JP2013113144A - Secular bending amount predicting method for structural member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タービンロータをはじめとする構造部材の経年曲がり量を非破壊評価により予測する経年曲がり量予測方法に関するものである。 The present invention relates to an aged amount prediction method for predicting an aged amount of a structural member such as a turbine rotor by nondestructive evaluation.
例えば、高温高圧用蒸気タービンに用いられるロータには、運転時間の増加とともに、ロータ振れ量（経年曲がり量）が増大する経年曲がり事象が生じる。このロータ振れ量が許容値を超えた場合、運転を停止してバランス調整を行う等の対策が必要となる。 For example, in a rotor used for a high-temperature and high-pressure steam turbine, an aged bending event occurs in which the amount of runout of the rotor (the amount of aged bending) increases as the operating time increases. When the rotor runout amount exceeds the allowable value, it is necessary to take measures such as stopping the operation and adjusting the balance.
ロータの経年曲がり事象は、高温かつ遠心力を負荷されて使用されたことに起因するクリープ変形にともなって発生するクリープひずみが、ロータの周方向に不均一に発生することにより生じるものである。したがって、経年曲がり事象を発生させないためには、ロータ製造時の周方向におけるクリープ強度のばらつきを極力低減することが重要である。クリープ強度の周方向における分布をロータの製造時に詳細に把握することは困難であり、従来、ロータ製造時のプロセス管理によって周方向に均質な特性を有するロータとする対策が取られていた。しかしながら、近年の蒸気タービンの蒸気温度の高温化により、ロータには経年曲がり事象がさらに顕在化する可能性があり、経年曲がり量の予測手法の確立が求められていた。 The aging bending event of the rotor is caused by nonuniform generation of creep strain in the circumferential direction of the rotor caused by creep deformation due to high temperature and centrifugal force being applied. Therefore, in order not to cause an aged bending event, it is important to reduce the variation in creep strength in the circumferential direction at the time of manufacturing the rotor as much as possible. It is difficult to grasp the distribution of the creep strength in the circumferential direction in detail during the manufacture of the rotor, and conventionally, measures have been taken to obtain a rotor having homogeneous characteristics in the circumferential direction by process management during the manufacture of the rotor. However, with the recent increase in the steam temperature of steam turbines, there is a possibility that an aged bending event may become more apparent in the rotor, and it has been required to establish a method for predicting the amount of aged bending.
タービンロータ経年曲がり予測手法として、例えば特許文献１では、ロータ外周の削り代部分より複数のクリープ試験片をロータの周方向から採取してクリープ試験を行い、このクリープ伸びの差からタービンロータの経年曲がりを予測評価する手法を提案している。
また、特許文献２では、予め定めたクリープ曲線に炭化物の分布状況を対応させて、クリープひずみを評価する方法を提案している。
As a turbine rotor aged bending prediction method, for example, in Patent Document 1, a plurality of creep test pieces are sampled from the circumferential direction of the rotor from a cutting allowance portion on the outer periphery of the rotor, and a creep test is performed. A method for predicting and evaluating bending is proposed.
Patent Document 2 proposes a method of evaluating creep strain by associating carbide distribution with a predetermined creep curve.
ところで、特許文献１では、実際に使用されている構造部材からクリープ試験片を採取してクリープ伸びを評価しているが、試験に長時間を必要とする問題があった。さらには、運転時に最も高温となる部位において、試験片を採取するための十分な余肉がない場合があり問題があった。
また、特許文献２に開示されたクリープによる構造部材の損傷評価方法は、構造部材の劣化度を評価するものであり、経年曲がり量を評価し予測できるものではなかった。
By the way, in patent document 1, although the creep test piece was extract | collected from the structural member actually used and creep extension was evaluated, there existed a problem which requires a long time for a test. Furthermore, there is a problem in that there is not enough surplus for collecting a test piece at the highest temperature during operation.
Moreover, the damage evaluation method of the structural member by creep disclosed in Patent Document 2 evaluates the degree of deterioration of the structural member, and cannot evaluate and predict the amount of bending over time.
