JP2011196935A - Life expectancy evaluation method - Google Patents

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Kazuhiro Kimura
一弘 木村
Kota Sawada
浩太 澤田
Keiji Kubushiro
圭司 久布白
Hirokatsu Nakagawa
博勝 中川
Takuya Ito
拓哉 伊藤
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IHI Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a life expectancy evaluation method that enables accurate evaluation of the life expectancy of a member obtained by providing repair welding on a butt welded section.SOLUTION: A life expectancy evaluation method for evaluating the life expectancy of a welded member E obtained by providing a repair welding section 14 at the boundary between a welded section W obtained by butt-welding a first base material 13a and a second base material 13a and the first base material 13a includes evaluating the creep life of the welded section W on the basis of a state of superficial tissue (tissue collection region S) of the boundary (second boundary section B2) between the welded section W and the repair welding section 14.

Description

本発明は、例えば、火力・原子力発電プラントや化学プラント等におけるボイラの高温配管における溶接部の補修溶接方法に関する。   The present invention relates to a repair welding method for a welded portion in a high-temperature piping of a boiler in, for example, a thermal power / nuclear power plant or a chemical plant.

近年、例えば、火力・原子力発電プラントや化学プラント等におけるボイラの高温配管においては、運転時間が長時間に及ぶに従い設備の劣化、頻繁な起動停止や急速な負荷変動による熱疲労などを十分に考慮した保守管理が重要になってきている。   In recent years, for example, in high-temperature piping of boilers in thermal power / nuclear power plants and chemical plants, due to long operation time, equipment deterioration, frequent start / stop, thermal fatigue due to rapid load fluctuations, etc. are fully considered Maintenance management is becoming important.

例えば、高温耐圧金属が用いられる大口径肉厚配管では、溶接部における劣化を早期に発見するため、定期的に組織検査、超音波検査などの非破壊検査が行われ、その結果に基づいて、欠陥部分の補修を行っている。
その補修技術としては、欠陥部分を両側もしくは片側から切除し、その切除した部分に肉盛溶接を施す方法が採られている。
For example, in large-diameter thick pipes that use high-temperature pressure-resistant metals, nondestructive inspections such as structural inspection and ultrasonic inspection are regularly performed in order to detect deterioration at the welded portion at an early stage. Repairing defective parts.
As a repair technique, a method is employed in which a defective portion is excised from both sides or one side, and overlay welding is applied to the excised portion.

大口径肉厚配管としては、高クロム鋼(high chrominum steel)が使用されている。そして、長期の使用により高温耐圧溶接部においてはクリープボイド又は結晶粒の粗大化が生じる。このクリープボイド等の損傷は、強度低下による破断などの要因になるおそれがある。
このクリープ損傷が肉厚配管の溶接部に生じた場合には、配管であることからクリープ損傷部分を厚さ方向にわたって全て除去することが困難となる。
High chrominum steel is used as the large diameter and thick pipe. And long-term use causes creep voids or coarsening of crystal grains in high-temperature pressure-resistant welds. The damage such as creep voids may cause breakage due to strength reduction.
When this creep damage occurs in the welded portion of the thick pipe, it is difficult to remove all of the creep damaged portion in the thickness direction because it is a pipe.

そこで、前述した補修方法により、特にクリープボイド又は結晶粒の粗大化が多く発生する溶接熱影響部(HAZ部)を表面側から所定の条件に適合するように部分的に取り除き、再溶接(補修溶接)をする技術が提案されている(特許文献1参照)。   Therefore, with the repair method described above, the weld heat affected zone (HAZ zone), where creep voids or coarsening of crystal grains occur in particular, is partially removed from the surface side so as to meet the prescribed conditions, and then re-welded (repair) A technique for welding) has been proposed (see Patent Document 1).

一方、クリープボイドは、成長しながら連結・合体し、やがて微視亀裂を形成し、この微視亀裂が更に伝播と連結を繰り返すことによって、部材全体を破壊(クリープ破壊)に至らしめる。   On the other hand, creep voids are connected and united while growing, eventually forming microcracks, and the microcracks are further propagated and connected to cause destruction of the entire member (creep fracture).

したがって、プラントを安定的に運転するためには、機器部材がクリープ破壊するまでの時間で表す余寿命を、的確に把握することが必要である。余寿命を把握する方法が提案されている(特許文献2参照)。   Therefore, in order to operate the plant stably, it is necessary to accurately grasp the remaining life represented by the time until the equipment member creeps. A method for grasping the remaining life has been proposed (see Patent Document 2).

特開2006−198658号公報JP 2006-198658 A 特許第4054833号公報Japanese Patent No. 4054833

従来の余寿命評価方法では、補修溶接部のうち、母材との境界部(図3の第一境界部B1b参照)の近傍が、クリープ強度が低い領域と認識されていることから、この領域についての余寿命評価が行われていた。   In the conventional remaining life evaluation method, the vicinity of the boundary with the base material (see the first boundary B1b in FIG. 3) of the repair weld is recognized as a region having low creep strength. The remaining life evaluation was performed.

