steel reaches the creep failure, and a relationship diagram between the pit number density and the creep life consumption rate is obtained.
図３にピットが発生した場合の粒界近傍の様子を示している。ピット２は図３に示したように異なる大きさのものが現出するが、本実施例１においてはピットの大きさは前記関係線図を得る際には影響せず、一定の面積内のピットの個数のみに基づいて求める。 FIG. 3 shows a state near the grain boundary when pits are generated. As shown in FIG. 3, the pits 2 of different sizes appear, but in the first embodiment, the size of the pits does not affect when obtaining the relationship diagram, and the pits 2 are within a certain area. Find based on the number of pits only.
このようにして得たピット個数密度とクリープ寿命消費率の関係線図を図２に示す。縦軸はピット個数密度であり、横軸はクリープ寿命消費率である。図中×印はクリープ損傷によって亀裂が発生したり、破断したりして大きな損傷に至った点を示しており、該×印の時点でクリープ寿命消費率は１となる。耐熱鋼を使用する温度により、図１に示すピット個数の変化の程度や破断に至るまでの時間は異なるが、何れの温度においてもピット個数密度はクリープ寿命初期では時間の経過に伴って増加し、クリープ寿命中期から後期にかけては減少する傾向を示している。 FIG. 2 shows a relationship diagram between the pit number density and the creep life consumption rate obtained in this way. The vertical axis represents the pit number density, and the horizontal axis represents the creep life consumption rate. In the figure, a cross indicates a point where a crack has occurred due to creep damage or a fracture has occurred, resulting in a large damage. At the time of the cross, the creep life consumption rate is 1. The degree of change in the number of pits shown in FIG. 1 and the time to break vary depending on the temperature at which the heat-resistant steel is used, but the pit number density increases with the passage of time at the beginning of the creep life at any temperature. It shows a tendency to decrease from the middle to late creep life.
次に、クリープ寿命消費率算出手段によって、耐熱鋼のクリープ寿命消費率を予測する方法について説明する。
評価を行う耐熱鋼の対象の部位からサンプルを採取し、ピットを現出させる。サンプルの採取部位は特に限定されるものではなく、例えば耐熱鋼の溶接金属部、溶接熱影響部の細粒域、溶接熱影響部の粗粒域、溶接部の母材部、またはそれらの境界部分等何れの部位でもよい。
なお、溶接熱影響部とは、溶接の加熱・冷却の熱サイクルを受けることにより母材と異なる金属組織となる部分であり、溶接時の温度勾配（接合部に近いほど高温に曝される）によって、粗粒域と細粒域が形成される。
Next, a method for predicting the creep life consumption rate of the heat resistant steel by the creep life consumption rate calculating means will be described.
A sample is taken from the target part of the heat-resistant steel to be evaluated, and a pit appears. The sample collection site is not particularly limited. For example, the weld metal part of heat-resistant steel, the fine-grained area of the heat-affected zone, the coarse-grained area of the weld-heat-affected zone, the base material of the weld zone, or their boundaries It may be any part such as a part.
The weld heat-affected zone is a portion having a metal structure different from that of the base material by receiving a heat cycle of welding heating / cooling, and a temperature gradient at the time of welding (the closer to the joint, the higher the temperature is exposed). Thus, a coarse grain region and a fine grain region are formed.
また、ピット現出条件についても特に限定されるものではないが、前記関係線図を得るときと同じ条件であることが好ましい。そして、ピットを現出したサンプルを電子走査型顕微鏡により一定範囲内のピット数を計測して、ピット個数密度を求める。ピット個数密度はどのような方法で検出してもいいが、前記関係線図を得るときと同じ条件で検出すると、検出機器の機差による誤差が生じないため好ましい。
そして、前記ピット個数密度から、前記関係線図を用いることによりクリープ寿命消費率を予測することができる。
The pit appearance conditions are not particularly limited, but are preferably the same conditions as those for obtaining the relationship diagram. Then, the number of pits within a certain range is measured for the sample in which the pits appear with an electronic scanning microscope to obtain the pit number density. The pit number density may be detected by any method. However, it is preferable to detect the pit number density under the same condition as that for obtaining the relationship diagram because an error due to a difference in detection equipment does not occur.
The creep life consumption rate can be predicted from the pit number density by using the relationship diagram.
