JP2010164430A - Method and apparatus for evaluating creep damage of metallic material - Google Patents

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歴 高久
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大蔵 斎藤
Katsuyasu Ito
勝康 伊藤
Kazutoshi Ishibashi
和利 石橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal material creep damage evaluation method and a creep damage evaluation apparatus for highly accurately and stably evaluating the appropriateness of the continuous use of metallic materials. <P>SOLUTION: The correlation between the amount of creep strain and a crystal orientation distribution of a test material is previously determined. A crystal orientation distribution of a material to be examined is measured and fitted in the previously determined correlation to estimate the amount of creep strain of the material to be examined. By comparing the estimated amount of creep strain of the material to be examined with the amount of strain at which the test material reaches an accelerating creep stage, the appropriateness of the continuous use of the material to be examined is determined. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、ガスタービンなどの機器部品を構成する金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置に関する。   The present invention relates to a creep damage evaluation method and a creep damage evaluation apparatus for a metal material constituting an equipment component such as a gas turbine, for example.

従来、ガスタービンなどの機器部品を構成する金属材料としては、耐熱鋼やNi基耐熱合金などが用いられている。このような金属材料のクリープ損傷を評価する方法としては、例えば、クリープ過程で生成する粒界上のボイドを評価するAパラメータ法、析出物の形態変化から評価する金属組織学的手法、機器部品の一部からクリープ試験片を採取してクリープ試験を行い評価する機械試験法、材料の硬さの変化から評価する硬さ法、電気抵抗の変化から評価する電気抵抗法などがある。   Conventionally, heat-resistant steel, Ni-base heat-resistant alloys, and the like have been used as metal materials that constitute equipment parts such as gas turbines. Examples of a method for evaluating the creep damage of such a metal material include, for example, an A-parameter method for evaluating voids on grain boundaries generated in the creep process, a metallographic method for evaluating from precipitate shape change, and an equipment part. There are a mechanical test method in which a creep test piece is collected from a part of the sample and a creep test is performed for evaluation, a hardness method in which the hardness is evaluated from a change in material hardness, an electrical resistance method in which an evaluation is performed from a change in electrical resistance, and the like.

しかし、上述した評価方法では、以下に示すような問題がある。Aパラメータ法は、クリープボイドが発生、成長する寿命の最終段階でしか適用できずクリープボイドの生じにくい材料では適用できない。金属組織学的手法は、析出物の形態変化が起こりにくい環境(析出物の形態変化がほとんど起こらない温度領域)で使用されている材料については適用できず、急激に組織変化する環境(その材料にとって十分に高い温度域)で使用されている材料では計測誤差が大きくなり、さらには、析出物の生じない材料には適用できない。機械試験法は、試験に長時間を要し、機器部品からの試験片の採取は形状的な制約が多く、クリープ損傷が最も激しい部位からの試験片の採取が困難な場合がある。硬さ法は、材料の変形量に対する硬さの変化が小さい材料では計測誤差が大きくなる。電気抵抗法は、抵抗値の変化に敏感でノイズに左右されやすく、測定誤差が大きくなりやすい。   However, the evaluation method described above has the following problems. The A parameter method can only be applied at the final stage of the lifetime in which creep voids are generated and grow, and cannot be applied to materials that are unlikely to generate creep voids. The metallographic method cannot be applied to materials used in an environment where precipitation changes are unlikely to occur (temperature range where precipitation changes hardly occur). In the case of a material used in a sufficiently high temperature range), the measurement error becomes large, and furthermore, it cannot be applied to a material in which no precipitate is generated. The mechanical test method requires a long time for the test, and the collection of the test piece from the equipment part has many geometric restrictions, and it may be difficult to collect the test piece from the site where the creep damage is most severe. In the hardness method, a measurement error becomes large in a material having a small change in hardness with respect to the deformation amount of the material. The electrical resistance method is sensitive to changes in the resistance value, is susceptible to noise, and tends to increase measurement errors.

そこで、近年、次に示すクリープ損傷評価方法が提案されている。この評価方法は、まず、事前に、特定材料の試験材料の材料寿命の加速試験(例えば疲労試験)を行い、一定の材料寿命の進行度に対する結晶方位差のデータを事前に採取し、材料寿命の進行度と結晶方位差との関係を表すマスターカーブを作成しておく。現実に材料寿命の進行が生じた試験材料と同種の調査材料の結晶方位差を測定し、この値を前記マスターカーブに代入して、調査材料の材料寿命の進行度を予測して、破断に至るまでの余寿命を予測する(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, in recent years, the following creep damage evaluation method has been proposed. In this evaluation method, first, a material life acceleration test (for example, fatigue test) of a test material of a specific material is performed in advance, and crystal orientation difference data for a certain material life progress is collected in advance. A master curve representing the relationship between the degree of progress and the crystal orientation difference is created. Measure the crystal orientation difference between the test material and the test material of the same kind as the test material where the material life has actually progressed, and assign this value to the master curve to predict the progress of the material life of the test material and break it. The remaining remaining life is predicted (for example, refer to Patent Document 1).

この評価方法は、結晶粒内における結晶方位差をEBSP(Electron Back-Scatter Diffraction Pattern:後方散乱電子回折像)法を用いて計測し、その値から導出されるKAM(Karnel Average Misorientation)値を材料寿命の進行度と関連付ける方法である。   In this evaluation method, the crystal orientation difference in the crystal grains is measured using an EBSP (Electron Back-Scatter Diffraction Pattern) method, and the KAM (Karnel Average Misorientation) value derived from the value is used as the material. It is a method of associating with the progress of life.

しかしながら、上記した評価方法には、以下のような問題点がある。すなわち、粒内の任意の2点間における結晶方位の角度差は、寿命末期の材料においても数度程度しかないため、材料の寿命末期でしか十分な評価精度が得られないばかりか、測定誤差の影響を受けやすく、データの安定性と信頼性の確保が難しい。   However, the above evaluation method has the following problems. In other words, the crystal orientation angle difference between any two points in the grain is only about a few degrees even in the material at the end of life, so that not only a sufficient evaluation accuracy can be obtained only at the end of life of the material, but also measurement errors. It is difficult to ensure the stability and reliability of data.

特開2004−3922号公報JP 2004-3922 A

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものであり、その目的は、高精度で安定して金属材料の継続使用の可否を評価することが可能な金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置を提供することにある。   The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances, and an object of the present invention is to evaluate a creep damage of a metal material capable of evaluating whether or not the metal material can be continuously used with high accuracy and stability, and It is to provide a creep damage evaluation apparatus.