ところが、発明者らは、突合せ溶接部に補修溶接を施した部材に対して、クリープ試験(JISZ2271)を行った結果、補修溶接を施したことで新たにクリープボイド又は結晶粒の粗大化が発生しやすい領域が発生することを確認した。
具体的には、図3に示すように、突合せ溶接部Wのうち、補修溶接部14との境界(第二境界部B2)近傍に、新たにクリープボイド又は結晶粒の粗大化が発生しやすいことを確認した。
However, as a result of performing a creep test (JISZ2271) on a member that has undergone repair welding at the butt weld, the inventors have newly developed creep voids or coarsening of crystal grains due to repair welding. It was confirmed that an easy-to-use area was generated.
Specifically, as shown in FIG. 3, creep voids or coarsening of crystal grains is likely to newly occur near the boundary (second boundary B <b> 2) with the repair weld 14 in the butt weld W. It was confirmed.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、突合せ溶接部に補修溶接を施した部材の余寿命を的確に評価することができる余寿命評価方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a remaining life evaluation method capable of accurately evaluating the remaining life of a member subjected to repair welding on a butt weld.

本発明に係る余寿命評価方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明に係る余寿命評価方法は、第一母材と第二母材を突合せ溶接した溶接部と前記第一母材との境界に補修溶接部を施した溶接部材の余寿命を評価する方法であって、前記溶接部と前記補修溶接部と境界部の表面組織の状態に基づいて前記溶接部材のクリープ余寿命を評価することを特徴とする。
The remaining life evaluation method according to the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The remaining life evaluation method according to the present invention is a method for evaluating the remaining life of a welded member in which a repair weld is applied to the boundary between a welded portion where a first base material and a second base material are butt welded and the first base material. And the creep remaining life of the said welding member is evaluated based on the state of the surface structure of the said weld part, the said repair welding part, and a boundary part, It is characterized by the above-mentioned.

また、結晶粒寸法、所定範囲内におけるボイド個数、ボイド密度又はボイド面積率に基づいて前記溶接部材のクリープ余寿命を評価することを特徴とする。   The creep remaining life of the welded member is evaluated based on the crystal grain size, the number of voids within a predetermined range, the void density, or the void area ratio.

また、余寿命の異なる複数段階における前記表面組織のサンプルを予め試験により採取し、前記溶接部材における前記表面組織の状態と前記サンプルの組織の状態を比較して、前記溶接部材のクリープ余寿命を評価することを特徴とする。   Further, samples of the surface texture in a plurality of stages having different remaining lives are collected in advance by testing, and the state of the surface texture in the welding member and the state of the structure of the sample are compared, and the creep remaining life of the welding member is determined. It is characterized by evaluating.

また、前記表面組織をレプリカ法により採取することを特徴とする。   Further, the surface texture is collected by a replica method.

また、水蒸気を発生させる蒸気ボイラに接続する蒸気配管の溶接部の余寿命評価方法として、請求項1から4のうちいずれか一項に記載の余寿命評価方法を用いることを特徴とする。   Moreover, the remaining life evaluation method as described in any one of Claim 1 to 4 is used as a remaining life evaluation method of the welding part of the steam piping connected to the steam boiler which generates water vapor | steam.

また、前記蒸気配管は、前記蒸気ボイラの過熱器又は再熱器に接続する蒸気配管であることを特徴とする。   The steam pipe is a steam pipe connected to a superheater or a reheater of the steam boiler.

本発明によれば、突合せ溶接部に補修溶接を施した部材のうち、最もクリープ強度の弱い領域(溶接部と補修溶接部の境界部近傍)において、損傷の度合いを確認するので、突合せ溶接部材の余寿命を的確に把握することができる。
また、この余寿命評価方法を、蒸気ボイラに接続される蒸気配管の補修溶接部に適用することで、蒸気ボイラの余寿命を的確に評価することができる。
According to the present invention, the degree of damage is confirmed in the region where the creep strength is weakest (near the boundary between the welded portion and the repair welded portion) among the members subjected to repair welding on the butt welded portion. It is possible to accurately grasp the remaining life of the product.
Moreover, the remaining life of a steam boiler can be evaluated accurately by applying this remaining life evaluation method to the repair welding part of the steam piping connected to a steam boiler.

発電プラントの配管系統図である。It is a piping system diagram of a power plant. 突合せ溶接した曲がり蒸気配管の断面図である。It is sectional drawing of the bending steam piping which carried out butt welding. 曲がり蒸気配管の突合せ溶接部の断面図である。It is sectional drawing of the butt welding part of a bending steam piping. 溶接部材の余寿命を評価する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which evaluates the remaining life of a welding member. サンプル部材のクリープ試験により得た、組織採取領域における組織を示す図(写真)である。It is a figure (photograph) which shows the structure | tissue in the structure | tissue collection area | region obtained by the creep test of the sample member. 母材と溶接部の境界部における応力―寿命時間の関係図である。FIG. 4 is a relationship diagram of stress-lifetime at a boundary between a base material and a weld.

以下、本発明の実施形態に係る寿命評価方法ついて、図面を参照して説明する。
(発電プラント及び蒸気ボイラ)
図1に示す発電プラントの配管系統図において、発電プラント1は、燃料を燃焼させることにより過熱蒸気を発生させる蒸気ボイラ2と、この蒸気ボイラ2で発生した過熱蒸気が後述する配管を介して供給される蒸気タービン3と、蒸気タービン3により駆動される発電機4とから構成されている。
Hereinafter, a life evaluation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Power plant and steam boiler)
In the piping system diagram of the power plant shown in FIG. 1, the power plant 1 supplies a steam boiler 2 that generates superheated steam by burning fuel, and superheated steam generated in the steam boiler 2 through a pipe that will be described later. The steam turbine 3 is configured to include a generator 4 driven by the steam turbine 3.