次に、ピット個数密度として、粒界ピット個数密度と粒内ピット個数密度との比を用いる実施例２について説明する。まず、検査対象である耐熱鋼のピット個数密度とクリープ寿命消費率の関係線図を得る方法について説明する。ピットの現出方法については実施例１と同様に行うため、説明を省略する。ピットを現出させた後、例えば走査型電子顕微鏡により一定範囲内の金属結晶の粒界に発生したピット数と粒内に発生した腐食ピット数を計測して、粒界ピット個数密度と粒内ピット個数密度を求めて、該粒界ピット個数密度と該粒内ピット個数密度の比を算出する。
この作業を当該耐熱鋼が破壊に至るまで多数回繰り返して、粒界ピット個数密度と粒内ピット個数密度の比と、クリープ寿命消費率との関係線図を得る。
ここで、図４に粒界及び粒内にピットが発生した場合の粒界近傍の様子を示す。
前記粒界に発生したピットとは３で示したような金属の結晶粒界１上に現出するピットであり、前記粒内に発生したピットとは４で示したような金属の結晶粒界１以外の箇所に現出するピットを意味している。
Next, Example 2 in which the ratio between the grain boundary pit number density and the intragranular pit number density is used as the pit number density will be described. First, a method for obtaining a relationship diagram between the pit number density and the creep life consumption rate of the heat-resistant steel to be inspected will be described. Since the pit appearance method is the same as in the first embodiment, the description thereof is omitted. After revealing the pits, the number of pits generated at the grain boundaries of the metal crystal within a certain range and the number of corrosion pits generated within the grains are measured by, for example, a scanning electron microscope. A pit number density is obtained, and a ratio between the grain boundary pit number density and the intragranular pit number density is calculated.
This operation is repeated many times until the heat resistant steel breaks, and a relationship diagram between the ratio of the grain boundary pit number density and the intragranular pit number density and the creep life consumption rate is obtained.
Here, FIG. 4 shows a state in the vicinity of the grain boundary when pits are generated in the grain boundary and grain.
The pit generated at the grain boundary is a pit appearing on the metal
このようにして得た（粒内ピット個数密度）／（粒界ピット個数密度）とクリープ寿命消費率との関係線図を図５に示す。縦軸は（粒内ピット個数密度）／（粒界ピット個数密度）であり、横軸はクリープ寿命消費率である。図中×印はクリープ損傷によって亀裂が発生したり、破断したりして大きな損傷に至った点を示しており、該×印の時点でクリープ寿命消費率は１となる。（粒内ピット個数密度）／（粒界ピット個数密度）はクリープ寿命初期では時間の経過に伴って減少し、クリープ寿命の中期前半から後期にかけては増加している。 FIG. 5 shows a relationship diagram between the (intragranular pit number density) / (grain boundary pit number density) thus obtained and the creep life consumption rate. The vertical axis represents (intragranular pit number density) / (grain boundary pit number density), and the horizontal axis represents the creep life consumption rate. In the figure, a cross indicates a point where a crack has occurred due to creep damage or a fracture has occurred, resulting in a large damage. At the time of the cross, the creep life consumption rate is 1. (Intragranular pit number density) / (grain boundary pit number density) decreases with the passage of time at the beginning of the creep life, and increases from the middle to the latter half of the creep life.
ここで、転位は歪み量が小さい場合、粒界近傍の方が粒内よりも転位密度は大きいが、ある一定の歪み量を超えるとその傾向は逆転する。つまり、（粒内ピット個数密度）／（粒界ピット個数密度）と歪み量の関係は図６に示したような関係となり、歪み量とクリープ寿命消費率は相関関係があることから、粒界ピット個数密度と粒内ピット個数密度の比と歪み量の関係線図は図５に示したような形状となる。 Here, when the amount of strain of the dislocation is small, the dislocation density in the vicinity of the grain boundary is larger than that in the grain, but the tendency is reversed when a certain amount of strain is exceeded. That is, the relationship between the (intragranular pit number density) / (grain boundary pit number density) and the strain amount is as shown in FIG. 6, and the strain amount and the creep life consumption rate have a correlation. The relationship diagram between the ratio of the pit number density to the intra-granular pit number density and the strain amount has a shape as shown in FIG.
次に耐熱鋼のクリープ寿命消費率を予測する方法について説明する。
評価を行う対象の部位からサンプルを採取し、ピットを現出させる。ピット現出条件は特に限定されるものではないが、前記関係線図を得るときと同じ条件であることが好ましい。そして、ピットを現出したサンプルを電子走査型顕微鏡により一定範囲内の粒内ピット数及び粒界ピット数を計測して、粒内ピット個数密度及び粒界ピット個数密度を求め、（粒内ピット個数密度）／（粒界ピット個数密度）を算出する。ピット個数密度はどのような方法で検出してもいいが、前記関係線図を得るときと同じ条件で検出すると、検出機器の機差による誤差が生じないため好ましい。
そして、前記（粒内ピット個数密度）／（粒界ピット個数密度）から、前記関係線図を用いることによりクリープ寿命消費率を予測することができる。
Next, a method for predicting the creep life consumption rate of heat resistant steel will be described.