本発明の金属材料のクリープ損傷評価方法の一態様は、クリープ損傷を受けた金属材料の損傷度を評価する金属材料のクリープ損傷評価方法であって、試験材料を用いて、クリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係を予め求める工程と、クリープ損傷評価を行う調査材料の結晶方位分布を計測する工程と、計測された前記調査材料の前記結晶方位分布を、前記クリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係に当てはめて前記調査材料のクリープひずみ量を推定する工程と、試験材料を用いて、加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を予め求める工程と、前記加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係と、前記調査材料が受ける応力とから前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量を推定する工程と、推定された前記調査材料のクリープひずみ量と、推定された前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量とを比較して前記調査材料の損傷度を評価する工程とを具備したことを特徴とする。   One aspect of the creep damage evaluation method for a metal material according to the present invention is a creep damage evaluation method for a metal material for evaluating the damage degree of a metal material that has undergone creep damage. A step of obtaining a correlation with the orientation distribution in advance, a step of measuring the crystal orientation distribution of the investigation material for creep damage evaluation, and the creep orientation amount and the crystal orientation distribution of the measured crystal orientation distribution of the investigation material. A step of estimating a creep strain amount of the investigation material by applying to the correlation with the step, a step of previously obtaining a correlation between a strain amount reaching the acceleration creep region and a creep test stress using the test material, and the acceleration The investigation material reaches the accelerated creep region from the correlation between the amount of strain reaching the creep region and the creep test stress and the stress that the investigation material receives. A step of estimating the amount of strain, and a step of evaluating the degree of damage of the investigation material by comparing the estimated amount of creep strain of the investigation material with the amount of strain estimated by the investigation material reaching the accelerated creep region It was characterized by comprising.

本発明の金属材料のクリープ損傷評価装置の一態様は、クリープ損傷を受けた金属材料の損傷度を評価する金属材料のクリープ損傷評価装置であって、試験材料におけるクリープひずみ量と定量化された結晶方位分布との相関関係を表す第1のデータを収容するとともに、試験材料における加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を表す第2のデータを収容するデータベースと、前記調査材料の結晶方位分布を計測する結晶方位分布計測手段と、前記結晶方位分布計測手段によって計測された前記調査材料の結晶方位分布を定量化する結晶方位分布定量化手段と、前記調査材料の定量化された結晶方位分布を前記第1のデータに当てはめて前記調査材料のクリープひずみ量を推定するクリープひずみ量推定手段と、前記第2のデータと、前記調査材料が受ける応力とから、前記調査材料が加速クリープ域に到達する加速クリープ域到達ひずみ量を推定する加速クリープ域到達ひずみ量推定手段と、推定された前記調査材料のクリープひずみ量と、推定された前記加速クリープ域到達ひずみ量とを比較して前記調査材料の損傷度を評価する判定手段とを具備したことを特徴とする。   One aspect of the creep damage evaluation apparatus for a metal material according to the present invention is a creep damage evaluation apparatus for a metal material that evaluates the degree of damage of a metal material that has undergone creep damage, and is quantified as the amount of creep strain in the test material. A database containing first data representing a correlation with the crystal orientation distribution, and containing second data representing a correlation between the amount of strain reaching the accelerated creep region in the test material and the creep test stress; Crystal orientation distribution measurement means for measuring the crystal orientation distribution of the investigation material, crystal orientation distribution quantification means for quantifying the crystal orientation distribution of the investigation material measured by the crystal orientation distribution measurement means, and quantification of the investigation material A creep strain amount estimating means for applying a converted crystal orientation distribution to the first data to estimate a creep strain amount of the investigation material; Accelerated creep region reaching strain amount estimation means for estimating an accelerated creep region reaching strain amount at which the investigation material reaches the accelerated creep region from the second data and the stress received by the investigation material, and the estimated investigation And a judgment means for evaluating the degree of damage of the investigation material by comparing the creep strain amount of the material with the estimated amount of strain reaching the accelerated creep region.

本発明によれば、高精度で安定して金属材料の継続使用の可否を評価することが可能な金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the creep damage evaluation method and creep damage evaluation apparatus of a metal material which can evaluate the possibility of continuous use of a metal material stably with high precision can be provided.

本発明の一実施態様のクリープ損傷評価方法の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the creep damage evaluation method of one embodiment of this invention. 結晶方位分布パラメータP<101>,15とクリープ寿命消費率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between crystal orientation distribution parameter P <101>, 15 and a creep life consumption rate. GAM値とクリープ寿命消費率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a GAM value and a creep life consumption rate. 結晶方位分布パラメータP<101>,15とクリープひずみ量との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between crystal orientation distribution parameter P <101>, 15 and a creep distortion amount. GAM値とクリープひずみ量との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a GAM value and the amount of creep strain. クリープ速度−ひずみ線図の応力依存性を示すグラフ。The graph which shows the stress dependence of a creep rate-strain diagram. 実機相当の条件において加速クリープ域に到達するひずみ量を、実験データから推定する方法を示す模式図。The schematic diagram which shows the method of estimating the distortion | strain amount which reaches | attains an acceleration creep area on the conditions equivalent to a real machine from experimental data. 本発明の一実施態様のクリープ損傷評価装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the creep damage evaluation apparatus of one embodiment of this invention.

以下、本発明に係る金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置の実施形態について、主に面心立方構造の固溶強化型Ni基耐熱超合金からなる部品のクリープ寿命評価を例として図面を参照して説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a creep damage evaluation method and creep damage evaluation apparatus for a metal material according to the present invention will be described with reference to an example of creep life evaluation of a part mainly made of a solid solution strengthened Ni-base heat-resistant superalloy having a face-centered cubic structure. Will be described with reference to FIG.

本発明においては、材料の結晶方位及びその変化と材料の損傷量とを相関付けることで、材料の余寿命(損傷度)を評価する。結晶方位はEBSP法によって計測することができる。EBSP法は、SEM(走査電子顕微鏡)の反射電子回折における菊池線のパターンを解析することで材料の任意の点における結晶方位を計測する手法である。この手法による結晶方位の全自動解析システム、OIM(ORIENTATION IMAGING MICROSCOPY、TM)が開発されている。通常、数μm間隔で規則的に配置された多数の測定点(通常、数万点〜数十万点)についてそれぞれ結晶方位を計測することで、観察面全体の結晶方位情報を面情報として得ることができる。最近では、コンピュータの演算能力の向上に伴ってOIMの普及が進んでいる。   In the present invention, the remaining life (damage degree) of a material is evaluated by correlating the crystal orientation of the material and its change with the amount of damage to the material. The crystal orientation can be measured by the EBSP method. The EBSP method is a method of measuring a crystal orientation at an arbitrary point of a material by analyzing a Kikuchi line pattern in SEM (scanning electron microscope) reflection electron diffraction. A fully automatic analysis system for crystal orientation using this method, OIM (ORIENTATION IMAGING MICROSCOPY, TM) has been developed. Usually, the crystal orientation information of the entire observation surface is obtained as plane information by measuring the crystal orientation at each of a large number of measurement points (usually tens of thousands to hundreds of thousands) regularly arranged at intervals of several μm. be able to. Recently, OIM has been popularized with the improvement of computing power of computers.