蒸気ボイラ2は、例えば、石炭等の燃料を燃焼させることで、水を加熱して蒸気を発生させる熱交換器の一種であり、一次過熱蒸気を発生させる過熱器10と後述する高圧タービンT1から導入された蒸気を再過熱して二次過熱蒸気を発生させる再熱器12とを備えている。   The steam boiler 2 is a kind of heat exchanger that generates steam by heating water by burning fuel such as coal, for example, from a superheater 10 that generates primary superheated steam and a high-pressure turbine T1 described later. And a reheater 12 that reheats the introduced steam to generate secondary superheated steam.

蒸気タービン3は、過熱器10で発生した一次過熱蒸気によって駆動される一次タービンとしての高圧タービンT1と、再熱器12で再加熱された二次過熱蒸気によって駆動される二次タービンとしての中圧タービンT2と、中圧タービンT2からの排気によって駆動される低圧タービンT3とを備えている。   The steam turbine 3 includes a high-pressure turbine T1 as a primary turbine driven by the primary superheated steam generated by the superheater 10 and a secondary turbine driven by the secondary superheated steam reheated by the reheater 12. A pressure turbine T2 and a low pressure turbine T3 driven by exhaust from the intermediate pressure turbine T2 are provided.

蒸気ボイラ2における過熱器10の出口側は、第1の蒸気配管6により高圧タービンT1の一端側と連通接続されており、高圧タービンT1の他端側は、第2の蒸気配管7により蒸気ボイラ2の再熱器12入口側と連通接続されている。これにより、過熱器10から供給される一次過熱蒸気は、高圧タービンT1の一端側に導入されると共に高圧タービンT1の他端側から排気される過熱蒸気は再熱器12に導入されて再過熱されるようになっている。   The outlet side of the superheater 10 in the steam boiler 2 is connected to one end side of the high-pressure turbine T1 through the first steam pipe 6, and the other end side of the high-pressure turbine T 1 is connected to the steam boiler through the second steam pipe 7. The two reheaters 12 are connected in communication with the inlet side. Thereby, the primary superheated steam supplied from the superheater 10 is introduced into one end side of the high-pressure turbine T1, and the superheated steam exhausted from the other end side of the high-pressure turbine T1 is introduced into the reheater 12 to be resuperheated. It has come to be.

また、再熱器12の出口側は、第3の蒸気配管8により中圧タービンT2の一端側に連通接続されており、中圧タービンT2の他端側は、第4の蒸気配管9により低圧タービンT3と連通接続されている。   Further, the outlet side of the reheater 12 is connected to one end side of the intermediate pressure turbine T <b> 2 by a third steam pipe 8, and the other end side of the intermediate pressure turbine T <b> 2 has a low pressure by a fourth steam pipe 9. The turbine T3 is connected in communication.

夫々のタービンT1,T2及びT3の回転軸は、これと同軸上にある発電機4の回転軸と連結され、この回転軸が各タービンT1,T2及びT3によって回転駆動されて発電される。   The rotating shafts of the respective turbines T1, T2, and T3 are connected to the rotating shaft of the generator 4 coaxially with the turbines, and the rotating shafts are rotationally driven by the turbines T1, T2, and T3 to generate electric power.

上記発電プラント1における蒸気ボイラ2の過熱器10や再熱器12に接続される蒸気配管6,8等には、高クロム鋼からなる鋼管が使用される。   Steel pipes made of high chromium steel are used for the steam pipes 6 and 8 connected to the superheater 10 and the reheater 12 of the steam boiler 2 in the power plant 1.

なお、高クロム鋼は、約9〜12wt%のクロムを含むフェライト系耐熱鋼であって、高クロム耐熱鋼とも呼ばれている。例えば、約1〜2wt%のMo(モリブデン)を含み、クリープ強度を向上させるために微量のV(酸化ニオブ)やNb(ニオブ)等が添加されている。
特に、耐用温度は約600〜650℃以下で、発電用ボイラ、タービン、原子炉等に用いられている。
The high chromium steel is a ferritic heat resistant steel containing about 9 to 12 wt% chromium and is also called a high chromium heat resistant steel. For example, it contains about 1 to 2 wt% Mo (molybdenum), and a small amount of V (niobium oxide), Nb (niobium) or the like is added to improve the creep strength.
In particular, the service temperature is about 600 to 650 ° C. or less, and it is used in power generation boilers, turbines, nuclear reactors and the like.

次に発電プラント1の作動に付き説明する。
蒸気ボイラ2に導入された水は、過熱器10によって過熱されて一次過熱蒸気となる。この一次過熱蒸気は、第1の蒸気配管6を送気して高圧タービンT1の一端側に導入されて高圧タービンT1を作動させる。高圧タービンT1の他端側から排気された過熱蒸気は、第2の蒸気配管7を送気して再熱器12に導入されて約600〜650℃以下の二次過熱蒸気となる。
Next, the operation of the power plant 1 will be described.
The water introduced into the steam boiler 2 is superheated by the superheater 10 and becomes primary superheated steam. The primary superheated steam is sent through the first steam pipe 6 and introduced into one end side of the high-pressure turbine T1 to operate the high-pressure turbine T1. The superheated steam exhausted from the other end side of the high-pressure turbine T1 is sent to the second steam pipe 7 and introduced into the reheater 12 to become secondary superheated steam of about 600 to 650 ° C. or less.

