JP2009180649A - Creep rupture strength prediction method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温環境下で使用する前に高クロムフェライト鋼のクリープ破断強度を予測する方法、及び、クリープ破断強度の予測装置に関する。 The present invention relates to a method for predicting the creep rupture strength of a high chromium ferritic steel before use in a high temperature environment, and an apparatus for predicting the creep rupture strength.
蒸気タービンやガスタービンのロータ、弁、車室、動翼、ボルトなどの高温部材に用いられる高クロムフェライト鋼は、６００℃近傍の高温領域で長期間使用されるため、１０万時間を超える長時間領域で優れたクリープ破断強度を有することが要求される。 High chromium ferritic steel used for high temperature components such as steam turbine and gas turbine rotors, valves, cabins, rotor blades, bolts, etc. is used for a long time in a high temperature region near 600 ° C. It is required to have excellent creep rupture strength in the time domain.
一般に、長時間クリープ破断強度は、実使用温度での設計寿命である１０万時間から３０万時間の試験を実施することは現実的に困難であるため、温度加速試験で得られる比較的短時間のクリープ破断強度から実使用温度における長時間クリープ破断強度を予測評価することが一般的である。異なる温度で実施したクリープ破断試験結果を温度補償する手法として、ラーソンミラーパラメータ法などがある。ラーソンミラーパラメータ法は、クリープ破断時間と温度の関数であるラーソンミラーパラメータと負荷応力との関係を用いて、短時間クリープ破断強度から長時間クリープ破断強度を外挿する手法である。 In general, long-term creep rupture strength is practically difficult to carry out tests from 100,000 hours to 300,000 hours, which is the design life at the actual use temperature. It is common to predict and evaluate the long-term creep rupture strength at the actual service temperature from the creep rupture strength of the steel. There is a Larson Miller parameter method or the like as a method for temperature compensation of the result of the creep rupture test performed at different temperatures. The Larson Miller parameter method is a method of extrapolating long-term creep rupture strength from short-time creep rupture strength using the relationship between Larson mirror parameter, which is a function of creep rupture time and temperature, and load stress.
また、特許文献１には、高クロムフェライト鋼中の析出物とクリープ損傷との相関について記載されており、高温での使用により高クロムフェライト鋼中に析出した炭化物の析出分布からクリープ損傷を評価する方法が開示されている。
しかしながら、高クロムフェライト鋼では、例えば図２に示すように、同じ負荷応力において、高温（６５０℃）で短時間のクリープ試験結果（ラーソンミラーパラメータ値）と実使用温度（６００℃）で長時間のクリープ試験結果とが一致しない現象が発生している。すなわち、実使用温度での長時間領域において、クリープ破断強度がラーソンミラーパラメータから予測される値よりも大幅に低下している。なお、図２において、横軸はラーソンミラーパラメータ（Ｔは温度、ｔｒはクリープ破断時間、Ｃは定数）であり、縦軸は負荷応力である。
一般に、種々の温度でのデータのばらつきが最小となるように、定数Ｃの値を決定する。しかし、本事象は、実使用温度での長時間領域においてのみ発生する。従って、全ての時間領域において１つの定数Ｃを用いて予測評価することが困難となる。精度良くクリープ破断強度を予測評価するためには、長時間領域の試験データを多数取得し、長時間領域のデータのみについて最適な定数Ｃを決定する必要がある。しかし、長時間領域の試験データを多数取得することは、時間とコストの観点から非常に困難である。
However, in the high chromium ferritic steel, for example, as shown in FIG. 2, for the same load stress, the creep test result (Larsson mirror parameter value) for a short time at a high temperature (650 ° C.) and the actual use temperature (600 ° C.) for a long time. A phenomenon that does not agree with the creep test results of. That is, the creep rupture strength is significantly lower than the value predicted from the Larson mirror parameter in the long-term region at the actual use temperature. In FIG. 2, the horizontal axis represents Larson mirror parameters (T is temperature, tr is creep rupture time, and C is a constant), and the vertical axis is load stress.