本発明者等は、面心立方構造の固溶強化型Ni基耐熱超合金(ハステロイX:ハステロイは登録商標)を用いクリープ損傷の進行と結晶方位変化との関係を詳細に調査した。すなわち、新材、任意の時間におけるクリープ中断材、及びクリープ破断材の結晶方位をOIMシステムにて計測した。各試験材の当該部を切り出し、仕上げ研磨を施してSEMへ挿入し、OIMにて応力軸方向から見た結晶方位分布を計測した。その結果、計測された結晶方位分布を定量化した結晶方位分布パラメータP<101>,15(以下、「結晶方位分布パラメータP」と略称することもある。)は、図2のグラフに示すように、クリープ寿命消費率(クリープ破断時間に対する中断時間の比)と良い相関を示した。なお、図2において、縦軸は結晶方位分布パラメータP<101>,15(%)、横軸はクリープ寿命消費率(%)を示している。また、応力軸と特定の結晶方位<uvw>とのなす角がx°以内にある測定点の数の全測定点数に対する比を結晶方位分布パラメータP<uvw>,xと定義した。 The present inventors investigated in detail the relationship between the progress of creep damage and the change in crystal orientation using a solid solution strengthened Ni-base heat-resistant superalloy having a face-centered cubic structure (Hastelloy X: Hastelloy is a registered trademark). That is, the crystal orientations of the new material, the creep interrupted material at an arbitrary time, and the creep rupture material were measured by the OIM system. The relevant part of each test material was cut out, subjected to finish polishing and inserted into the SEM, and the crystal orientation distribution viewed from the stress axis direction was measured by OIM. As a result, the crystal orientation distribution parameter P <101>, 15 (hereinafter sometimes abbreviated as “crystal orientation distribution parameter P”) obtained by quantifying the measured crystal orientation distribution is shown in the graph of FIG. Shows a good correlation with the creep life consumption rate (ratio of interruption time to creep rupture time). In FIG. 2, the vertical axis represents the crystal orientation distribution parameter P <101>, 15 (%), and the horizontal axis represents the creep life consumption rate (%). Further, the ratio of the number of measurement points where the angle between the stress axis and the specific crystal orientation <uvw> is within x ° to the total number of measurement points was defined as the crystal orientation distribution parameter P <uvw>, x .

また、二次元配列測定データの中で、k番目の結晶粒について、その粒内に含まれる全隣接2点間の方位差を求め、これらを平均したものを、k番目の粒の平均方位差Bとし、k番目の結晶粒の面積をA、計測領域の全結晶粒面積をAとして、結晶粒面積の重み付き平均値をGAM値と定義する。なお、GAM値は、以下の式(1)によって表される。式(1)においてmは、結晶粒の数を表している。 Further, in the two-dimensional array measurement data, for the kth crystal grain, the orientation difference between all adjacent two points included in the grain is obtained, and the average of these is obtained as the average orientation difference of the kth grain. B k is defined , and the k-th crystal grain area is defined as A k , the total crystal grain area in the measurement region is defined as A, and a weighted average value of the crystal grain areas is defined as a GAM value. The GAM value is represented by the following formula (1). In the formula (1), m represents the number of crystal grains.

Figure 2010164430
Figure 2010164430

このとき、GAM(Grain Average Misorientation)値は、図3のグラフに示すように、クリープ寿命消費率と良い相関を示した。なお、図3において、縦軸はGAM値(deg)、横軸はクリープ寿命消費率(%)を示している。   At this time, the GAM (Grain Average Misorientation) value showed a good correlation with the creep life consumption rate as shown in the graph of FIG. In FIG. 3, the vertical axis indicates the GAM value (deg), and the horizontal axis indicates the creep life consumption rate (%).

さらに、縦軸を結晶方位分布パラメータP<101>,15(%)、横軸をクリープひずみ量(%)とした図4のグラフ、及び、縦軸をGAM値(deg)、横軸をクリープひずみ量(%)とした図5のグラフに示すように、結晶方位分布パラメータP及びGAM値はクリープひずみ量ともよい相関があることも見出された。結晶方位分布パラメータP及びGAMの変化メカニズムから、結晶方位分布パラメータP及びGAM値は、クリープ時間よりもクリープひずみ量に対してより直接的に相関していることが確認された。本発明はかかる知見に基づくものである。 Furthermore, the vertical axis represents the crystal orientation distribution parameter P <101>, 15 (%), the horizontal axis represents the creep strain amount (%), the graph of FIG. 4, the vertical axis represents the GAM value (deg), and the horizontal axis represents creep. As shown in the graph of FIG. 5 with the amount of strain (%), the crystal orientation distribution parameter P and the GAM value were also found to have a good correlation with the amount of creep strain. From the change mechanism of the crystal orientation distribution parameter P and GAM, it was confirmed that the crystal orientation distribution parameter P and the GAM value are more directly correlated with the amount of creep strain than the creep time. The present invention is based on such knowledge.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。この実施形態では、発電用ガスタービンの高温にさらされる部品を例としたクリープ損傷評価方法について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a creep damage evaluation method will be described taking a part exposed to a high temperature of a power generation gas turbine as an example.

まず、対象となる発電プラント構成部品の評価部位を選定する。評価部位は、当該部品の寿命を支配する部位であり、類似部品の損傷事例の傾向解析や、FEM(有限要素法)などによる温度・応力解析から把握される、材料的に最も環境の厳しい部位である。   First, an evaluation part of a target power plant component is selected. The evaluation part is the part that dominates the life of the part, and is the part with the most severe environment in terms of material that can be grasped from the trend analysis of damage cases of similar parts and temperature / stress analysis by FEM (finite element method) etc. It is.

この部位の使用環境(温度・応力)を把握し、当該部品と同一の素材を用い、その環境を模擬した条件の下で、クリープ寿命消費率0%(新材)、クリープ寿命消費率100%(破断材)及びそれらの間の寿命消費率にある試験材(クリープ試験材)を準備し、EBSP法によって計測すれば、図2〜5に示したように、結晶方位分布パラメータP又はGAM値と、クリープ寿命消費率(%)又はクリープひずみ量との相関関係を示すデータ(マスターカーブ)が得られる。しかしながら、実際の部品の使用環境を模擬した試験では破断までに膨大な時間を要する場合が多い。   Understand the usage environment (temperature / stress) of this part, use the same material as the part concerned, and under conditions that simulate the environment, creep life consumption rate 0% (new material), creep life consumption rate 100% (Fracture material) and test material (creep test material) in the life consumption rate between them are prepared and measured by the EBSP method, as shown in FIGS. 2 to 5, the crystal orientation distribution parameter P or GAM value And data (master curve) showing a correlation between the creep life consumption rate (%) or the creep strain amount. However, in a test that simulates the actual usage environment of parts, it often takes a long time to break.

そこで、マスターカーブを作成する際に、温度や応力の条件を実際の条件よりも厳しくし、より短い時間で試験が終了するクリープ条件を採用することを検討した。本発明者等は、温度や応力を変化させたクリープ試験を実施し、マスターカーブがどのように変化するかを調査した。その結果、結晶方位分布パラメータP及びGAM値ともに、クリープ寿命消費率に対するマスターカーブは、試験温度、応力のいずれを変化させた場合でもその形状が大きく変化した。一方、クリープひずみ量に対するマスターカーブは、試験温度、応力のいずれを変化させた場合でもその変化が小さく、特に応力の変化に対してはほとんど変化しないことが確認できた。   Therefore, when creating the master curve, we considered making the conditions of temperature and stress stricter than the actual conditions and adopting the creep condition that the test is completed in a shorter time. The present inventors conducted a creep test in which the temperature and stress were changed, and investigated how the master curve changed. As a result, in both the crystal orientation distribution parameter P and the GAM value, the shape of the master curve with respect to the creep life consumption rate changed greatly when either the test temperature or the stress was changed. On the other hand, it was confirmed that the master curve with respect to the creep strain amount was small even when either the test temperature or the stress was changed, and hardly changed with respect to the change in stress.