この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、高温、高負荷応力等の環境で使用されクリープ変形が生じる構造部材において、構造部材の経年曲がり量を予測する経年曲がり量予測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 in a structural member that is used in an environment such as a high temperature and a high load stress and undergoes creep deformation, a method for predicting the amount of aged bending of a structural member is provided. The purpose is to provide.
前述の課題を解決するために、本発明は、構造部材の経年曲がり量を予測する経年曲がり量予測方法であって、前記構造部材のクリープ強度に影響を及ぼす因子の前記構造部材の周方向における偏差比を、クリープ速度の周方向における分布の偏差比としてＦＥＭクリープ解析を行うことを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a method for predicting the amount of aged bending of a structural member, and is a method for predicting the amount of aged bending of a structural member, and a factor affecting the creep strength of the structural member in the circumferential direction of the structural member. FEM creep analysis is performed using the deviation ratio as the deviation ratio of the distribution in the circumferential direction of the creep speed.
本発明の経年曲がり量予測方法によれば、構造部材のクリープ強度に影響を及ぼす因子の周方向における偏差比を、クリープ速度の周方向の分布の偏差比として用いてＦＥＭクリープ解析を実施する。そのため、構造部材のＦＥＭクリープ解析によって、経年曲がり量を算出することができ、構造部材の経年曲がり量を予測することが可能となる。 According to the method for predicting the amount of aged curve of the present invention, the FEM creep analysis is performed using the deviation ratio in the circumferential direction of the factor affecting the creep strength of the structural member as the deviation ratio of the circumferential distribution of the creep speed. Therefore, the amount of aging bend can be calculated by FEM creep analysis of the structural member, and the amount of aging bend of the structural member can be predicted.
また、前記構造部材のクリープ強度に影響を及ぼす因子の周方向における値を少なくとも一つ以上測定し、測定する因子が一つの場合には、前記因子の測定値から周方向における偏差比を算出し、該偏差比をクリープ速度の周方向における分布の偏差比とし、測定する因子が複数の場合には、前記複数の因子の測定値から各因子の周方向における偏差比を算出し、該偏差比が最大となる因子を抽出し、該偏差比が最大となる因子をクリープ速度の周方向における分布の偏差比とすることが好ましい。 In addition, at least one factor in the circumferential direction that affects the creep strength of the structural member is measured, and when there is one factor to be measured, a deviation ratio in the circumferential direction is calculated from the measured value of the factor. The deviation ratio is a deviation ratio of the distribution in the circumferential direction of the creep speed, and when there are a plurality of factors to be measured, the deviation ratio in the circumferential direction of each factor is calculated from the measured values of the plurality of factors, and the deviation ratio is calculated. It is preferable to extract a factor that maximizes the deviation ratio, and to set the factor that maximizes the deviation ratio as the deviation ratio of the creep speed distribution in the circumferential direction.
ＦＥＭ解析の前に、クリープ強度に影響を及ぼす因子を測定することにより、特定の因子について周方向の偏差比を求めることができる。また、クリープ強度に影響を及ぼす複数の因子から偏差比が最大となる因子を抽出し、この偏差比が最となる因子の偏差比をクリープ速度の周方向の分布の偏差比として用いてＦＥＭクリープ解析を行うことにより、経年曲がり量の予測精度を向上させることが可能となる。 By measuring a factor that affects the creep strength before the FEM analysis, a circumferential deviation ratio can be obtained for a specific factor. Also, the factor that maximizes the deviation ratio is extracted from a plurality of factors that affect the creep strength, and the deviation ratio of the factor that maximizes the deviation ratio is used as the deviation ratio of the circumferential distribution of the creep speed. By performing the analysis, it is possible to improve the prediction accuracy of the amount of aged bending.
また、前記因子として、硬さ、結晶粒度、又は析出物の分布のなかからいずれか一つ以上を用いても良い。
クリープ強度に影響を及ぼす因子を、硬さ、結晶粒度、析出物の分布のうちのいずれ一つ以上を選択することにより、構造部材のクリープ強度を正確に把握することができ、ＦＥＭ解析の精度を向上させることが可能となる。また、これらの硬さ、結晶粒度、析出物の分布は、非破壊評価により測定することができるので、運転時に最も高温となる部位からクリープ試験片を採取する余肉が無い場合でも当該部を評価することができ、経年曲がり量の評価精度を高めることができる。
Further, as the factor, any one or more of hardness, crystal grain size, and precipitate distribution may be used.