In general, the value of the constant C is determined so that the variation in data at various temperatures is minimized. However, this event occurs only in the long time region at the actual use temperature. Therefore, it is difficult to predict and evaluate using one constant C in all time regions. In order to predict and evaluate the creep rupture strength with high accuracy, it is necessary to obtain a large number of long-term test data and determine the optimum constant C for only the long-time data. However, it is very difficult to acquire a lot of test data in a long time region from the viewpoint of time and cost.
また、高クロムフェライト鋼は、製造方法、溶解チャージ、及び、溶解重量によりクリープ破断強度にばらつきが発生するので、それぞれの場合について長時間クリープ試験を実施してクリープ破断強度を得る必要がある。 Moreover, since the high chrome ferritic steel has variations in the creep rupture strength depending on the production method, the dissolution charge, and the dissolution weight, it is necessary to obtain a creep rupture strength by performing a long-time creep test in each case.
以上のように、高クロムフェライト鋼の長時間でのクリープ破断強度を精度良く予測できる方法は確立されておらず、長時間クリープ破断強度を高精度で得るためには、製造方法やチャージ毎に数万時間のクリープ破断試験を行わなければならなかった。高クロムフェライト鋼材からタービンの高温部材を製造する場合、鋼材のタービン実機への適用可否をクリープ破断強度により判断するので、鋼材ごとに長時間のクリープ破断試験を行うのでは、適用可否の判断が実機生産開始に間に合わないといった問題があった。 As described above, there is no established method for accurately predicting long-term creep rupture strength of high-chromium ferritic steel. Tens of thousands of hours of creep rupture tests had to be performed. When manufacturing high-temperature turbine components from high-chromium ferritic steel materials, the applicability of steel materials to turbines is determined by the creep rupture strength. There was a problem that it was not in time for the start of actual production.
また、特許文献１に開示されている方法は、高温使用中の析出物の変化を検出することにより、残存寿命を評価したものである。従って、特許文献１の方法を用いて高温使用前の初期状態からクリープ破断寿命を予測することはできない。 In addition, the method disclosed in Patent Document 1 evaluates the remaining life by detecting changes in precipitates during use at high temperatures. Therefore, the creep rupture life cannot be predicted from the initial state before use at high temperature using the method of Patent Document 1.
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、高クロムフェライト鋼を高温環境下で使用する前に、高クロムフェライト鋼中の組織評価を行うことにより、高クロムフェライト鋼の長時間クリープ破断強度を高精度で短時間に予測する方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and before using the high chromium ferritic steel in a high temperature environment, by performing a structure evaluation in the high chromium ferritic steel, a long time creep rupture of the high chromium ferritic steel is achieved. Provided is a method for predicting intensity with high accuracy in a short time.
上記問題を解決するために、本発明は、使用前の高クロムフェライト鋼中の析出物を検出し、該検出した析出物中の微細析出物の割合を算出し、該算出した微細析出物の割合と、微細析出物の割合とクリープ破断強度との相関を表すマスターカーブとを照合して、前記算出した微細析出物の割合に対応するクリープ破断強度を取得するクリープ破断強度の予測方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention detects precipitates in high chromium ferritic steel before use, calculates the proportion of fine precipitates in the detected precipitates, and calculates the calculated fine precipitates. Providing a creep rupture strength prediction method that obtains the creep rupture strength corresponding to the calculated fine precipitate ratio by comparing the ratio and the master curve representing the correlation between the fine precipitate ratio and the creep rupture strength. To do.