再熱器12の出口側から排気されて中圧タービンT2の一端側に導入された二次過熱蒸気は、中圧タービンT2を作動させた後、第4の蒸気配管9を介して低圧タービンT3へ導入され、この低圧タービンT3を作動させる。
このようにして、蒸気タービン3を構成する高圧タービンT1、中圧タービンT2及び低圧タービンT3が作動して発電機4を駆動することで電力が発生する。
The secondary superheated steam exhausted from the outlet side of the reheater 12 and introduced into one end side of the intermediate pressure turbine T2 operates the intermediate pressure turbine T2, and then the low pressure turbine T3 via the fourth steam pipe 9. The low-pressure turbine T3 is operated.
In this way, the high pressure turbine T1, the medium pressure turbine T2, and the low pressure turbine T3 that constitute the steam turbine 3 are operated to drive the generator 4 to generate electric power.

(蒸気配管)
次に、発電プラント1で使用される蒸気配管6,8等に付き、図2を参照して説明する。
図2には、突合せ溶接した曲がり蒸気配管Eの断面図が示されている。曲がり蒸気配管E(エルボ)は、高クロム鋼からなる複数の鋼管を繋ぎ合わせて構成したものであって、その繋ぎ合わせ部分(複数個所)には、突合せ溶接した溶接部Wが形成されている。
(Steam piping)
Next, the steam pipes 6 and 8 used in the power plant 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the bent steam pipe E butt welded. The bent steam pipe E (elbow) is constituted by joining a plurality of steel pipes made of high chromium steel, and a welded portion W that is butt welded is formed at the joined portion (plural places). .

(補修溶接)
次に、補修溶接に付き、図3(a)、(b)を参照して説明する。
図3(a)、(b)は曲がり蒸気配管の突合せ溶接部の断面を模式的に示す図である。
図3(a)、(b)において、溶接部Wは、上部が蒸気配管Eの外周面を示し下部が内周面(配管内部側面)を示している。
(Repair welding)
Next, the repair welding will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
FIGS. 3A and 3B are diagrams schematically showing a cross section of a butt weld portion of a bent steam pipe.
3A and 3B, the welded portion W has an upper portion indicating the outer peripheral surface of the steam pipe E and a lower portion indicating the inner peripheral surface (side surface of the pipe).

溶接部Wは、高クロム鋼からなる鋼管の端部を突合せ溶接したもので、第一母材13aと第二母材13bの端部を従来の突合せ溶接により接合した部分である。
溶接部Wと第一母材13aの間には、第一境界部B1aが形成される。同様に、溶接部Wと第二母材13bの間には、第一境界部B1bが形成される。
The welded portion W is a butt welded end portion of a steel pipe made of high chromium steel, and is a portion where the end portions of the first base material 13a and the second base material 13b are joined by conventional butt welding.
A first boundary B1a is formed between the welded portion W and the first base material 13a. Similarly, a first boundary B1b is formed between the welded portion W and the second base material 13b.

第一境界部B1aと第一境界部B1bには、溶接熱影響部16a,16bが含まれている。これら溶接熱影響部16a,16bは、第一境界部B1aと第一境界部B1bの外側に沿うように第一母材13aと第二母材13bに形成される。   The first boundary portion B1a and the first boundary portion B1b include welding heat affected portions 16a and 16b. These welding heat affected zone 16a, 16b are formed in the 1st base material 13a and the 2nd base material 13b so that the outside of the 1st boundary part B1a and the 1st boundary part B1b may be met.

そして、補修溶接では、先ず超音波探傷などの非破壊検査により曲がり蒸気配管Eの外周から溶接部Wを検査する。
これにより、図3(a)に示すように、例えば、第一境界部B1bの近傍にクリープボイド又は結晶粒の粗大化などの損傷Cが探査される。
In repair welding, first, the welded portion W is inspected from the outer periphery of the bent steam pipe E by nondestructive inspection such as ultrasonic flaw detection.
As a result, as shown in FIG. 3A, for example, damage C such as creep voids or coarsening of crystal grains is searched in the vicinity of the first boundary B1b.

そこで、溶接部Wの一部、すなわち、クリープボイド又は結晶粒の粗大化などの損傷Cが存在する部位を除去する(後述する図3(b)参照)。
具体的には、発見された損傷Cを完全に除去するために、板厚方向(厚みTの方向)において、損傷Cよりも深い領域まで除去する。この際、溶接部Wと第二母材13bとの第一境界部B1bの近傍のみを除去する。
Therefore, a part of the weld W, that is, a portion where damage C such as creep voids or coarsening of crystal grains exists is removed (see FIG. 3B described later).
Specifically, in order to completely remove the found damage C, the region deeper than the damage C is removed in the thickness direction (the direction of the thickness T). At this time, only the vicinity of the first boundary portion B1b between the welded portion W and the second base material 13b is removed.

次いで、図3(b)に示すように、除去された領域に新たな溶接金属を補修して、補修溶接部14を形成する。
なお、新たな溶接金属、すなわち補修溶接部14は、溶接部Wと同一材料である。また、補修溶接部14の形成方法(溶接方法)としては、アーク溶接、MIG溶接などの従来の溶接方法を用いる。
Next, as shown in FIG. 3B, a new weld metal is repaired in the removed region to form a repair weld 14.
The new weld metal, that is, the repair weld 14 is the same material as the weld W. Moreover, as a formation method (welding method) of the repair welding part 14, conventional welding methods, such as arc welding and MIG welding, are used.