A sample is taken from the site to be evaluated and a pit appears. The pit appearance conditions are not particularly limited, but are preferably the same conditions as when the relationship diagram is obtained. Then, the number of intragranular pits and the number of intergranular pits within a certain range were measured for the sample in which the pits appeared using an electronic scanning microscope, and the intragranular pit number density and intergranular pit number density were obtained. Number density) / (grain boundary pit number density) is calculated. The pit number density may be detected by any method, but it is preferable to detect the pit number density under the same conditions as when the relationship diagram is obtained because an error due to a difference in detection equipment does not occur.
The creep life consumption rate can be predicted by using the relationship diagram from the (intragranular pit number density) / (grain boundary pit number density).
本実施例２によれば、実施例１の図２と比較した場合、図６のグラフの変曲点Ａがクリープ前期側であるため、クリープ変形量の小さいクリープ前期のクリープ寿命予測精度を向上させることができる。すなわち、図６において、（粒内ピット個数密度）／（粒界ピット個数密度）がＢの場合には、クリープ寿命消費率がＣ１とＣ２との２点と予測する。一方実施例１の図２においては、同様にピット個数密度がＤの場合には、クリープ寿命消費率がＥ１とＥ２との２点と予測する。この実施例２の場合には、変曲点Ａがクリープ前期側であるためＣ１とＣ２との差が、実施例１のＥ１とＥ２との差より小さくなり、クリープ前期のクリープ寿命予測精度を向上させることができる。 According to the second embodiment, when compared with FIG. 2 of the first embodiment, the inflection point A in the graph of FIG. Can be made. That is, in FIG. 6, when (intragranular pit number density) / (grain boundary pit number density) is B, the creep life consumption rate is predicted to be two points, C1 and C2. On the other hand, in FIG. 2 of Example 1, when the pit number density is D, the creep life consumption rate is predicted to be two points E1 and E2. In the case of the second embodiment, since the inflection point A is on the first creep side, the difference between C1 and C2 is smaller than the difference between E1 and E2 in the first embodiment, and the creep life prediction accuracy in the first creep is improved. Can be improved.
実施例１と同様の方法で、前記耐熱鋼の内面から外面の方向の多数点のピット個数密度を求めて、管内の位置とピット個数密度の関係を図７に示した。
図７に示したように管内面から管外面にわたって、ピット個数は同じではなく、つまりクリープ寿命消費率も異なる。
このように、管内面から外面にわたってピット個数密度を求めることで対象部材のうち最大損傷部位を耐熱鋼の厚さ方向において特定することができるため、対象部材全体の寿命予測の精度を向上させることができる。
The pit number density at multiple points in the direction from the inner surface to the outer surface of the heat resistant steel was determined in the same manner as in Example 1, and the relationship between the position in the tube and the pit number density is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the number of pits is not the same from the inner surface of the tube to the outer surface of the tube, that is, the creep life consumption rate is also different.
Thus, by obtaining the number density of pits from the inner surface to the outer surface of the pipe, it is possible to identify the maximum damaged part in the thickness direction of the heat-resistant steel among the target members, thereby improving the accuracy of life prediction of the entire target member. Can do.
次に、ピット個数密度と硬さとの関係を用いて寿命を予測する実施例４について説明する。まず、検査対象である耐熱鋼のピット個数密度と硬さの比とクリープ寿命消費率の関係線図を得る方法について説明する。ピットの現出方法については実施例１と同様に行うため、説明を省略する。ピットを現出させた後、例えば走査型電子顕微鏡により一定範囲内に発生したピット数を計測して、ピット個数密度を求める。次に前記ピット個数密度を求めた耐熱鋼の硬さを測定して、ピット個数密度と硬さの比を算出する。
この作業を当該耐熱鋼が破壊に至るまで多数回繰り返して、粒界ピット個数密度と粒内ピット個数密度の比とクリープ寿命消費率の関係線図を得る。
Next, a description will be given of a fourth embodiment in which the lifetime is predicted using the relationship between the pit number density and the hardness. First, a method for obtaining a relationship diagram between the pit number density and hardness ratio of the heat-resistant steel to be inspected and the creep life consumption rate will be described. Since the pit appearance method is the same as in the first embodiment, the description thereof is omitted. After making the pits appear, the number of pits generated within a certain range is measured by, for example, a scanning electron microscope, and the pit number density is obtained. Next, the hardness of the heat-resistant steel obtained from the pit number density is measured, and the ratio between the pit number density and the hardness is calculated.