By selecting one or more of hardness, crystal grain size, and precipitate distribution as factors that affect creep strength, the creep strength of structural members can be accurately grasped, and the accuracy of FEM analysis Can be improved. In addition, since the hardness, crystal grain size, and distribution of precipitates can be measured by nondestructive evaluation, even if there is no surplus to collect a creep test piece from the highest temperature part during operation, It can be evaluated, and the evaluation accuracy of the amount of bending over time can be improved.
また、前記析出物の分布として、全析出物の個数に対する１００ｎｍ以下の微細析出物の個数を用いても良い。
クリープ強度に影響を及ぼす因子である析出物の分布を、全析出物の個数に対する１００ｎｍ以下の微細析出物の個数率とすることにより、クリープ強度に寄与する微細析出物の分布を把握することができ、ＦＥＭ解析の精度を向上させることが可能となる。
Further, as the distribution of the precipitates, the number of fine precipitates of 100 nm or less with respect to the total number of precipitates may be used.
It is possible to grasp the distribution of fine precipitates contributing to the creep strength by making the precipitate distribution, which is a factor affecting the creep strength, the number ratio of fine precipitates of 100 nm or less with respect to the total number of precipitates. It is possible to improve the accuracy of the FEM analysis.
また、前記析出物として、ＭＸ型炭窒化物の析出物を用いても良い。
析出物をＭＸ型炭窒化物の析出物とすることにより、クリープ強度に寄与する微細析出物の分布を把握することができ、ＦＥＭ解析の精度を向上させることが可能となる。
Moreover, you may use the deposit of MX type carbonitride as the said precipitate.
By using precipitates of MX-type carbonitrides as the precipitates, it is possible to grasp the distribution of fine precipitates that contribute to the creep strength and improve the accuracy of FEM analysis.
さらに、本発明の構造部材の保全方法は、上記の経年曲がり量予測方法を、高クロム鋼で構成されたタービンロータに適用することを特徴としている。
高クロム鋼は、高強度かつ耐熱性が良好であり、高応力負荷かつ高温環境において使用される。この高クロム鋼で構成されたタービンロータは、高温かつ遠心力が負荷される厳しい環境下で使用され、クリープにより経年曲がりが生じる。このようなタービンロータに上述の経年曲がり量予測方法を適用することによって、使用環境が厳しく、評価が難しいタービンロータの経年曲がり量を予測し、経年曲がりに対する保全を効率的に行うことが可能となる。
Furthermore, the structural member maintenance method of the present invention is characterized in that the above-described method for predicting the amount of aging is applied to a turbine rotor made of high chromium steel.
High chromium steel has high strength and good heat resistance, and is used in a high stress load and high temperature environment. The turbine rotor made of this high chromium steel is used in a severe environment in which high temperature and centrifugal force are applied, and aged due to creep. By applying the above-mentioned method of predicting the amount of aging to such a turbine rotor, it is possible to predict the amount of aging of the turbine rotor, which is difficult to evaluate and to be used in a difficult environment, and to efficiently perform maintenance against aging. Become.
本発明によれば、高温、高負荷応力等の環境で使用されクリープ変形が生じる構造部材において、構造部材の経年曲がり量を予測する経年曲がり量予測方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the aged curve amount prediction method which estimates the aged curve amount of a structural member in the structural member which is used in environments, such as high temperature and a high load stress, and undergoes creep deformation can be provided.
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態は、高温、高負荷応力環境で使用されるタービンロータ（構造部材）の経年曲がり量を予測する経年曲がり量予測方法に関するものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
The present embodiment relates to an aged bending amount prediction method for predicting an aged bending amount of a turbine rotor (structural member) used in a high temperature and high load stress environment.