(余寿命評価方法)
次に、蒸気配管Eの寿命評価方法の手順ついて、図4を参照して説明する。
図4は、溶接部材の余寿命を評価する手順を示すフローチャートである。
(Remaining life evaluation method)
Next, the procedure of the life evaluation method for the steam pipe E will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for evaluating the remaining life of the welded member.

先ず、ステップ1(ST1)では、例えば実験室において、蒸気配管Eの溶接部W(補修溶接部14を含む)と同様なサンプル部材(突合せ溶接部Wに補修溶接14を施した部材)を用意し、このサンプル部材に対してクリープ試験を行なう。
そして、クリープ試験の進行中に時間を異ならせて、サンプル部材のうち溶接部Wと補修溶接部14の境界(第二境界部B2)の表面(組織採取領域S)の組織を、例えばレプリカ法等により、複数回採取する。
なお、組織採取領域Sは、図3(b)に示す領域である。
First, in Step 1 (ST1), for example, in the laboratory, a sample member similar to the welded portion W (including the repair welded portion 14) of the steam pipe E (a member in which the repaired weld 14 is applied to the butt welded portion W) is prepared. A creep test is performed on the sample member.
Then, the structure of the surface (structure collection region S) of the boundary (second boundary portion B2) between the welded portion W and the repair welded portion 14 of the sample member is varied for example during the progress of the creep test. Collect multiple times.
Note that the tissue collection region S is a region illustrated in FIG.

そして、サンプル部材のクリープ試験により得られた寿命時間に対する組織採取領域Sの採取時の比率(つまり寿命に対する割合:余寿命)を求める。
例えば、寿命時間に対して、0%寿命時(試験開始時)、50%寿命時、80%寿命時、100%寿命時(破断時)における組織採取領域Sの組織が採取される。
具体的には、寿命時間が10万時間の場合には、クリープ試験の開始から0時間、5万時間、8万時間、10万時間が経過した時に、組織採取領域Sの組織をそれぞれ採取する。
Then, a ratio at the time of sampling the tissue sampling region S with respect to the lifetime obtained by the creep test of the sample member (that is, the ratio to the lifetime: remaining lifetime) is obtained.
For example, with respect to the life time, the tissue in the tissue collection region S at the time of 0% life (at the start of the test), 50% life, 80% life, and 100% life (at break) is collected.
Specifically, when the lifetime is 100,000 hours, the tissues in the tissue collection region S are sampled when 0 hour, 50,000 hours, 80,000 hours, and 100,000 hours have elapsed since the start of the creep test. .

図5(a)〜(d)は、サンプル部材のクリープ試験により得た、組織採取領域Sにおける組織を示す図(写真)である(余寿命が異なる4段階のサンプル写真)。
図5(a)は0%寿命時(試験開始時)、図5(b)は50%寿命時、図5(c)は80%寿命時、図5(d)は100%寿命時(破断時)における組織採取領域Sの組織図(写真)である。
なお、図5(a)〜(c)に付した目盛りは、100μmを示している。図5(d)に付した目盛りは、10μmを示している。
FIGS. 5A to 5D are diagrams (photographs) showing a structure in the tissue collection region S obtained by a creep test of a sample member (four-stage sample photographs having different remaining lives).
5 (a) is at 0% life (at the start of the test), FIG. 5 (b) is at 50% life, FIG. 5 (c) is at 80% life, and FIG. 5 (d) is at 100% life (fracture). It is an organization chart (photograph) of organization collection field S in (time).
In addition, the scale attached | subjected to Fig.5 (a)-(c) has shown 100 micrometers. The scale attached to FIG. 5 (d) indicates 10 μm.

次に、ステップ2(ST2)では、発電プラント1の曲り蒸気配管6,8(蒸気配管E)のうち溶接部Wと補修溶接部14の境界(第二境界部B2)の表面(組織採取領域S)の組織を、例えばレプリカ法等により採取する(図3(b)参照)。
なお、レプリカ法とは、材料の表面の組織を研磨及び腐食にて現出した領域にフィルムを貼り付け、凹凸を転写して、材料の組織を観察する手法である。
Next, in step 2 (ST2), the surface (structure collection region) of the boundary (second boundary B2) between the welded portion W and the repair welded portion 14 in the bent steam pipes 6 and 8 (steam pipe E) of the power plant 1. The tissue of S) is collected by, for example, the replica method (see FIG. 3B).
Note that the replica method is a method in which a film is attached to a region where a surface structure of a material has been revealed by polishing and corrosion, and irregularities are transferred to observe the material structure.

そして、最後に、ステップ3(ST3)では、蒸気配管6,8(蒸気配管E)の組織採取領域Sから採取した組織と、サンプル部材の組織採取領域Sから採取した組織(余寿命が異なる4段階の組織)とを比較する。   Finally, in step 3 (ST3), the tissue collected from the tissue collection region S of the steam pipes 6 and 8 (steam piping E) and the tissue collected from the tissue collection region S of the sample member (remaining lifespan is different 4). The organization of the stage).