さらに、実用上重要となる低ひずみ側(例えば10%以下)においては、特に温度、応力に対する依存性は小さい。したがって、クリープ損傷を評価する際の指標として、クリープひずみ量を用いる場合は、マスターカーブを得る際のクリープ試験条件が、実際の部品の使用環境と異なっていてもよい。すなわち、加速度試験によって、より短時間でマスターカーブを得ることができる。   Further, on the low strain side (for example, 10% or less), which is practically important, the dependence on temperature and stress is particularly small. Therefore, when the creep strain amount is used as an index for evaluating creep damage, the creep test conditions for obtaining the master curve may be different from the actual use environment of the parts. That is, the master curve can be obtained in a shorter time by the acceleration test.

この場合、クリープ試験条件を、例えば、実際の部品の使用環境に対して、温度は同等としておき、応力をより厳しい条件に設定することで、より短時間にクリープひずみ量に対するマスターカーブを得ることができる。さらに、クリープ試験条件を、実際の部品の使用環境に対して、温度と応力をより厳しい条件に設定してもよい。   In this case, a master curve for the creep strain amount can be obtained in a shorter period of time by setting the creep test conditions to be the same as the actual part usage environment and setting the stress to a stricter condition. Can do. Further, the creep test conditions may be set to conditions where the temperature and stress are more severe with respect to the actual use environment of the parts.

このとき、クリープ試験条件における応力は、実機の応力条件に対してクリープ変形機構が変化しない範囲内で選定することが望ましい。ここで想定している実機の応力は小さいので、加速試験条件の応力も低応力の範囲内に留めることが望ましい。具体的には、クリープ試験において荷重負荷時に瞬間塑性ひずみが生じない範囲内の応力から選定すればよい。この条件内で現実的な破断時間に収まらない場合は、クリープ変形の律速過程が変化しない範囲で温度を上昇させてもよい。これによって、現実的な時間で、結晶方位分布パラメータP又はGAM値と、クリープひずみ量との相関関係を示すデータとしてマスターカーブを得ることができる。   At this time, it is desirable to select the stress under the creep test condition within a range in which the creep deformation mechanism does not change with respect to the stress condition of the actual machine. Since the stress of the actual machine assumed here is small, it is desirable to keep the stress under the accelerated test condition within the low stress range. Specifically, it may be selected from stress within a range in which instantaneous plastic strain does not occur when a load is applied in a creep test. If the actual fracture time does not fall within these conditions, the temperature may be raised within a range in which the rate-determining process of creep deformation does not change. Thus, a master curve can be obtained as data indicating the correlation between the crystal orientation distribution parameter P or GAM value and the creep strain amount in a realistic time.

次に、対象とする機器部品の評価部位から試験片を切り出し、EBSP計測により結晶方位分布パラメータP<u v w>, x又はGAM値を求め、上記のマスターカーブと対比させれば、対象部品のクリープひずみ量が推定できる。しかし、これだけでは部品の継続使用の可否(補修・交換の要否)の判断ができない。そこで、部品の継続使用の可否(補修・交換の要否)の判断は、評価部位が加速クリープ域にあるか否かによって行う。 Next, the test piece is cut out from the evaluation part of the target device part, the crystal orientation distribution parameter P <u v w>, x or GAM value is obtained by EBSP measurement, and compared with the master curve, the target part Can be estimated. However, it is not possible to determine whether or not the component can be used continuously (repair or replacement is necessary). Therefore, whether or not the parts can be used continuously (repair / replacement necessity) is determined based on whether or not the evaluation part is in the accelerated creep region.

本発明者等の研究によれば、縦軸をクリープ速度(対数)、横軸をクリープひずみ量とした図6のグラフに示すように、ハステロイXのクリープ挙動は、クリープ試験の際の試験応力σ(σ1〜5)によって変化する。なお、図6では、σ1<σ2<σ3<σ4<σ5となっている。そして、加速クリープ域に到達するひずみ量(最小クリープ速度を示す時のひずみ量)をε(σ)とすれば、クリープ試験応力σとε(σ)の関係は、縦軸をσ、横軸をε(σ)とした図7のグラフに示すようになる。 According to the study by the present inventors, the creep behavior of Hastelloy X is the test stress during the creep test, as shown in the graph of FIG. 6 where the vertical axis represents the creep rate (logarithm) and the horizontal axis represents the amount of creep strain. It varies depending on σ (σ 1-5 ). In FIG. 6, has a σ 1 <σ 2 <σ 3 <σ 4 <σ 5. If the amount of strain reaching the accelerated creep region (the amount of strain when showing the minimum creep rate) is ε a (σ), the relationship between the creep test stress σ and ε a (σ) is As shown in the graph of FIG. 7, the horizontal axis is ε a (σ).

ここで想定している実機の応力をσとすると、実機と同等の温度における低応力側でのσとε(σ)の関係を外挿することで、当該部材の実機の条件において加速クリープ域に到達するひずみ量をε(σ)として推定することができる。このようにして推定されたε(σ)と、上記のマスターカーブから評価された部品のクリープひずみ量を比較することで、部品の継続使用の可否(補修・交換の要否)の判断を行うことができる。すなわち、例えば、当該部材が加速クリープ域に到達している場合は継続使用を不可とする。図1は、以上に示した発電プラント構成部品のクリープ損傷評価方法の手順を示すフローチャートである。 Assuming that the stress of the actual machine assumed here is σ 1 , the relationship between σ and ε a (σ) on the low stress side at the same temperature as the actual machine is extrapolated to accelerate under the conditions of the actual machine of the member. The amount of strain reaching the creep region can be estimated as ε a1 ). By comparing the estimated ε a1 ) with the creep strain amount of the component evaluated from the master curve, it is possible to determine whether the component can be used continuously (repair / replacement required). It can be performed. That is, for example, when the member has reached the acceleration creep region, continuous use is disabled. FIG. 1 is a flowchart showing the procedure of the creep damage evaluation method for power plant components shown above.

次に、図1を参照して、本実施形態に係るクリープ損傷評価方法をより具体的な例について説明する。   Next, a more specific example of the creep damage evaluation method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

実際のプラントにおいて高温で用いられる部品の寿命支配因子は、部品の種類や使用環境によって異なるため、それぞれの条件に対して寿命を決定付ける部位を見出し、その部位の材料損傷度を評価する必要がある。そのためには、実際の損傷状況の評価(割れが発生する部位の傾向解析等)や、FEMなどによる解析から求められる温度・応力の分布状況からの推定等で、損傷を評価すべき部位を決定する(ステップS10)。   The life dominating factors of parts used at high temperatures in actual plants differ depending on the type of parts and the usage environment, so it is necessary to find the part that determines the life for each condition and evaluate the material damage degree at that part. is there. To do so, determine the site where damage should be evaluated by evaluating the actual damage status (e.g., analyzing the tendency of the cracking site) or estimating the temperature / stress distribution obtained from the FEM analysis. (Step S10).