本実施形態の経年曲がり量予測方法が評価の対象とするタービンロータ１は、図１（ａ）で示すように、長手方向において径が変化する形状をしており、タービンロータ１の断面は図１（ｂ）で示すように円形状となっている。このタービンロータ１は、実際の操業時には高速回転による遠心力が負荷された高温環境下で使用されるため、クリープ変形が生じてタービンロータ１に経年曲がりが生じることとなる。
本実施形態では、後述する方法により図１のＡ〜Ｈの点（タービンロータ１の周方向に４５°毎に測定評価箇所が８点与えられている。）においてクリープ強度が把握される。
As shown in FIG. 1A, the turbine rotor 1 to be evaluated by the method for predicting the amount of aged curve according to the present embodiment has a shape whose diameter changes in the longitudinal direction. As shown by 1 (b), it is circular. The turbine rotor 1 is used in a high-temperature environment in which a centrifugal force due to high-speed rotation is applied during actual operation. Therefore, creep deformation occurs and the turbine rotor 1 is bent over time.
In this embodiment, the creep strength is grasped at points A to H in FIG. 1 (eight measurement evaluation points are given every 45 ° in the circumferential direction of the turbine rotor 1) by a method described later.
本実施形態のタービンロータ１は、高強度かつ耐熱性が優れる高クロム鋼で構成されている。具体的には、例えば、９クロム鋼や１２クロム鋼などが挙げられ、必要に応じて最適な材料を使用すれば良い。
高クロム鋼の金属組織には、ニオブ（Ｎｂ）又はバナジウム（Ｖ）が、炭素又は窒素と化合物を形成したＭＸ型炭窒化物や、クロム（Ｃｒ）が炭素と化合物を形成したＭ２３Ｃ６等が析出している。このうち、結晶粒内の微細なＭＸ型化合物は、クリープ強度を向上させる効果がある。
The turbine rotor 1 of the present embodiment is made of high chromium steel having high strength and excellent heat resistance. Specifically, for example, 9 chrome steel, 12 chrome steel, and the like may be used, and an optimal material may be used as necessary.
In the metal structure of high chromium steel, niobium (Nb) or vanadium (V) precipitates MX type carbonitride in which a compound with carbon or nitrogen is formed, M23C6 in which chromium (Cr) forms a compound with carbon, etc. doing. Among these, the fine MX type compound in the crystal grains has an effect of improving the creep strength.
次に、本実施形態の経年曲がり量予測方法の手順について説明する。本実施形態の経年曲がり量予測方法は、図２で示すフロー図の手順に従って、構造物のクリープ強度に影響を及ぼす因子の周方向における偏差比を、クリープ速度の周方向の分布の偏差比としてＦＥＭクリープ解析を行い、曲がり量を算出するものである。この経年曲がり量予測方法は、例えば、測定工程Ｓ１０と、抽出工程Ｓ２０と、解析工程Ｓ３０と、を備えている。以下に、手順の詳細について説明する。 Next, the procedure of the aged curve amount prediction method of this embodiment will be described. According to the method of predicting the amount of aged curve of the present embodiment, the deviation ratio in the circumferential direction of the factor affecting the creep strength of the structure is determined as the deviation ratio of the distribution in the circumferential direction of the creep speed according to the flow chart shown in FIG. FEM creep analysis is performed to calculate the amount of bending. This aging curve amount prediction method includes, for example, a measurement step S10, an extraction step S20, and an analysis step S30. Details of the procedure will be described below.
（測定工程Ｓ１０）
まず、周方向のクリープ強度を把握するために、クリープ強度に影響を及ぼす因子について測定を行う。本実施形態では、測定箇所は、図１で示したように、タービンロータ１の周方向のＡ〜Ｈの８箇所とされている。本実施形態では、クリープ強度に影響を及ぼす硬さ、結晶粒度、析出物の分布の３つの因子について測定を行っている。なお、これらの測定は、非破壊の測定手法によって行われる。以下に、各測定方法の詳細について説明する。
(Measurement step S10)
First, in order to grasp the creep strength in the circumferential direction, the factors affecting the creep strength are measured. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the measurement locations are 8 locations A to H in the circumferential direction of the turbine rotor 1. In the present embodiment, measurement is performed for three factors that affect the creep strength: hardness, crystal grain size, and precipitate distribution. Note that these measurements are performed by a nondestructive measurement technique. Below, the detail of each measuring method is demonstrated.