本発明者らが、実際にクリープ試験を実施して長時間クリープ破断強度に差異が認められた高クロムフェライト鋼に対して、クリープ試験前の同材料の組織観察を行った結果、高クロムフェライト鋼中の析出物、特に微細析出物がクリープ破断時間に影響を与え、微細析出物の割合とクリープ破断時間とに非常に良い相関があることを見出した。この際、材料毎の析出物の総量には差異が認められなかった。従って、上記のように、使用前の高クロムフェライト鋼に析出した析出物中の微細析出物の割合を算出し、算出した微細析出物の割合を、微細析出物の割合とクリープ破断強度との相関を表すマスターカーブと照合することで、クリープ破断強度を取得することができる。本発明によれば、高温での使用前に高クロムフェライト鋼のクリープ破断強度を高精度に短時間で予測することが可能である。 As a result of the observation of the structure of the same material before the creep test on the high chromium ferritic steel in which the inventors actually conducted a creep test and found a difference in the creep rupture strength for a long time, It has been found that precipitates in steel, particularly fine precipitates, affect the creep rupture time, and that there is a very good correlation between the proportion of fine precipitates and the creep rupture time. At this time, no difference was observed in the total amount of precipitates for each material. Therefore, as described above, the ratio of fine precipitates in the precipitates deposited on the high chromium ferritic steel before use is calculated, and the calculated ratio of fine precipitates is calculated as the ratio of fine precipitates and creep rupture strength. By collating with the master curve representing the correlation, the creep rupture strength can be obtained. According to the present invention, it is possible to predict the creep rupture strength of a high chromium ferritic steel with high accuracy in a short time before use at a high temperature.
上記発明において、前記微細析出物の大きさが、０．１μｍ以下であることが好ましい。特に、大きさが０．１μｍ以下の析出物がクリープ破断強度に影響するので、予測精度を向上させることができる。 In the above invention, the size of the fine precipitates is preferably 0.1 μm or less. In particular, since a precipitate having a size of 0.1 μm or less affects the creep rupture strength, the prediction accuracy can be improved.
上記発明において、前記析出物及び前記微細析出物が、前記高クロムフェライト鋼の組織中のＭＸ型炭窒化物からなる析出物であることが好ましい。ＭＸ型炭窒化物がクリープ破断強度に最も影響を与える。従って、ＭＸ型炭窒化物析出物のみを抽出し検出すれば、クリープ破断強度の予測精度を向上させることができる。 In the said invention, it is preferable that the said precipitate and the said fine precipitate are the precipitates which consist of MX type carbonitride in the structure | tissue of the said high chromium ferritic steel. MX type carbonitride has the most influence on the creep rupture strength. Therefore, if only MX type carbonitride precipitates are extracted and detected, the prediction accuracy of the creep rupture strength can be improved.
上記発明において、前記微細析出物の割合が、前記検出した析出物中の前記微細析出物の個数率とすれば、クリープ破断強度の予測精度が更に向上するので好ましい。なお本発明において、個数率とは、検出した析出物の個数に対する微細析出物の個数割合とする。 In the above invention, it is preferable that the ratio of the fine precipitates is the number ratio of the fine precipitates in the detected precipitates because the accuracy of creep rupture strength prediction is further improved. In the present invention, the number ratio is the number ratio of fine precipitates to the number of detected precipitates.
更に本発明は、上記の高クロムフェライト鋼のクリープ破断強度の予測方法を用いて、タービンを運転する前に、高クロムフェライト鋼からなるタービン部材のクリープ破断強度を取得するタービン部材のクリープ破断強度の予測方法を提供する。 Further, the present invention provides a creep rupture strength of a turbine member that obtains the creep rupture strength of a turbine member made of high chromium ferritic steel before operating the turbine using the above-described method for predicting the creep rupture strength of high chromium ferritic steel. Provide a prediction method.