次に、損傷を評価すべき部位として抽出された部位の温度・応力条件を特定する(ステップS20)。このために、FEM等による解析のほか、金属組織の変化の程度に関する評価や、熱電対による温度の実測等、様々な手法を状況によって使い分ける。   Next, the temperature / stress condition of the part extracted as a part to be evaluated for damage is specified (step S20). For this purpose, in addition to analysis by FEM or the like, various methods such as evaluation on the degree of change in the metal structure and actual measurement of temperature by a thermocouple are used depending on the situation.

次に、特定された温度・応力条件に基づいてクリープ試験を行う際の試験条件を決定する(ステップS31)。そして、この試験条件に従ってクリープ試験を行うとともに、試験材料の結晶方位分布を計測し(ステップS32)、結晶方位分布の定量化を行って結晶方位分布パラメータPを求め(ステップS33)、結晶方位分布パラメータPとクリープひずみ量との相関関係を示すデータとして、図4に示したようなマスターカーブを導出する(ステップS34)。なお、この場合、結晶方位分布パラメータPの代わりに、図5に示したGAM値によるマスターカーブを使用することもできる。   Next, test conditions for performing a creep test are determined based on the specified temperature / stress conditions (step S31). Then, a creep test is performed according to the test conditions, the crystal orientation distribution of the test material is measured (step S32), the crystal orientation distribution is quantified to obtain the crystal orientation distribution parameter P (step S33), and the crystal orientation distribution A master curve as shown in FIG. 4 is derived as data indicating the correlation between the parameter P and the creep strain amount (step S34). In this case, instead of the crystal orientation distribution parameter P, a master curve based on the GAM value shown in FIG. 5 can be used.

上記のマスターカーブを得る際に、クリープ試験を短時間で完了するためには、前述したように、加速試験によるクリープ試験を行うことができる。一般的に、プラント部品の使用環境について、温度は転移クリープ領域、応力は当該温度での材料の耐力に対して充分に小さい範囲にある。したがって、加速試験条件としては、温度は転移クリープが起こる範囲で選定し、応力は負荷直後に瞬間塑性ひずみが生じない低応力範囲から選定することが望ましい。なお、クリープ試験に用いられる素材は、対象部品の素材と同一(組成・製造方法・熱処理条件など)であることが望ましいのは言うまでもない。   In order to complete the creep test in a short time when obtaining the master curve, a creep test by an acceleration test can be performed as described above. In general, with respect to the environment in which plant parts are used, the temperature is in the transition creep region, and the stress is in a sufficiently small range relative to the yield strength of the material at that temperature. Therefore, as acceleration test conditions, it is desirable to select the temperature within a range where transition creep occurs, and to select the stress from a low stress range where instantaneous plastic strain does not occur immediately after loading. Needless to say, the material used for the creep test is preferably the same as the material of the target part (composition, manufacturing method, heat treatment conditions, etc.).

マスターカーブ作成のためにクリープ中断試験材から試験片を切り出し、EBSP計測用の試料として調整する。このとき、切り出し形状は、円筒状でも直方体状でも楔状でもよいが、最終的にEBSP計測面として、数mm×数mm程度の面積が得られることが望ましい。仮に計測範囲を小さくし過ぎると、計測対象となる結晶粒の個数が減少し、計測のばらつきが大きくなるためである。ここで、主たる応力方向に垂直な面が観察面となるように切り出すことが望ましいが、それが困難な場合には、EBSP試料に調整された後でも、主たる応力方向が見失われないようにすれば問題はない。   In order to create a master curve, a test piece is cut out from the creep interrupted test material and adjusted as a sample for EBSP measurement. At this time, the cut-out shape may be a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, or a wedge shape, but it is desirable that an area of about several mm × several mm is finally obtained as the EBSP measurement surface. This is because if the measurement range is made too small, the number of crystal grains to be measured decreases, and the measurement variation increases. Here, it is desirable to cut out so that the surface perpendicular to the main stress direction becomes the observation surface. However, if this is difficult, the main stress direction should not be lost even after adjustment to the EBSP sample. There is no problem.

また、一般にEBSP試料としては、試料を樹脂に埋め込み研磨仕上げにて試料調整を行うが、EBSP法では、試料の極表層の情報を計測するため、導電性のSEM観察用樹脂を用いることが望ましい。これによって、一般のSEM観察で行われる観察面への導電皮膜(CやAgなど)の蒸着が不要となるからである。   In general, as an EBSP sample, the sample is embedded in a resin and the sample is adjusted by polishing. However, in the EBSP method, it is desirable to use a conductive SEM observation resin in order to measure information on the extreme surface layer of the sample. . This is because it is not necessary to deposit a conductive film (C, Ag, etc.) on the observation surface, which is performed in general SEM observation.

また、研磨による表面へのひずみの導入は、結晶粒内に微小な結晶方位のずれを発生させるため、GAM値等は多大な影響を受ける。したがって、鏡面研磨後に酸等を用いて試料表面のひずみ層を溶出させる等の処理をすることが望ましい。しかし、そのような処理を行ってもGAM値等は、試料調整による計測誤差を生じ易い。そこで、研磨における面圧や時間を一定に保つ管理によって、試料間でのノイズ量を一定に保つことが望ましい。一方、結晶方位分布パラメータPの場合は、特定方位から15°前後の範囲にある結晶粒の比率を示すもので、GAM値等一般に1°前後の角度差を計測する指標に比べて、格段に誤差やばらつきが生じ難い。   In addition, since introduction of strain into the surface by polishing causes a slight shift in crystal orientation in the crystal grains, the GAM value and the like are greatly affected. Therefore, it is desirable to perform treatment such as elution of the strained layer on the sample surface using an acid or the like after mirror polishing. However, even if such processing is performed, the GAM value or the like is likely to cause measurement errors due to sample adjustment. Therefore, it is desirable to keep the amount of noise between samples constant by managing to keep the surface pressure and time in polishing constant. On the other hand, in the case of the crystal orientation distribution parameter P, it indicates the ratio of crystal grains in the range of about 15 ° from the specific orientation, which is much higher than an index that measures an angular difference of about 1 ° in general such as a GAM value. Errors and variations are unlikely to occur.

次に、試験材料のクリープ特性の応力依存性評価を行う(ステップS41)。プラント部品の評価部位において特定された温度・応力を、それぞれT、σとする。温度をTに固定し、複数の応力条件においてクリープ試験を実施し、それぞれ加速クリープ域に到達する時点のひずみ量ε(σ)を調べる。一般にσは小さい値であるため、このクリープ試験ではそれよりも大きな応力から選定される。ところが、応力が大き過ぎるとクリープ試験では荷重負荷直後に瞬間塑性ひずみが生じ、当該部品で生じている事象を反映しなくなってしまう(図7で高応力側の2点は違う傾きの直線上にある)。すなわち、このクリープ試験では、応力は温度Tにおける当該材料の耐力に比べて充分に小さい値とし、荷重負荷直後に瞬間塑性ひずみが生じないようにする必要がある。なお、クリープ試験に用いられる素材は、当該部品の素材と同一(組成・製造方法・熱処理条件など)であることが望ましいのは言うまでもない。 Next, stress dependence evaluation of the creep characteristics of the test material is performed (step S41). The temperature and stress identified in the evaluation region of the plant component, respectively T 1, the sigma 1. The temperature was fixed at T 1, the creep test was carried out in a plurality of stress conditions, determine the amount of strain when reaching the respective acceleration creep zone epsilon a a (sigma). Since σ 1 is generally a small value, this creep test is selected from a larger stress. However, if the stress is too large, the creep test causes instantaneous plastic strain immediately after the load is applied, and the phenomenon occurring in the part no longer reflects (the two points on the high stress side in FIG. 7 are on straight lines with different slopes). is there). That is, in this creep test, it is necessary to set the stress to a value sufficiently smaller than the yield strength of the material at temperature T 1 so that instantaneous plastic strain does not occur immediately after loading. Needless to say, the material used for the creep test is preferably the same as the material of the part (composition, manufacturing method, heat treatment condition, etc.).