This operation is repeated many times until the heat resistant steel breaks, and a relationship diagram between the ratio of the grain boundary pit number density and the intragranular pit number density and the creep life consumption rate is obtained.
このようにして得たピット個数密度と硬さの比とクリープ寿命消費率の関係線図を図８に示す。縦軸はピット個数密度と硬さの比（ピット個数密度／硬さ）であり、横軸はクリープ寿命消費率である。図中×印はクリープ損傷によって亀裂が発生したり、破断したりして大きな損傷に至った点を示しており、該×印の時点でクリープ寿命消費率は１となる。（ピット個数密度／硬さ）はクリープ寿命初期から破断に至るまで時間の経過に伴って減少している。 FIG. 8 shows a relationship diagram of the ratio of pit number density and hardness thus obtained and the creep life consumption rate. The vertical axis represents the ratio of pit number density to hardness (pit number density / hardness), and the horizontal axis represents the creep life consumption rate. In the figure, a cross indicates a point where a crack has occurred due to creep damage or a fracture has occurred, resulting in a large damage. At the time of the cross, the creep life consumption rate is 1. (Pit number density / hardness) decreases with the passage of time from the initial creep life to fracture.
ここで、図９に示したように耐熱鋼の硬さ（ＨＡ＋Ｂ）の変化は転位密度の増減による硬さ（ＨＡ）の変化と、析出による硬さ（ＨＢ）の変化によって決定され、転位密度の増減による硬さ（ＨＡ）と耐熱鋼の硬さ（ＨＡ＋Ｂ）の比（ＨＡ／ＨＡ＋Ｂ）はクリープ寿命消費率と図１０に示したように相関があることが知られている。また、転位密度の増減による硬さ（ＨＡ）はピット個数密度と相関があることから、ピット個数密度と耐熱鋼の硬さ（ＨＡ＋Ｂ）の比（ピット個数密度／ＨＡ＋Ｂ）はクリープ寿命消費率と相関があることとなるから、ピット個数密度と耐熱鋼の硬さ（ＨＡ＋Ｂ）の比（ピット個数密度／ＨＡ＋Ｂ）とクリープ寿命消費率の関係線図は図８に示したような形状となる。 Here, as shown in FIG. 9, the change in the hardness (H A + B ) of the heat-resistant steel is determined by the change in the hardness (H A ) due to the increase or decrease in the dislocation density and the change in the hardness (H B ) due to precipitation. It is known that the ratio of hardness ( HA ) due to increase / decrease in dislocation density and hardness ( HA + B ) of heat-resistant steel ( HA / HA + B ) has a correlation with the creep life consumption rate as shown in FIG. It has been. Further, since the hardness ( HA ) due to increase / decrease in dislocation density has a correlation with the pit number density, the ratio of the pit number density to the heat resistant steel hardness ( HA + B ) (pit number density / HA + B ) is the creep life. Since there is a correlation with the consumption rate, the relationship diagram between the ratio of the pit number density and the hardness of the heat-resistant steel (H A + B ) (pit number density / H A + B ) and the creep life consumption rate is as shown in FIG. Shape.
次に耐熱鋼のクリープ寿命消費率を予測する方法について説明する。
評価を行う対象の部位からサンプルを採取し、ピットを現出させる。ピット現出条件は特に限定されるものではないが、前記関係線図を得るときと同じ条件であることが好ましい。そして、ピットを現出したサンプルを電子走査型顕微鏡により一定範囲内のピット数を計測して、ピット個数密度を求めるとともに、該サンプルの硬さを測定して、（ピット個数密度）／（硬さ）を算出する。ピット個数密度及び硬さはどのような方法で検出してもいいが、前記関係線図を得るときと同じ条件で検出すると、検出機器の機差による誤差が生じないため好ましい。
そして、前記（ピット個数密度）／（硬さ）から、前記関係線図を用いることによりクリープ寿命消費率を推測することができる。
Next, a method for predicting the creep life consumption rate of heat resistant steel will be described.
A sample is taken from the site to be evaluated and a pit appears. The pit appearance conditions are not particularly limited, but are preferably the same conditions as when the relationship diagram is obtained. Then, the number of pits within a certain range is measured with an electronic scanning microscope to obtain a pit number density, and the hardness of the sample is measured to determine (pit number density) / (hardness). ) Is calculated. The pit number density and hardness may be detected by any method, but it is preferable to detect the pit number density and hardness under the same conditions as in the case of obtaining the relationship diagram because an error due to a difference in detection equipment does not occur.