上述したように、高クロムフェライト鋼材は、製造方法、溶解チャージ、及び、溶解重量によって長時間クリープ強度にばらつきがある。本発明の高クロムフェライト鋼のクリープ破断強度の予測方法を用いれば、タービン運転前に高クロムフェライト鋼からなるタービン部材のクリープ破断強度を短時間で予測でき、高クロムフェライト鋼材毎に実機適用可否の判断を迅速に行うことができる。また、クリープ破断強度を高精度で予測できるので、タービン部材のクリープ破断強度のばらつきを抑制してタービン部材の信頼性を向上させるとともに、設計寿命以前の経年損傷によるタービン取替えなどの経済的損失を未然に防止することができる。 As described above, high chromium ferritic steel materials vary in creep strength for a long time depending on the manufacturing method, dissolution charge, and dissolution weight. By using the method for predicting the creep rupture strength of high chromium ferritic steel according to the present invention, the creep rupture strength of a turbine member made of high chromium ferritic steel can be predicted in a short time before turbine operation. Can be quickly determined. In addition, since the creep rupture strength can be predicted with high accuracy, it is possible to improve the reliability of the turbine member by suppressing the variation in creep rupture strength of the turbine member, and to reduce economic loss such as turbine replacement due to aging damage before the design life. It can be prevented in advance.
また、本発明は、使用前の高クロムフェライト鋼中の析出物を検出する検出手段と、該検出手段で検出された析出物中の微細析出物の割合を算出する算出手段と、該算出手段で算出された前記微細析出物の割合と、微細析出物の割合とクリープ破断強度との相関を表すマスターカーブとを照合して、前記算出した微細析出物の割合に対応するクリープ破断強度を取得する取得手段とを備えるクリープ破断強度の予測装置を提供する。 Further, the present invention provides a detection means for detecting precipitates in high chromium ferritic steel before use, a calculation means for calculating the proportion of fine precipitates in the precipitates detected by the detection means, and the calculation means The ratio of the fine precipitate calculated in step 1 is compared with the master curve representing the correlation between the fine precipitate ratio and the creep rupture strength, and the creep rupture strength corresponding to the calculated fine precipitate ratio is obtained. An apparatus for predicting creep rupture strength is provided.
上記の予測装置を用いれば、高クロムフェライト鋼のクリープ破断強度を使用前に容易に予測することが可能である。 If the above prediction device is used, the creep rupture strength of the high chromium ferritic steel can be easily predicted before use.
本発明によれば、長時間のクリープ試験を実施することなく、高クロムフェライト鋼のクリープ破断強度を短時間で精度良く予測することが可能となる。
本発明の高クロムフェライト鋼のクリープ強度予測方法を用いれば、高クロムフェライト鋼材のタービン部材への適用可否を短時間で容易に判断できる。更に、使用前にクリープ破断強度を予測することで、タービン部材のクリープ破断強度のばらつきを抑制して、タービン部材の信頼性向上させ、設計寿命以前の経年損傷によるタービン取替えなどの経済的損失を回避することができる。
According to the present invention, it is possible to accurately predict the creep rupture strength of high chromium ferritic steel in a short time without performing a long-time creep test.
If the method for predicting the creep strength of the high chromium ferritic steel of the present invention is used, it can be easily determined in a short time whether or not the high chromium ferritic steel is applicable to the turbine member. Furthermore, by predicting the creep rupture strength before use, the variation in creep rupture strength of turbine members is suppressed, the reliability of turbine members is improved, and economic losses such as turbine replacement due to aging damage before the design life are reduced. It can be avoided.
高クロムフェライト鋼中には、製造時にニオブ（Ｎｂ）またはバナジウム（Ｖ）を主体としたＭＸ型炭窒化物や、クロム（Ｃｒ）を主体としたＭ２３Ｃ６が、結晶粒内に析出する。このうち、結晶粒内の微細なＭＸ型炭窒化物は、転位の運動を阻害する効果が大きく、クリープ破断強度の向上に有効である。本発明は、微細析出物の割合とクリープ破断強度との相関に基に、高温での使用前の高クロムフェライト鋼中の微細析出物の割合を算出することにより、クリープ破断強度の予測を可能とした。 In high chromium ferritic steels, MX carbonitrides mainly composed of niobium (Nb) or vanadium (V) and M 23 C 6 mainly composed of chromium (Cr) are precipitated in the crystal grains during production. . Among these, fine MX-type carbonitrides in the crystal grains have a large effect of inhibiting dislocation movement and are effective in improving the creep rupture strength. The present invention enables prediction of creep rupture strength by calculating the proportion of fine precipitates in high chromium ferritic steel before use at high temperatures based on the correlation between the proportion of fine precipitates and creep rupture strength. It was.