例えば、各種測定装置を用いて、結晶粒寸法、クリープボイド数、クリープボイド面積率、クリープボイド密度等を測定し、サンプル部材におけるそれらの値と対比する。これにより、蒸気配管6,8(蒸気配管E)の溶接部Wの余寿命を推定・評価することができる。   For example, using various measuring devices, the crystal grain size, the number of creep voids, the creep void area ratio, the creep void density, and the like are measured and compared with those values in the sample member. Thereby, the remaining life of the welded part W of the steam pipes 6 and 8 (steam pipe E) can be estimated and evaluated.

例えば、結晶粒寸法(結晶粒の粗大化の程度)を比較して、蒸気配管6,8(蒸気配管E)の溶接部Wの余寿命を推定・評価する場合について説明する。
結晶粒寸法、すなわち結晶粒の粗大化の程度は、それが大きい程、材料の再結晶が進んでおり、材料劣化が進展していることを示す。また、結晶粒の寸法測定手法としては、光学顕微鏡を用いた線分析法が好適である。
For example, the case where the remaining life of the welded portion W of the steam pipes 6 and 8 (steam pipe E) is estimated and evaluated by comparing the crystal grain size (degree of coarsening of the crystal grains) will be described.
The larger the crystal grain size, that is, the degree of coarsening of the crystal grain, indicates that the recrystallization of the material has progressed and the material deterioration has progressed. As a method for measuring the size of crystal grains, a line analysis method using an optical microscope is suitable.

結晶粒寸法(結晶粒の粗大化の程度)は、図5(a)に示す組織では0%寿命時、図5(b)に示す組織では50%寿命時、図5(c)に示す組織では80%寿命時、図5(d)に示す組織では100%寿命時であると、予め確認(計側)できている。
そして、例えば、蒸気配管6,8(蒸気配管E)の組織採取領域Sの結晶粒寸法(結晶粒の粗大化の程度)が、サンプル部材の50%寿命時の結晶粒寸法と同程度であると確認できた場合には、蒸気配管6,8(蒸気配管E)の寿命が50%以上経過している、言い換えれば余寿命が5万時間以内であると推定・評価できる。
The crystal grain size (degree of coarsening of crystal grains) is the structure shown in FIG. 5 (a) at the time of 0% life, the structure shown in FIG. 5 (b) at the life of 50%, and the structure shown in FIG. 5 (c). Then, it can be confirmed in advance (measurement side) that the life is 80%, and the structure shown in FIG.
For example, the crystal grain size (degree of coarsening of crystal grains) of the structure collection region S of the steam pipes 6 and 8 (steam pipe E) is approximately the same as the crystal grain size at the time of 50% life of the sample member. It can be estimated and evaluated that the lifetime of the steam pipes 6 and 8 (steam pipe E) is 50% or more, in other words, the remaining life is within 50,000 hours.

更に、例えば、寿命の80%以上が経過している(余寿命が2万時間以内)と推定・評価された場合には、蒸気配管6,8(蒸気配管E)の使用を中止して、蒸気配管6,8(蒸気配管E)の交換等の本格補修を行うか否かを判断することができる。   Furthermore, for example, when it is estimated and evaluated that 80% or more of the lifetime has passed (remaining lifetime is within 20,000 hours), stop using the steam pipes 6 and 8 (steam pipe E), It is possible to determine whether or not to perform full-scale repair such as replacement of the steam pipes 6 and 8 (steam pipe E).

このように、予め用意したサンプル部材のクリープ試験時の組織(余寿命が異なる4段階のサンプル写真)と、実機(蒸気配管6,8(蒸気配管E))の組織を比較することで、実機の余寿命を容易に推定・評価することができる。   Thus, by comparing the structure of the prepared sample member during the creep test (four-stage sample photos with different remaining lives) with the structure of the actual machine (steam piping 6, 8 (steam piping E)), the actual machine It is possible to easily estimate / evaluate the remaining lifetime.

(補修溶接部のクリープ試験)
ここで、上述した寿命評価方法において、溶接部Wと補修溶接部14の境界(第二境界部B2)の表面(組織採取領域S)の組織を採取して、その組織状態に基づいて余寿命を推定・評価する根拠について説明する。
具体的には、補修溶接部のクリープ試験に付き、図6(a)〜(c)及び図3を参照して説明する。このクリープ試験(JISZ2271)は、図3(b)に示す溶接部Wに対して行ったものある。
(Creep test for repair welds)
Here, in the life evaluation method described above, the structure of the surface (structure collection region S) of the boundary (second boundary part B2) between the welded portion W and the repair welded portion 14 is collected, and the remaining life is determined based on the structure state. Explain the basis for estimating and evaluating.
Specifically, it will be described with reference to FIGS. 6A to 6C and FIG. This creep test (JISZ2271) was performed on the welded portion W shown in FIG.

図3(b)に示す溶接部Wは、従来の補修溶接を施したもの、すなわち、損傷Cの近傍領域のみ(溶接部Wと第二母材13bとの第一境界部B1b含む領域)を除去したものである。言い換えれば、第一境界部B1aを残しつつ、第一境界部B1bを含む領域のみを除去する。
そして、除去された領域に、新たな溶接金属を補修して、補修溶接部14を形成している。
なお、上述したように、溶接部Wのうち、補修溶接部14との境界を第二境界部B2と呼ぶ。
The welded portion W shown in FIG. 3 (b) is the one subjected to conventional repair welding, that is, only the region near the damage C (the region including the first boundary B1b between the welded portion W and the second base material 13b). It has been removed. In other words, only the region including the first boundary B1b is removed while leaving the first boundary B1a.
And the repair welding part 14 is formed by repairing a new weld metal in the removed area | region.
In addition, as above-mentioned, the boundary with the repair welding part 14 among the welding parts W is called 2nd boundary part B2.