上述のようにして得られたクリープ試験応力と加速クリープ域に到達するひずみ量との相関関係(図7参照)に基づいて、温度T、応力σの条件での加速クリープ域に到達するひずみ量をε(σ)として推定する(ステップS42)。 Based on the correlation between the creep test stress obtained as described above and the amount of strain reaching the accelerated creep region (see FIG. 7), the accelerated creep region is reached under the conditions of temperature T 1 and stress σ 1. estimating the amount of strain as ε a1) (step S42).

次に、対象部品の結晶方位分布の計測を行う(ステップS51)。結晶方位分布の計測では、まず、対象部品の評価部位からEBSP計測用の試験片(調査材料)を採取する。このとき、機械試験等とは異なり試験片は微小なものでよく、切断砥石やグラインダーの他、収束イオンビーム法や放電加工などによって簡単に採取できる。また、サンプル採取痕が微小なため、部品によっては溶接による埋め戻しと部品の継続使用も可能となる。なお、結晶方位分布の変化についてはX線回折法によっても計測が可能であることから、非破壊での評価も可能と考えられる。この場合は、マスターカーブも同様に同一条件のX線回折法による計測で準備することが望ましい。   Next, the crystal orientation distribution of the target part is measured (step S51). In the measurement of the crystal orientation distribution, first, a test piece (investigation material) for EBSP measurement is collected from the evaluation part of the target part. At this time, unlike a mechanical test or the like, the test piece may be very small and can be easily collected by a focused ion beam method, electric discharge machining or the like in addition to a cutting grindstone and a grinder. In addition, since the sample collection trace is very small, backfilling by welding and continuous use of the parts are possible depending on the parts. Note that the change in crystal orientation distribution can also be measured by the X-ray diffraction method, and therefore, it is considered possible to perform nondestructive evaluation. In this case, it is desirable to prepare the master curve by measurement using the X-ray diffraction method under the same conditions.

次に、計測された結晶方位分布の定量化を行う(ステップS52)。この結晶方位分布の定量化は、前述の如く、結晶方位分布パラメータP<u v w>, xによって行う。また、前述したとおり結晶方位分布の代わりにGAM値を用いることもできる。 Next, the measured crystal orientation distribution is quantified (step S52). The quantification of the crystal orientation distribution is performed by the crystal orientation distribution parameter P <u v w>, x as described above. Further, as described above, a GAM value can be used instead of the crystal orientation distribution.

次に対象部品の変形量(クリープひずみ量)の推定を行う(ステップS53)。ここでは、既に得られたマスターカーブと、評価部品に対して求めた結晶方位分布パラメータP<u v w>, x(GAM値を用いる場合はGAM値)と対照させることで、当該部品のクリープひずみ量を推定する。 Next, the deformation amount (creep strain amount) of the target part is estimated (step S53). Here, by comparing the already obtained master curve with the crystal orientation distribution parameters P <u v w>, x (GAM value when using the GAM value) obtained for the evaluation part, the creep of the part Estimate the amount of strain.

最後に対象部品の継続使用可否を判定する(ステップS60)。継続使用可否の判定では、上記の如く推定された対象部品のクリープひずみ量をεとし、それを前記の、温度T、応力σの条件での加速クリープ域に到達するひずみ量ε(σ)と比較する。このとき、ε<ε(σ)であれば対象部品の継続使用を可能と判断し、逆にε≧ε(σ)であれば対象部品の継続使用を不可と判断する。すなわち、当該部品が加速クリープ域に到達している場合は継続使用不可と判断し、部材の補修や交換を実施する。 Finally, it is determined whether or not the target part can be continuously used (step S60). In the determination of whether or not continuous use is possible, the creep strain amount of the target part estimated as described above is set as ε b , which is the strain amount ε a that reaches the accelerated creep region under the conditions of the temperature T 1 and the stress σ 1. Compare with (σ 1 ). At this time, if ε ba1 ), it is determined that the target part can be used continuously. Conversely, if ε b ≧ ε a1 ), it is determined that the target part cannot be used continuously. . That is, when the part has reached the acceleration creep region, it is determined that continuous use is not possible, and the member is repaired or replaced.

次に、図8を参照して、本実施形態に係るクリープ損傷評価装置100の構成について説明する。   Next, a configuration of the creep damage evaluation apparatus 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

クリープ損傷評価装置100は、プログラムデータベース120に格納されたプログラムを、制御手段130により実行するコンピュータ等によって構成される。   The creep damage evaluation apparatus 100 is configured by a computer or the like that executes a program stored in the program database 120 by the control means 130.

制御手段130は、内部での種々の演算処理を実行するCPU等の演算手段、システム情報等が記憶されたROM等の不揮発性メモリや更新可能に情報を記憶するRAM等の半導体メモリで構成された記憶手段、及び内部での種々の動作や外部との情報授受を司る制御手段等を有する。また、制御手段130は、入出力インターフェース140からの入力やインストールされたプログラムの内容等に応じて様々な情報処理を実行するものとなっており、後述の動作における各種演算の処理を実行したり、各構成部を制御する中核を担う。   The control means 130 is composed of arithmetic means such as a CPU that executes various arithmetic processes inside, a non-volatile memory such as a ROM that stores system information and the like, and a semiconductor memory such as a RAM that stores information that can be updated. Storage means, and various control operations inside and control means for exchanging information with the outside. The control means 130 executes various information processing in accordance with the input from the input / output interface 140, the contents of the installed program, and the like. , Responsible for controlling each component.

また、クリープ損傷評価装置100は、入出力インターフェース140を備えている。入出力インターフェース140は、コンピュータ等が一般に備えるキーボードやポインティング・デバイス等で構成され、使用者等による文字入力や選択入力等を受け付けて制御手段130等へ供給する。さらに、クリープ損傷評価装置100は、液晶ディスプレイやCRTディスプレイ等で構成される、制御手段130による制御の下で所定の情報表示をする表示手段160を備えている。また、クリープ損傷評価装置100は、ハードディスク等の記憶手段で構成される、プログラムデータベース120や演算データベース150等を備えている。   Further, the creep damage evaluation apparatus 100 includes an input / output interface 140. The input / output interface 140 is configured by a keyboard or a pointing device that is generally provided in a computer or the like. The input / output interface 140 receives character input or selection input by a user or the like and supplies it to the control means 130 or the like. Furthermore, the creep damage evaluation apparatus 100 includes a display unit 160 configured to display predetermined information under the control of the control unit 130, which includes a liquid crystal display, a CRT display, or the like. Moreover, the creep damage evaluation apparatus 100 includes a program database 120, a calculation database 150, and the like that are configured by storage means such as a hard disk.