（硬さ測定Ｓ１１）
硬さ測定Ｓ１１は、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に準拠してブリネル硬さ試験により行われる。また、エコーチップや超音波硬さ計などを用いて測定しても良い。
(Hardness measurement S11)
The hardness measurement S11 is performed by a Brinell hardness test in accordance with JIS Z 2243. Moreover, you may measure using an echo chip, an ultrasonic hardness meter, etc.
（結晶粒度測定Ｓ１２）
例えば、結晶粒度測定Ｓ１２のために、組織レプリカを採取することにより金属組織観察が行われる。組織レプリカは、研磨後にエッチング処理を施して現出させた測定部位の表面の金属組織に対応する凹凸を、レプリカフィルムに転写することによって得られる。この転写したレプリカの凹凸を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡などを用いて組織観察を行う。金属組織写真を用いて、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に準拠して結晶粒度を測定する。
(Crystal grain size measurement S12)
For example, the metal structure observation is performed by collecting a structure replica for the crystal grain size measurement S12. The tissue replica can be obtained by transferring, to a replica film, irregularities corresponding to the metal structure of the surface of the measurement site that has been exposed by etching after polishing. The texture of the transferred replica is observed with an optical microscope or a scanning electron microscope. The crystal grain size is measured according to JIS G 0551 using a metallographic photograph.
（析出物の分布測定Ｓ１３）
析出物の分布は、例えば、抽出レプリカを採取することによって測定される。抽出レプリカは、測定部位を研磨後に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、このエッチング面にレプリカフィルムを貼り付けて、乾燥後に剥がして対象部位の析出物を転写し付着させることによって得られる。そして、この抽出レプリカを走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などを用いて析出物の観察を行う。得られた組織観察写真から、例えば微細析出物の個数などの析出物の分布を解析する。
(Precipitation distribution measurement S13)
The distribution of precipitates is measured, for example, by taking an extracted replica. The extracted replica is etched by polishing until the structure appears after polishing the measurement site, applying a replica film on this etched surface, peeling off after drying, and transferring and depositing deposits on the target site can get. Then, the extracted replica is observed with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. From the obtained structure observation photograph, for example, the distribution of precipitates such as the number of fine precipitates is analyzed.
（抽出工程Ｓ２０）
上述のようにしてタービンロータ１の周方向において各因子の値を測定した後に、各因子の周方向の偏差比を算出する（Ｓ２１）。本実施形態において、偏差比は、（因子の測定値）／（周方向において測定した因子の平均値）−１で求められる。
そして、偏差比が最大となる因子を抽出する（Ｓ２２）。
(Extraction step S20)
After measuring the value of each factor in the circumferential direction of the turbine rotor 1 as described above, a deviation ratio in the circumferential direction of each factor is calculated (S21). In the present embodiment, the deviation ratio is obtained by (measured value of factor) / (average value of factor measured in the circumferential direction) -1.
Then, a factor that maximizes the deviation ratio is extracted (S22).
次に、抽出した因子の偏差比を、クリープ速度の周方向における分布の偏差比としてＦＥＭクリープ解析を行う（Ｓ３０）。
ＦＥＭクリープ解析では、応力と時間の関係でひずみ量を表したクリープ速度（クリープひずみ速度）を解析のパラメータとして用いている。具体的には、例えば、クリープひずみ量は、Ｎｏｒｔｏｎ−Ｂａｉｌｅｙの式（ε＝Ｃ１σｎ１ｔｍ＋Ｃ２σｎ２ｔ、ε：ひずみ量、ｔ：経過時間、σ：解析部位における応力、ｎ１、ｎ２、Ｃ１、Ｃ２、ｍ：材料により決定されるクリープ定数）で表され、これを時間で微分したものがクリープ速度である。
Next, FEM creep analysis is performed with the deviation ratio of the extracted factors as the deviation ratio of the distribution in the circumferential direction of the creep speed (S30).
In the FEM creep analysis, a creep rate (creep strain rate) representing a strain amount in relation to stress and time is used as an analysis parameter. Specifically, for example, the amount of creep strain is the Norton-Bailey equation (ε = C 1 σ n1 t m + C 2 σ n2 t, ε: amount of strain, t: elapsed time, σ: stress at the analysis site, n 1 , N2, C 1 , C 2 , m: creep constant determined by the material), and the derivative of this over time is the creep rate.