以下に、本発明に係る高クロムフェライト鋼のクリープ破断強度の予測装置及び予測方法の一実施形態を説明する。 Below, one Embodiment of the prediction apparatus and prediction method of the creep rupture strength of the high chromium ferritic steel which concerns on this invention is described.
本実施形態において、予測装置はコンピュータである。
まず、本実施形態の予測装置は、ＭＸ型炭窒化物からなる微細析出物の割合とクリープ破断時間との相関を表すマスターカーブを作成する。
In the present embodiment, the prediction device is a computer.
First, the prediction apparatus according to the present embodiment creates a master curve that represents the correlation between the ratio of fine precipitates made of MX-type carbonitride and the creep rupture time.
オペレータは、サンドペーパー及びバフにより研磨した高クロムフェライト鋼供試材の表面を、電子顕微鏡で組織観察する。あるいは、供試材表面の組織のレプリカを採取し、採取したレプリカフィルムを電子顕微鏡で観察する。レプリカを採取する方法は、サンドペーパー及びバフにより研磨した高クロムフェライト鋼の研磨面をエッチング液を用いて組織が現出するまでエッチングし、エッチング面をアルコール洗浄し乾燥させる。次いで、エッチング面に酢酸メチルを塗布し、酢酸メチルが乾燥する前にアセチルセルロースフィルム等のレプリカフィルムを貼り付ける。レプリカフィルムが乾燥した後、エッチング面から剥がし、高クロムフェライト鋼表面の析出物を転写し付着させたレプリカを採取する。 The operator observes the structure of the surface of the high-chromium ferritic steel specimen polished with sandpaper and buff with an electron microscope. Or the replica of the structure | tissue of the surface of a test material is extract | collected, and the extract | collected replica film is observed with an electron microscope. In the method of collecting the replica, the polished surface of the high chromium ferritic steel polished with sandpaper and buff is etched using an etching solution until the structure appears, and the etched surface is washed with alcohol and dried. Next, methyl acetate is applied to the etched surface, and a replica film such as an acetylcellulose film is attached before the methyl acetate is dried. After the replica film is dried, the replica film is peeled off from the etched surface, and a replica on which the precipitates on the surface of the high chromium ferritic steel are transferred and adhered is collected.
オペレータは、電子顕微鏡観察により取得した画像を予測装置に入力する。予測装置は、検出手段において、電子顕微鏡写真を画像処理し、ＭＸ型炭窒化物からなる析出物のみを検出する。この際、例えばエネルギフィルタ型透過電子顕微鏡（ＥＦ−ＴＥＭ）を用い、バナジウムまたはニオブについて元素マッピングを行って取得した画像を処理すれば、ＭＸ型炭窒化物からなる析出物を容易に高精度で検出できる。 The operator inputs an image acquired by electron microscope observation into the prediction device. The prediction device performs image processing on the electron micrograph in the detection means, and detects only the precipitate made of MX type carbonitride. At this time, for example, if an image obtained by performing element mapping on vanadium or niobium using an energy filter type transmission electron microscope (EF-TEM) is processed, precipitates made of MX type carbonitride can be easily and accurately obtained. It can be detected.