The creep life consumption rate can be estimated from the (pit number density) / (hardness) by using the relationship diagram.
本実施例４によれば、実施例１、実施例２と比較した場合、ピット個数密度と硬さという２つのパラメータによってクリープ寿命消費率を予測するため、クリープ寿命予測精度をさらに向上させることができる。 According to the fourth embodiment, when compared with the first and second embodiments, the creep life consumption rate is predicted based on two parameters of the pit number density and the hardness, so that the creep life prediction accuracy can be further improved. it can.
本発明によれば、例えばオーステナイト系ステンレス鋼のような長時間の耐久性を有する耐熱鋼に関しても、精度よく、クリープ余寿命を評価することのできるため、ボイラメンテナンス及びトラブル未然防止の対策として用いることができる。 According to the present invention, for example, a heat-resistant steel having a long-term durability such as austenitic stainless steel can be accurately evaluated for the remaining creep life, and is used as a countermeasure for boiler maintenance and trouble prevention. be able to.
１ 結晶粒界
２ ピット
３ 粒界に発生したピット
４ 粒内に発生したピット
1 Grain boundary 2 Pits 3 Pits generated at
Claims (5)
前記耐熱鋼が破壊に至るまでの余寿命を示すクリープ寿命消費率と前記ピット個数密度との関係を予め設定し、
前記ピット個数密度の検出値に基づき前記関係を用いて前記クリープ余寿命を求めることを特徴とする耐熱鋼の損傷評価方法。 Corroding the heat-resistant steel to be inspected to generate corrosion pits on the surface of the heat-resistant steel, and detecting the pit number density, which is the number per unit area of the corrosion pits,
Preliminarily set the relationship between the creep life consumption rate and the pit number density indicating the remaining life until the heat resistant steel breaks,
A damage evaluation method for heat-resistant steel, wherein the creep remaining life is obtained using the relationship based on the detected value of the pit number density.
前記耐熱鋼が破壊に至るまでの余寿命を示すクリープ寿命消費率と前記粒界ピット個数密度と粒内ピット個数密度の比との関係を予め設定し、
前記粒界ピット個数密度と粒内ピット個数密度の比に基づき前記関係を用いて前記クリープ余寿命を求めることを特徴とする請求項１記載の耐熱鋼の損傷評価方法。 Grain boundary pit number density, which is the number per unit area of corrosion pits generated at the grain boundaries of the metal crystals of the heat-resistant steel, and the number of corrosion pits generated within the grains, per unit area And determining the ratio between the grain boundary pit number density and the intragranular pit number density,
Preliminarily set the relationship between the creep life consumption rate indicating the remaining life until the heat resistant steel breaks and the ratio of the grain boundary pit number density and the intra-granular pit number density,
The damage evaluation method for heat resistant steel according to claim 1, wherein the creep remaining life is obtained using the relationship based on a ratio between the grain boundary pit number density and the intragranular pit number density.
前記耐熱鋼の内面から外面の方向の少なくとも２ヶ所以上のクリープ余寿命を求めて、最大損傷部位を特定することを特徴とする請求項１又は２記載の耐熱鋼の損傷評価方法。 In the damage evaluation method for heat-resistant steel according to claim 1 or claim 2,
The damage evaluation method for heat-resistant steel according to claim 1 or 2, wherein at least two creep remaining lives in the direction from the inner surface to the outer surface of the heat-resistant steel are obtained to identify the maximum damage site.
前記耐熱鋼が破壊に至るまでの余寿命を示すクリープ寿命消費率と前記ピット個数密度と硬さとの比の関係を予め設定し、
前記ピット個数密度と硬さとの比に基づき前記関係を用いて前記クリープ余寿命を求めることを特徴とする請求項１に記載の耐熱鋼の損傷評価方法。 Detecting the hardness of the heat-resistant steel, obtaining the ratio of the pit number density and the hardness,
Preliminarily set the relationship between the creep life consumption rate and the ratio between the pit number density and the hardness, which indicates the remaining life until the heat-resistant steel is destroyed,
The damage evaluation method for heat resistant steel according to claim 1, wherein the creep remaining life is obtained using the relationship based on a ratio between the pit number density and hardness.
Corrosion means that corrodes the heat-resistant steel to be inspected to generate corrosion pits, and pit detection means that detects the number of pits per unit area of the corrosion pits of the heat-resistant steel corroded by the corrosion means, Setting means for obtaining the relationship between the creep life consumption rate indicating the remaining life until the heat-resistant steel reaches failure and the pit number density, and using the relationship by the setting means based on the detected value of the pit number density, And a creep life consumption rate calculating means for calculating a life.
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