図6(a)〜(c)は、母材と溶接部の境界部における応力-寿命時間の関係図である。
図6(a)〜(c)において、縦軸は応力(MPa)を示し、横軸は寿命時間(h)を示している(両対数グラフ)。
そして、曲線M1は、母材自体(高クロム鋼)のクリープ強度曲線を示す。曲線B1は、第一境界部B1(第一境界部B1a,B1b)のクリープ強度曲線を示す。曲線B2は、第二境界部B2のクリープ強度曲線を示す。
FIGS. 6A to 6C are stress-lifetime relationship diagrams at the boundary between the base material and the weld.
6A to 6C, the vertical axis represents stress (MPa), and the horizontal axis represents lifetime (h) (log-log graph).
A curve M1 indicates a creep strength curve of the base material itself (high chromium steel). Curve B1 shows the creep strength curve of the first boundary B1 (first boundary B1a, B1b). A curve B2 indicates a creep strength curve of the second boundary portion B2.

図6(a)は、675℃におけるクリープ強度を示す図である。
図6(a)に示すように、675℃で4Mpaの引張応力を作用させた場合には、母材自体の寿命時間を1とすると、第一境界部B1の寿命時間は2/3、第二境界部B2の寿命時間は1/4程度である(つまり短寿命)ことが確認できる。
FIG. 6A shows the creep strength at 675 ° C.
As shown in FIG. 6A, when a tensile stress of 4 Mpa is applied at 675 ° C., assuming that the lifetime of the base material itself is 1, the lifetime of the first boundary B1 is 2/3, It can be confirmed that the lifetime of the two boundary portions B2 is about 1/4 (that is, a short lifetime).

図6(b)は、650℃におけるクリープ強度を示す図である。
図6(b)に示すように、650℃で6Mpaの引張応力を作用させた場合には、母材自体の寿命時間を1とすると、第一境界部B1の寿命時間は1/2、第二境界部B2の寿命時間は1/6程度である(つまり短寿命)ことが確認できる。
FIG. 6B is a diagram showing the creep strength at 650 ° C.
As shown in FIG. 6B, when a tensile stress of 6 Mpa is applied at 650 ° C., assuming that the lifetime of the base material itself is 1, the lifetime of the first boundary B1 is 1/2, It can be confirmed that the lifetime of the two boundary portions B2 is about 1/6 (that is, a short lifetime).

図6(c)は、625℃におけるクリープ強度を示す図である。
図6(c)に示すように、625℃で8Mpaの引張応力を作用させた場合には、母材自体の寿命時間を1とすると、第一境界部B1の寿命時間は1/2、第二境界部B2の寿命時間は1/4程度である(つまり短寿命)ことが確認できる。
FIG.6 (c) is a figure which shows the creep strength in 625 degreeC.
As shown in FIG. 6C, when a tensile stress of 8 Mpa is applied at 625 ° C., assuming that the lifetime of the base material itself is 1, the lifetime of the first boundary B1 is 1/2, It can be confirmed that the lifetime of the two boundary portions B2 is about 1/4 (that is, a short lifetime).

図6(a)〜(c)から明らかなように、第二境界部B2、すなわち、溶接部Wと補修溶接部14との境界近傍が、最もクリープ強度が低い領域であると認められる。つまり、最初の溶接部(溶接部W)と後から追加した溶接部(補修溶接部14)との境界近傍が最もクリープ強度が低い領域であると認められる。   As apparent from FIGS. 6A to 6C, the second boundary portion B2, that is, the vicinity of the boundary between the welded portion W and the repair welded portion 14, is recognized as the region having the lowest creep strength. That is, it is recognized that the vicinity of the boundary between the first welded portion (welded portion W) and the welded portion (repair welded portion 14) added later is the region having the lowest creep strength.

したがって、金属組織の状態(変化,遷移)により余寿命を推定・評価する場合には、最もクリープ強度が低い領域(組織採取領域S)の組織を採取することが望ましいことが分かる。   Therefore, it can be seen that when the remaining life is estimated / evaluated by the state (change, transition) of the metal structure, it is desirable to collect the structure in the region having the lowest creep strength (structure collection region S).

以上、説明したように、予め用意したサンプル部材のクリープ試験時の組織(4段階のサンプル写真)と、実機の組織を比較することで、実機(蒸気配管6,8(蒸気配管E))の余寿命を、容易に推定・評価することができる。
特に、最もクリープ強度が低い(クリープボイド又は結晶粒の粗大化が発生しやすい)領域の組織同士を比較することで、補修溶接部におけるクリープ破壊点までの余寿命を正確に判断することができる。
As described above, by comparing the structure of the sample member prepared in advance during the creep test (four-stage sample photograph) and the structure of the actual machine, the actual machine (steam pipes 6 and 8 (steam pipe E)) The remaining life can be easily estimated and evaluated.
In particular, by comparing the structures of the regions with the lowest creep strength (where creep voids or coarsening of crystal grains are likely to occur), it is possible to accurately determine the remaining life to the creep fracture point in the repair weld. .