予測装置は、算出手段において、検出手段で検出したＭＸ型炭窒化物からなる析出物のうち、微細析出物（例えば、析出物径が０．１μｍ以下の析出物）の微細析出物の割合を算出する。ＭＸ型炭窒化物の中でも、結晶粒内の０．１μｍ以下の微細析出物は、高温使用中にも粗大化などの変化が小さいため、クリープ破断強度に最も影響を与える。一方、未固溶のニオブ炭化物（ＮｂＣ）は粗大に析出しており、クリープ破断強度に影響しない。従って、例えば０．１μｍ以下の微細ＭＸ型炭窒化物を抽出し、微細ＭＸ型炭窒化物の割合を算出することで、評価精度が向上する。
微細析出物の割合は、個数率とされる。ここで、個数率とは、組織観察によって検出したＭＸ型炭窒化物析出物の全個数に対する微細ＭＸ型炭窒化物析出物の個数割合である。
The prediction device is configured to calculate a ratio of fine precipitates of the fine precipitates (for example, a precipitate having a precipitate diameter of 0.1 μm or less) among the precipitates made of MX-type carbonitride detected by the detection means in the calculation means. calculate. Among MX type carbonitrides, fine precipitates of 0.1 μm or less in crystal grains have the most influence on creep rupture strength because changes such as coarsening are small even during use at high temperatures. On the other hand, insoluble niobium carbide (NbC) is coarsely precipitated and does not affect the creep rupture strength. Therefore, for example, by extracting a fine MX type carbonitride having a size of 0.1 μm or less and calculating a ratio of the fine MX type carbonitride, the evaluation accuracy is improved.
The ratio of fine precipitates is the number ratio. Here, the number ratio is the number ratio of fine MX type carbonitride precipitates to the total number of MX type carbonitride precipitates detected by structure observation.
次に、オペレータは、ＭＸ型炭窒化物からなる微細析出物の割合が異なる高クロムフェライト鋼供試材に対して長時間のクリープ破断試験を行い、クリープ破断時間を測定する。具体的に、温度６００℃、引張荷重１４ｋｇ／ｍｍ２、試験時間１万５千時間以上の条件にてクリープ破断試験を行う。 Next, the operator performs a long-time creep rupture test on the high-chromium ferritic steel specimens having different proportions of fine precipitates composed of MX-type carbonitrides, and measures the creep rupture time. Specifically, a creep rupture test is performed under conditions of a temperature of 600 ° C., a tensile load of 14 kg / mm 2 , and a test time of 15,000 hours or more.
オペレータは、クリープ破断試験により得られた高クロムフェライト鋼供試材のクリープ破断時間を予測装置に入力する。予測装置は、算出手段で算出された微細析出物の個数率と、入力されたクリープ破断時間とから、微細析出物の個数率とクリープ破断時間との相関を表すマスターカーブを作成する。図１に、マスターカーブの一例として、材料Ａ〜材料Ｄの外周部及び中心部についての０．１μｍ以下のＭＸ型炭窒化物からなる微細析出物の割合と、クリープ破断時間比との相関を表すグラフを示す。同図において、横軸は材料Ａの個数率を１とした場合の０．１μｍ以下の微細析出物の個数率比、縦軸は材料Ａの個数率を１とした場合のクリープ破断時間比である。 The operator inputs the creep rupture time of the high chromium ferritic steel specimen obtained by the creep rupture test to the prediction device. The prediction apparatus creates a master curve representing the correlation between the number ratio of fine precipitates and the creep rupture time from the number ratio of fine precipitates calculated by the calculation means and the input creep rupture time. As an example of the master curve in FIG. 1, the correlation between the ratio of fine precipitates made of MX type carbonitride of 0.1 μm or less and the creep rupture time ratio in the outer peripheral part and the central part of the materials A to D is shown. The graph to represent is shown. In this figure, the horizontal axis is the number ratio of fine precipitates of 0.1 μm or less when the number ratio of material A is 1, and the vertical axis is the creep rupture time ratio when the number ratio of material A is 1. is there.
作成されたマスターカーブは、コンピュータのメモリに格納される。 The created master curve is stored in the memory of the computer.