演算データベース150は、クリープ損傷評価に係る演算を実行するために必要なデータを収納し、例えば、後述するマスターカーブ導出手段124で導出された各種マスターカーブに関するデータ(例えば、結晶方位分布パラメータP<uvw>,15とクリープ変形量との相関関係を表すデータ等)を収納している。また、演算データベース150は、図7に示したような、試験材料における加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を表すデータを収納している。 The calculation database 150 stores data necessary for executing calculations related to creep damage evaluation. For example, data related to various master curves derived by the master curve deriving unit 124 described later (for example, crystal orientation distribution parameter P <uvw>, 15 and data indicating the correlation between the creep deformation amount and the like). Further, the calculation database 150 stores data representing the correlation between the amount of strain reaching the accelerated creep region in the test material and the creep test stress as shown in FIG.

そして、上記した各構成部は、システムバス170で接続されている。   Each component described above is connected by a system bus 170.

次に、プログラムデータベース120に格納された各種機能手段について説明する。   Next, various functional means stored in the program database 120 will be described.

プログラムデータベース120には、機能手段として、結晶方位分布計測手段121、結晶方位分布定量化手段122、マスターカーブ導出手段123、クリープひずみ量推定手段124、加速クリープ域到達ひずみ量推定手段125、判定手段126が格納されている。   The program database 120 includes, as functional means, a crystal orientation distribution measuring means 121, a crystal orientation distribution quantifying means 122, a master curve deriving means 123, a creep strain amount estimating means 124, an accelerated creep region reaching strain amount estimating means 125, and a determining means. 126 is stored.

結晶方位分布計測手段121は、試験材料や調査材料の結晶方位分布を計測するものであり、EBSP法を利用したOIMシステムを備えている。そして、SEMで取得した観察面全体の結晶方位の情報に基づいて、応力軸方向から見た特定の結晶方位<uvw>について結晶方位分布を計測する。   The crystal orientation distribution measuring means 121 measures the crystal orientation distribution of the test material and the investigation material, and includes an OIM system using the EBSP method. And based on the crystal orientation information of the whole observation surface acquired by SEM, crystal orientation distribution is measured about the specific crystal orientation <uvw> seen from the stress axis direction.

結晶方位分布定量化手段122は、結晶方位分布計測手段121によって計測された結晶方位分布を、例えば、結晶方位分布パラメータP<uvw>,15で定量化するものである。 The crystal orientation distribution quantifying means 122 quantifies the crystal orientation distribution measured by the crystal orientation distribution measuring means 121 using, for example, crystal orientation distribution parameters P <uvw>, 15 .

マスターカーブ導出手段123は、結晶方位分布定量化手段122で定量化された結晶方位分布パラメータP<uvw>,15に基づいて、マスターカーブを導出するものであり、結晶方位分布パラメータP<uvw>,15とクリープ変形量との相関関係を表すマスターカーブを導出する。マスターカーブ導出手段123で導出されたマスターカーブは、演算データベース150に収納される。 The master curve deriving unit 123 derives a master curve based on the crystal orientation distribution parameter P <uvw>, 15 quantified by the crystal orientation distribution quantifying unit 122, and the crystal orientation distribution parameter P <uvw> derives a master curve indicating the correlation between the 15 and the creep deformation amount. The master curve derived by the master curve deriving means 123 is stored in the calculation database 150.

クリープひずみ量推定手段124は、結晶方位分布定量化手段122で定量化された調査材料の結晶方位分布パラメータP<uvw>,15を、上記マスターカーブ導出手段123で導出され、演算データベース150に収納されたマスターカーブに当てはめて、調査材料のクリープひずみ量を推定する。 The creep strain amount estimation means 124 derives the crystal orientation distribution parameter P <uvw>, 15 of the investigation material quantified by the crystal orientation distribution quantification means 122 by the master curve derivation means 123 and stores it in the calculation database 150. By applying to the master curve, the creep strain amount of the investigation material is estimated.

加速クリープ域到達ひずみ量推定手段125は、演算データベース150に収納された試験材料における加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を表すデータに、調査材料が受ける応力を当てはめて、調査材料の加速クリープ域到達ひずみ量を推定する。   The acceleration creep region reaching strain amount estimation means 125 applies the stress received by the investigation material to data representing the correlation between the strain amount reaching the acceleration creep region and the creep test stress in the test material stored in the calculation database 150. Estimate the amount of strain that reaches the accelerated creep region of the investigation material.

判定手段126は、クリープひずみ量推定手段124で推定された調査材料のクリープひずみ量と、加速クリープ域到達ひずみ量推定手段125で推定された調査材料の加速クリープ域到達ひずみ量とを比較する。そして、調査材料のクリープひずみ量が、加速クリープ域到達ひずみ量以上の場合は調査材料を含む対象部品の継続使用を不可と判定し、調査材料のクリープひずみ量が、加速クリープ域到達ひずみ量未満の場合は調査材料を含む対象部品の継続使用が可能と判定する。   The determination unit 126 compares the creep strain amount of the investigation material estimated by the creep strain amount estimation unit 124 with the accelerated creep region arrival strain amount estimated by the acceleration creep region arrival strain amount estimation unit 125. If the creep strain amount of the investigation material is equal to or greater than the amount of strain that reaches the accelerated creep region, it is determined that continuous use of the target part including the investigation material is impossible, and the creep strain amount of the investigation material is less than the amount of strain that reaches the accelerated creep region In the case of, it is determined that the target part including the investigation material can be used continuously.

なお、上記したクリープ損傷評価装置100における各種機能手段は、上記したように、メモリやHDD(Hard Disk Drive)等の適宜なプログラムデータベース120等の記憶装置に格納したプログラムとして実現してもよいし、ハードウェアとして実現してもよい。プログラムとして実現する場合には、余寿命評価装置100の制御手段130がプログラム実行に合わせてプログラムデータベース120より該当するプログラムを制御手段130のメモリ等に読み出して、これを実行することとなる。   Note that the various functional means in the creep damage evaluation apparatus 100 described above may be realized as a program stored in a storage device such as an appropriate program database 120 such as a memory or HDD (Hard Disk Drive), as described above. It may be realized as hardware. When implemented as a program, the control means 130 of the remaining life evaluation apparatus 100 reads the corresponding program from the program database 120 into the memory of the control means 130 in accordance with the program execution, and executes it.

なお、上記実施形態では、面心立方構造を有する材料の場合について説明したが、面心立方構造に限らず、体心立方構造でも六方最密構造でも同様にマスターカーブを作成して、着目すべき結晶方位を適切に選定することで、同様に本発明が適用できる。   In the above embodiment, the case of a material having a face-centered cubic structure has been described. However, not only the face-centered cubic structure but also a body-centered cubic structure or a hexagonal close-packed structure is similarly created and focused. The present invention can be similarly applied by appropriately selecting the power crystal orientation.