そして、この余寿命評価方法を、水蒸気を発生させる蒸気ボイラに接続される蒸気配管の補修溶接部に適用することで、蒸気ボイラの余寿命を的確に把握することができる。   And by applying this remaining life evaluation method to the repair welded portion of the steam pipe connected to the steam boiler that generates steam, the remaining life of the steam boiler can be accurately grasped.

なお、前述した実施の形態で示した補修溶接方法は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   The repair welding method shown in the above-described embodiment is an example, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、金属組織の測定方法として、レプリカ法の他、超音波法やSPD法、EBSP法等を用いてもよい。
何れの測定方法を用いた場合であっても、溶接部Wと補修溶接部14と境界部(第二境界部B2)の表面組織の状態に基づいて、溶接部の余寿命を推定・評価するものであればよい。
For example, as a method for measuring the metal structure, an ultrasonic method, an SPD method, an EBSP method, or the like may be used in addition to the replica method.
Regardless of which measurement method is used, the remaining life of the welded portion is estimated and evaluated based on the surface texture of the welded portion W, the repair welded portion 14, and the boundary portion (second boundary portion B2). Anything is acceptable.

また、結晶粒寸法を対比する場合に限らず、所定範囲内におけるクリープボイド面積率、クリープボイド個数、クリープボイド密度を対比する場合であってもよい。
また、サンプル部材の組織採取領域Sにおける余寿命の異なる4段階の金属組織写真を用いる場合について説明したが、更に多段階の金属組織写真等を用いてもよい。
Further, the present invention is not limited to the case of comparing the crystal grain size, and may be the case of comparing the creep void area ratio, the number of creep voids, and the creep void density within a predetermined range.
Moreover, although the case where the four-stage metal structure photograph in which the remaining life in the structure | tissue extraction area | region S of a sample member differs was demonstrated, you may use a multi-stage metal structure photograph etc. further.

また、蒸気配管6,8(蒸気配管E)の余寿命を推定・評価した後の処置等(本格補修等を行う判断基準)は、任意に設定することができる。   Further, the treatment after estimating and evaluating the remaining life of the steam pipes 6 and 8 (steam pipe E) (determination criteria for performing full-scale repair or the like) can be arbitrarily set.

1…発電プラント、 2…蒸気ボイラ、 6,8,E…蒸気配管(溶接部材)、 10…過熱器、 12…再熱器、 13a…第一母材、 13b…第二母材、 14…補修溶接部、 B1(B1a,B1b)…第一境界部、 B2…第二境界部、 C…損傷、 W…溶接部、 S…組織採取領域(表面)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power plant, 2 ... Steam boiler, 6,8, E ... Steam piping (welding member), 10 ... Superheater, 12 ... Reheater, 13a ... First base material, 13b ... Second base material, 14 ... Repair weld, B1 (B1a, B1b) ... first boundary, B2 ... second boundary, C ... damage, W ... weld, S ... tissue collection area (surface)

Claims (6)

第一母材と第二母材を突合せ溶接した溶接部と前記第一母材との境界に補修溶接部を施した溶接部材の余寿命を評価する方法であって、
前記溶接部と前記補修溶接部と境界部の表面組織の状態に基づいて前記溶接部材のクリープ余寿命を評価することを特徴とする余寿命評価方法。
A method for evaluating the remaining life of a welded member in which a repair weld is applied to the boundary between the first base metal and a weld portion where the first base material and the second base material are butt-welded,
The remaining life evaluation method characterized by evaluating the creep remaining life of the said welding member based on the state of the surface structure of the said weld part, the said repair welding part, and a boundary part.
結晶粒寸法、所定範囲内におけるボイド個数、ボイド密度又はボイド面積率に基づいて前記溶接部材のクリープ余寿命を評価することを特徴とする請求項1に記載の余寿命評価方法。   The remaining life evaluation method according to claim 1, wherein the remaining life of creep of the welded member is evaluated based on crystal grain size, number of voids within a predetermined range, void density, or void area ratio. 余寿命の異なる複数段階における前記表面組織のサンプルを予め試験により採取し、前記溶接部材における前記表面組織の状態と前記サンプルの組織の状態を比較して、前記溶接部材のクリープ余寿命を評価することを特徴とする請求項1に記載の余寿命評価方法。   Samples of the surface texture in a plurality of stages having different remaining lives are collected in advance by testing, and the creep remaining life of the welding member is evaluated by comparing the state of the surface structure of the welding member with the state of the structure of the sample. The remaining life evaluation method according to claim 1. 前記表面組織をレプリカ法により採取することを特徴とする請求項1から3のうちいずれか一項に記載の余寿命評価方法。   The remaining life evaluation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface texture is collected by a replica method. 水蒸気を発生させる蒸気ボイラに接続する蒸気配管の溶接部の余寿命評価方法として、請求項1から4のうちいずれか一項に記載の余寿命評価方法を用いることを特徴とする余寿命評価方法。   The remaining life evaluation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the remaining life evaluation method according to any one of claims 1 to 4 is used as a remaining life evaluation method for a welded portion of a steam pipe connected to a steam boiler that generates steam. . 前記蒸気配管は、前記蒸気ボイラの過熱器又は再熱器に接続する蒸気配管であることを特徴とする請求項5に記載の余寿命評価方法。   The remaining life evaluation method according to claim 5, wherein the steam pipe is a steam pipe connected to a superheater or a reheater of the steam boiler.
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