次に、本実施形態の予測装置は、長時間クリープ破断時間が未知の高クロムフェライト鋼について、上記の方法で作成したマスターカーブを用いて、クリープ破断時間を取得する。
オペレータは、上記と同様の手順にて、高クロムフェライト鋼の研磨面あるいは研磨面から組織を採取したレプリカフィルムを電子顕微鏡観察し、得られた画像を予測装置に入力する。予測装置は、検出手段において、電子顕微鏡写真を画像処理して、ＭＸ型炭窒化物からなる析出物のみを検出する。
Next, the prediction device of the present embodiment acquires the creep rupture time for the high chromium ferritic steel whose long-term creep rupture time is unknown, using the master curve created by the above method.
The operator observes the high-chromium ferritic steel polished surface or the replica film obtained by collecting the structure from the polished surface with an electron microscope in the same procedure as described above, and inputs the obtained image to the prediction device. In the prediction device, the detection means performs image processing on the electron micrograph to detect only precipitates made of MX-type carbonitride.
予測装置は、算出手段において、検出手段で検出されたＭＸ型炭窒化物からなる析出物のうち、微細析出物（例えば、析出物径が０．１μｍ以下の析出物）の個数率を算出する。 The prediction device calculates the number ratio of fine precipitates (for example, precipitates having a precipitate diameter of 0.1 μm or less) among the precipitates made of MX-type carbonitride detected by the detection means in the calculation means. .
そして、予測装置は、取得手段において、算出手段で算出された微細析出物の個数率と、メモリに格納されたマスターカーブとを照合して、算出手段で算出された個数率に対応するクリープ破断時間を取得する。取得されたクリープ破断時間を、高クロムフェライト鋼の予測されるクリープ破断時間とする。 Then, in the obtaining device, the acquisition unit compares the number rate of the fine precipitates calculated by the calculation unit with the master curve stored in the memory, and creep rupture corresponding to the number rate calculated by the calculation unit Get time. Let the acquired creep rupture time be the expected creep rupture time of the high chromium ferritic steel.
次に、本発明の高クロムフェライト鋼のクリープ破断強度の予測方法を用いて、タービン部材のクリープ破断強度を予測する場合の一実施形態を説明する。 Next, an embodiment in which the creep rupture strength of a turbine member is predicted using the method for predicting the creep rupture strength of the high chromium ferritic steel of the present invention will be described.
オペレータは、使用前の高クロムフェライト鋼材から試験片を成形する。例えば、試験用材料の残材を用いると良い。このとき、鋼材表層から深い位置、すなわちタービンロータの中心部またはタービンロータ表面から深い位置に対応する部分から試験片を採取することが好ましい。中心部近くや表面から深い位置ほど、冷却速度などの差が生じやすいため、材料間のばらつきを効果的に評価できる。クリープ破断強度の予測は、高クロムフェライト鋼材からタービン部材を機械加工により製造する前に行うことが好ましい。 The operator forms a test piece from the high chromium ferritic steel before use. For example, the remaining material of the test material may be used. At this time, it is preferable to collect the test piece from a position deep from the steel surface layer, that is, from a portion corresponding to the center of the turbine rotor or the deep position from the turbine rotor surface. As the position near the center or deeper from the surface, the difference in cooling rate or the like is more likely to occur, so that variations between materials can be effectively evaluated. The creep rupture strength is preferably predicted before the turbine member is manufactured from the high chromium ferritic steel material by machining.
オペレータは、ＥＦ−ＴＥＭを用いて試験片表面の組織観察を行う。予測装置は、検出手段において、観察領域においてバナジウムの元素マッピング画像を取得し、元素マッピング画像を画像処理し、ＭＸ型炭窒化物からなる析出物のみを検出する。 The operator observes the structure of the surface of the test piece using EF-TEM. In the prediction device, the detection means acquires an element mapping image of vanadium in the observation region, performs image processing on the element mapping image, and detects only precipitates made of MX type carbonitride.
予測装置は、算出手段において、検出手段で検出されたＭＸ型炭窒化物からなる析出物のうち、径が０．１μｍ以下の微細析出物の個数率を算出する。 The prediction device calculates the number ratio of fine precipitates having a diameter of 0.1 μm or less among the precipitates made of MX type carbonitride detected by the detection means in the calculation means.