100……クリープ損傷評価装置、120……プログラムデータベース、130……制御手段、140……入出力インターフェース、150……演算データベース、160……表示手段、170……システムバス。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Creep damage evaluation apparatus, 120 ... Program database, 130 ... Control means, 140 ... Input / output interface, 150 ... Calculation database, 160 ... Display means, 170 ... System bus.

Claims (11)

クリープ損傷を受けた金属材料の損傷度を評価する金属材料のクリープ損傷評価方法であって、
試験材料を用いて、クリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係を予め求める工程と、
クリープ損傷評価を行う調査材料の結晶方位分布を計測する工程と、
計測された前記調査材料の前記結晶方位分布を、前記クリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係に当てはめて前記調査材料のクリープひずみ量を推定する工程と、
試験材料を用いて、加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を予め求める工程と、
前記加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係と、前記調査材料が受ける応力とから前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量を推定する工程と、
推定された前記調査材料のクリープひずみ量と、推定された前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量とを比較して前記調査材料の損傷度を評価する工程と
を具備したことを特徴とする金属材料のクリープ損傷評価方法。
A creep damage evaluation method for a metal material for evaluating the degree of damage of a metal material that has undergone creep damage,
Using a test material, obtaining a correlation between the amount of creep strain and the crystal orientation distribution in advance,
A process of measuring the crystal orientation distribution of the investigation material for creep damage evaluation;
Applying the measured crystal orientation distribution of the investigation material to the correlation between the creep strain amount and the crystal orientation distribution to estimate the creep strain amount of the investigation material;
Using the test material, the step of obtaining a correlation between the amount of strain reaching the accelerated creep region and the creep test stress in advance,
Estimating the amount of strain that the investigation material reaches the acceleration creep region from the correlation between the amount of strain reaching the acceleration creep region and the creep test stress, and the stress that the investigation material receives;
Comparing the estimated creep strain amount of the investigation material with the estimated strain amount of the investigation material reaching the accelerated creep region, and evaluating the damage degree of the investigation material. Of creep damage evaluation of metallic materials.
前記結晶方位分布の計測手段として、EBSP(Electron Back-Scatter Diffraction Pattern)法を用いることを特徴とする請求項1記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。   2. The creep damage evaluation method for a metal material according to claim 1, wherein an EBSP (Electron Back-Scatter Diffraction Pattern) method is used as the means for measuring the crystal orientation distribution. 前記結晶方位分布の計測手段として、X線回折法を用いることを特徴とする請求項1記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。   2. The method for evaluating creep damage of a metal material according to claim 1, wherein an X-ray diffraction method is used as means for measuring the crystal orientation distribution. 試験材料を用いてクリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係を予め求める工程において実施するクリープ試験の条件が、前記調査材料がさらされていた条件と異なることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。   The condition of the creep test performed in the step of obtaining the correlation between the creep strain amount and the crystal orientation distribution in advance using the test material is different from the condition to which the investigation material was exposed. The creep damage evaluation method for a metal material according to any one of the preceding claims. 前記クリープ試験の条件が、前記調査材料がさらされていた条件に対して温度は同等で、応力が高いことを特徴とする請求項4記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。   5. The creep damage evaluation method for a metal material according to claim 4, wherein the creep test is performed under the same temperature and high stress as compared with the condition in which the investigation material was exposed. 前記クリープ試験の条件が、前記調査材料がさらされていた条件に対して温度及び応力が高いことを特徴とする請求項4記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。   5. The creep damage evaluation method for a metal material according to claim 4, wherein the creep test conditions are higher in temperature and stress than the condition in which the investigation material was exposed. 前記クリープ試験の応力条件が、負荷直後に瞬間塑性ひずみを生じない範囲にあることを特徴とする請求項5又は6記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。   7. The method for evaluating creep damage of a metal material according to claim 5, wherein the stress condition of the creep test is in a range in which instantaneous plastic strain does not occur immediately after loading. 前記クリープ試験の温度条件が、前記調査部品がさらされていた条件におけるクリープ変形の律速過程から律速過程が変化しない範囲にあることを特徴とする請求項6記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。   The method for evaluating creep damage of a metal material according to claim 6, wherein the temperature condition of the creep test is in a range in which the rate-determining process does not change from the rate-determining process of creep deformation under the condition where the investigation part is exposed. 前記調査材料の損傷度を評価する工程において、推定された前記調査材料のクリープひずみ量が、推定された前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量以上の場合に、前記調査材料を含む部品の継続使用を不可と評価することを特徴とする請求項1〜8いずれか1項記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。   In the step of evaluating the damage degree of the investigation material, when the estimated creep strain amount of the investigation material is equal to or larger than the estimated amount of strain that the investigation material reaches the accelerated creep region, the component including the investigation material The creep damage evaluation method for a metal material according to any one of claims 1 to 8, wherein the continuous use of the metal material is evaluated as being impossible. 前記結晶方位分布の代わりにGAM(Grain Average Misorientation)値を用いることを特徴とする請求項1〜9いずれか1項記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。   The method for evaluating creep damage of a metal material according to any one of claims 1 to 9, wherein a GAM (Grain Average Misorientation) value is used instead of the crystal orientation distribution. クリープ損傷を受けた金属材料の損傷度を評価する金属材料のクリープ損傷評価装置であって、
試験材料におけるクリープひずみ量と定量化された結晶方位分布との相関関係を表す第1のデータを収容するとともに、試験材料における加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を表す第2のデータを収容するデータベースと、
前記調査材料の結晶方位分布を計測する結晶方位分布計測手段と、
前記結晶方位分布計測手段によって計測された前記調査材料の結晶方位分布を定量化する結晶方位分布定量化手段と、
前記調査材料の定量化された結晶方位分布を前記第1のデータに当てはめて前記調査材料のクリープひずみ量を推定するクリープひずみ量推定手段と、
前記第2のデータと、前記調査材料が受ける応力とから、前記調査材料が加速クリープ域に到達する加速クリープ域到達ひずみ量を推定する加速クリープ域到達ひずみ量推定手段と、
推定された前記調査材料のクリープひずみ量と、推定された前記加速クリープ域到達ひずみ量とを比較して前記調査材料の損傷度を評価する判定手段と
を具備したことを特徴とする金属材料のクリープ損傷評価装置。
A creep damage evaluation apparatus for a metal material that evaluates the degree of damage of a metal material that has undergone creep damage,
The first data representing the correlation between the amount of creep strain in the test material and the quantified crystal orientation distribution is accommodated, and the correlation between the amount of strain reaching the accelerated creep region in the test material and the creep test stress is represented. A database containing second data;
Crystal orientation distribution measuring means for measuring the crystal orientation distribution of the investigation material;
Crystal orientation distribution quantifying means for quantifying the crystal orientation distribution of the investigation material measured by the crystal orientation distribution measuring means;
A creep strain amount estimating means for applying a quantified crystal orientation distribution of the survey material to the first data to estimate a creep strain amount of the survey material;
An accelerated creep region reaching strain amount estimating means for estimating an accelerated creep region reaching strain amount at which the investigation material reaches the accelerated creep region from the second data and the stress received by the investigation material;
A judgment means for evaluating the degree of damage of the investigation material by comparing the estimated creep strain amount of the investigation material and the estimated amount of strain reaching the accelerated creep region. Creep damage evaluation device.
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