そして、タービンロータ１の周方向におけるクリープ速度の分布の偏差比を、パラメータとして与えてＦＥＭクリープ解析を行うことにより、時間変化によるタービンロータ１の曲がり量を解析できるようになっている。本実施形態では、クリープ速度の周方向における分布の偏差比として、析出物の分布の偏差比を入力してＦＥＭクリープ解析を行い、経年曲がり量を解析している。ＦＥＭクリープ解析の際に入力するタービンロータ１の温度や負荷応力は、実際の使用状態を考慮して適宜最適な条件を選択すれば良い。
なお、本実施形態において曲がり量とは、タービンロータ１の中心軸（回転軸）からの振れ量を表している。
Then, the deviation ratio of the creep speed distribution in the circumferential direction of the turbine rotor 1 is given as a parameter and FEM creep analysis is performed, so that the amount of bending of the turbine rotor 1 due to time change can be analyzed. In this embodiment, the deviation ratio of the distribution of precipitates is input as the deviation ratio of the distribution in the circumferential direction of the creep speed, and FEM creep analysis is performed to analyze the amount of bending over time. As for the temperature and load stress of the turbine rotor 1 input in the FEM creep analysis, optimum conditions may be selected as appropriate in consideration of actual use conditions.
In the present embodiment, the amount of bending represents the amount of deflection from the central axis (rotating shaft) of the turbine rotor 1.
上述のようにして、経過時間に対する曲がり量を予測するグラフを得ることができ、このグラフをもとに経年曲がり量を把握することができる。 As described above, a graph that predicts the amount of bending with respect to the elapsed time can be obtained, and the amount of aging bending can be grasped based on this graph.
次に、具体的に測定を行った結果について説明する。本実施形態では、上述した方法により、硬さ測定Ｓ１１、結晶粒度測定Ｓ１２、析出物の分布測定Ｓ１３を、図１のＡ〜Ｈにおいて行っている。硬さ測定Ｓ１１により測定された測定値から、上述した式により偏差比を算出し、Ａ点に対する角度θとの関係で示したグラフを図３（ａ）に示す。同様にして、結晶粒度の偏差比とθとの関係で示したグラフを図３（ｂ）に、析出物の分布の偏差比とθとの関係で示したグラフを図３（ｃ）に示す。 Next, a specific measurement result will be described. In the present embodiment, hardness measurement S11, crystal grain size measurement S12, and precipitate distribution measurement S13 are performed in A to H in FIG. A deviation ratio is calculated from the measurement value measured by the hardness measurement S11 by the above-described equation, and a graph showing the relationship with the angle θ with respect to the point A is shown in FIG. Similarly, a graph showing the relationship between the deviation ratio of crystal grain size and θ is shown in FIG. 3B, and a graph showing the relationship between the deviation ratio of precipitates and θ is shown in FIG. 3C. .
なお、ここでは析出物の分布として、クリープ強度への影響が特に大きい１００ｎｍ以下のＭＸ型の微細析出物の個数率を測定している。本実施形態において、個数率とは、全析出物の個数に対する微細析出物の個数の比を意味している。析出物の測定は、次のようにして行った。まず、抽出レプリカを、透過型電子顕微鏡を用いて２万倍の倍率で観察し、炭化物の構成元素であるＣｒと、ＭＸ型の微細析出物の構成元素であるＶおよびＮｂの元素マッピングを行い、マッピング像を得た。そして、マッピング像をもとに画像処理を行い、各析出物のサイズおよび個数を計測して１００ｎｍ以下のＭＸ型の微細析出物の個数率を計測した。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示すように、本実施形態では、硬さの偏差比のばらつきは小さく、結晶粒度及び析出物の分布の偏差比のばらつきが大きくなっている。
Here, as the distribution of precipitates, the number ratio of MX-type fine precipitates of 100 nm or less having a particularly large influence on the creep strength is measured. In the present embodiment, the number ratio means the ratio of the number of fine precipitates to the total number of precipitates. The measurement of the precipitate was performed as follows. First, the extracted replica was observed at a magnification of 20,000 times using a transmission electron microscope, and element mapping of Cr, which is a constituent element of carbide, and V and Nb, which are constituent elements of MX-type fine precipitates, was performed. A mapping image was obtained. Then, image processing was performed based on the mapping image, the size and number of each precipitate were measured, and the number ratio of MX type fine precipitates of 100 nm or less was measured.
As shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, in this embodiment, the variation in the hardness deviation ratio is small, and the variation in the deviation ratio of the crystal grain size and the distribution of precipitates is large. .
次に、偏差比が最大となる因子を抽出する（Ｓ２１）。図３（ａ）より、硬さの周方向の最大偏差比（偏差比の最大値と平均値の差、及び、偏差比の最小値と平均値の差）は＋０．２％、−０．３％、図３（ｂ）より、結晶粒度の周方向の最大偏差比は＋１１％、−１５％、図３（ｃ）より、析出物の周方向の最大偏差比は＋２０％、−１８％、となっていることがわかる。この結果から、偏差比が最大となる因子として析出物の分布を抽出する。 Next, a factor that maximizes the deviation ratio is extracted (S21). 3A, the maximum deviation ratio of the hardness in the circumferential direction (the difference between the maximum value and the average value of the deviation ratio and the difference between the minimum value and the average value of the deviation ratio) is + 0.2%, −0. 3%, from FIG. 3 (b), the maximum deviation ratio in the circumferential direction of the crystal grain size is + 11%, −15%, and from FIG. 3 (c), the maximum deviation ratio in the circumferential direction of the precipitate is + 20%, −18%. It can be seen that From this result, the distribution of precipitates is extracted as a factor that maximizes the deviation ratio.
そして、図３（ｃ）で表されるように、析出物の分布の偏差比をクリープ速度の周方向における分布の偏差比として、ＦＥＭクリープ解析を行う。本実施形態では、例えば、５６６℃の温度において、遠心力が負荷される場合のタービンロータ１についてＦＥＭクリープ解析を行った。解析結果は、図４のように得られ、経過時間と曲がり量の関係を把握することが可能である。 Then, as shown in FIG. 3C, FEM creep analysis is performed with the deviation ratio of the precipitate distribution as the deviation ratio of the distribution in the circumferential direction of the creep speed. In the present embodiment, for example, FEM creep analysis is performed on the turbine rotor 1 when centrifugal force is applied at a temperature of 565 ° C. The analysis result is obtained as shown in FIG. 4, and the relationship between the elapsed time and the bending amount can be grasped.
本実施形態に係る経年曲がり量予測方法によれば、タービンロータ１の周方向におけるクリープ強度に影響を及ぼす因子の偏差比を、クリープ速度の周方向における分布の偏差比としてＦＥＭクリープ解析を行っている。そのため、経年曲がり量を算出し、構造部材の経年曲がり量を予測することが可能となる。さらには、タービンロータ１の曲がり量が許容値を越えてタービンロータ１が停止する前に、定期検査時において事前に対策を講じることが可能となる。 According to the method for predicting the amount of aged curve according to the present embodiment, FEM creep analysis is performed using the deviation ratio of factors affecting the creep strength in the circumferential direction of the turbine rotor 1 as the deviation ratio of the distribution of creep speed in the circumferential direction. Yes. Therefore, it is possible to calculate the aged amount of bending and predict the aged amount of the structural member. Furthermore, before the turbine rotor 1 stops when the amount of bending of the turbine rotor 1 exceeds an allowable value, it is possible to take measures in advance during the periodic inspection.
また、本実施形態では、クリープ強度に影響を及ぼす因子として、硬さ、結晶粒度、析出物の分布の３つの因子のうちから、偏差比が最大となる因子を抽出してＦＥＭクリープ解析を行うので、経年クリープ曲がり量をより精度高く予測することが可能である。 In the present embodiment, the FEM creep analysis is performed by extracting the factor having the maximum deviation ratio from the three factors of hardness, crystal grain size, and precipitate distribution as factors affecting the creep strength. Therefore, it is possible to predict the aging creep bending amount with higher accuracy.