予測装置は、取得手段において、算出手段で算出された微細析出物の個数率と、コンピュータのメモリに格納されたマスターカーブ（例えば、図１に示すマスターカーブ）とを照合し、算出手段で算出された微細析出物の個数率に対応するクリープ破断時間を取得する。取得されたクリープ破断時間を、高クロムフェライト鋼材から製造されるタービン部材の予測クリープ破断時間とする。 In the prediction device, the acquisition unit collates the number ratio of fine precipitates calculated by the calculation unit with a master curve (for example, the master curve shown in FIG. 1) stored in the memory of the computer, and the calculation unit calculates A creep rupture time corresponding to the number ratio of fine precipitates obtained is obtained. Let the acquired creep rupture time be the predicted creep rupture time of a turbine member manufactured from a high chromium ferritic steel material.
予測装置は、予測されたクリープ破断時間を、タービン部材に使用される高クロムフェライト鋼のクリープ破断時間の規格値と比較し、高クロムフェライト鋼材をタービン実機に適用可能であるかを判断することも可能である。 The prediction device shall compare the predicted creep rupture time with the standard value of the creep rupture time of the high chromium ferritic steel used for the turbine member to determine whether the high chromium ferritic steel material can be applied to the actual turbine. Is also possible.
本発明により、タービン部材に使用される高クロムフェライト鋼のクリープ破断強度を短時間で容易に予測評価でき、タービン実機への適用可否判断を迅速に行うことができる。本発明により高精度でクリープ破断強度を得ることができるため、タービン部材の長時間クリープ強度のばらつきを抑制でき、タービンの信頼性向上を図ることができる。更に、設計寿命以前の経年損傷によるタービン取替えなどの経済的損失を回避することができる。 According to the present invention, the creep rupture strength of the high chromium ferritic steel used for the turbine member can be easily predicted and evaluated in a short time, and the applicability determination to the actual turbine can be quickly performed. According to the present invention, since the creep rupture strength can be obtained with high accuracy, it is possible to suppress the variation in creep strength of the turbine member for a long time, and to improve the reliability of the turbine. Furthermore, economic loss such as turbine replacement due to aging damage before the design life can be avoided.
なお、本発明のクリープ破断時間の予測方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で任意に組み合わせ可能である。 Note that the creep rupture time prediction method of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be arbitrarily combined within the scope of the present invention.
Claims (6)
該検出した析出物中の微細析出物の割合を算出し、
該算出した微細析出物の割合と、微細析出物の割合とクリープ破断強度との相関を表すマスターカーブとを照合して、前記算出した微細析出物の割合に対応するクリープ破断強度を取得するクリープ破断強度の予測方法。 Detect precipitates in high chromium ferritic steel before use,
Calculate the proportion of fine precipitates in the detected precipitates,
Creep to obtain the creep rupture strength corresponding to the calculated fine precipitate ratio by comparing the calculated fine precipitate ratio with the master curve representing the correlation between the fine precipitate ratio and the creep rupture strength. Prediction method of breaking strength.
該検出手段で検出された析出物中の微細析出物の割合を算出する算出手段と、
該算出手段で算出した前記微細析出物の割合と、微細析出物の割合とクリープ破断強度との相関を表すマスターカーブとを照合して、前記算出された微細析出物の割合に対応するクリープ破断強度を取得する取得手段とを備えるクリープ破断強度の予測装置。 Detection means for detecting precipitates in high chromium ferritic steel before use;
A calculation means for calculating the proportion of fine precipitates in the precipitate detected by the detection means;
The ratio of the fine precipitate calculated by the calculation means is compared with a master curve representing the correlation between the fine precipitate ratio and the creep rupture strength, and the creep rupture corresponding to the calculated fine precipitate ratio. An apparatus for predicting creep rupture strength, comprising an acquisition means for acquiring strength.
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