また、本実施形態では、析出物の分布を、全析出物の個数に対する１００ｎｍ以下のＭＸ型の微細析出物の個数率とされており、クリープ強度に大きな影響を及ぼす因子を測定するので、ＦＥＭクリープ解析の精度を向上させることができる。 In the present embodiment, the distribution of precipitates is the number ratio of MX-type fine precipitates of 100 nm or less with respect to the total number of precipitates, and a factor that greatly affects the creep strength is measured. The accuracy of creep analysis can be improved.
また、本実施形態では、非破壊の測定手法によってクリープ強度に影響を及ぼす因子を把握するので、簡易な方法によりタービンロータ１の寿命を縮めることなくタービンロータ１の曲がり量を予測することが可能である。 Further, in the present embodiment, since the factors affecting the creep strength are grasped by the nondestructive measurement method, the bending amount of the turbine rotor 1 can be predicted by a simple method without shortening the life of the turbine rotor 1. It is.
以上、本発明の一実施形態である、タービンロータの経年曲がり量を予測する方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、この発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 As described above, the method for predicting the amount of bending of the turbine rotor over time, which is an embodiment of the present invention, has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be appropriately selected without departing from the technical idea of the present invention. It can be changed.
上記実施の形態では、クリープ強度に影響を及ぼす因子として、硬さ、結晶粒度、析出物の分布を測定したが、測定する因子は三つである必要はなく、一つ以上であれば良い。また、クリープ強度に影響を及ぼす因子として、例えば、結晶粒径など他の因子を測定する構成としても良い。 In the above embodiment, hardness, crystal grain size, and distribution of precipitates are measured as factors affecting the creep strength. However, the number of factors to be measured is not necessarily three, and may be one or more. Further, as a factor affecting the creep strength, for example, another factor such as a crystal grain size may be measured.
また、上記実施の形態では、析出物の分布として、全析出物の個数に対する１００ｎｍ以下のＭＸ型の微細析出物の個数を測定する場合について説明したが、構造部材に選択した合金系や構造部材の使用環境などに応じて、最適な析出物の分布を因子とすれば良い。 Further, in the above embodiment, the case where the number of MX type fine precipitates of 100 nm or less with respect to the total number of precipitates is measured as the distribution of precipitates has been described. The optimum distribution of precipitates may be taken as a factor depending on the usage environment of the material.
また、上記実施の形態では、タービンロータの軸方向１箇所の周方向分布についてＦＥＭクリープ解析を行う構成について説明したが、複数の軸方向位置において周方向の因子の測定を行い、長手方向にもクリープ速度分布を与えてＦＥＭクリープ解析を行う構成としても良い。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the structure which performs FEM creep analysis about the circumferential direction distribution of one axial direction of a turbine rotor, the measurement of the factor of the circumferential direction was performed in the several axial direction position, and it is also longitudinal direction. A configuration in which FEM creep analysis is performed by giving a creep velocity distribution may be adopted.
また、上記実施の形態では、測定された複数の因子の中から最大偏差比を有する因子を抽出する構成について説明したが、特にクリープへの影響が顕著な因子がある場合には、その因子の偏差比を重みづけして行う構成としても良い。 In the above embodiment, the configuration for extracting the factor having the maximum deviation ratio from the plurality of measured factors has been described. However, when there is a factor that has a significant effect on creep, The deviation ratio may be weighted.
１ タービンロータ（構造部材） 1 Turbine rotor (structural member)
Claims (6)
前記構造部材のクリープ強度に影響を及ぼす因子の前記構造部材の周方向における偏差比を、クリープ速度の周方向における分布の偏差比としてＦＥＭクリープ解析を行うことを特徴とする構造部材の経年曲がり量予測方法。 A method for predicting the amount of aged bending of a structural member,
Aging amount of the structural member over time, wherein FEM creep analysis is performed using a deviation ratio in the circumferential direction of the structural member as a deviation ratio of a distribution in a circumferential direction of a factor affecting the creep strength of the structural member. Prediction method.
測定する因子が一つの場合には、前記因子の測定値から周方向における偏差比を算出し、該偏差比をクリープ速度の周方向における分布の偏差比とし、
測定する因子が複数の場合には、前記複数の因子の測定値から各因子の周方向における偏差比を算出し、該偏差比が最大となる因子を抽出し、該偏差比が最大となる因子をクリープ速度の周方向における分布の偏差比とすることを特徴とする構造部材の経年曲がり量予測方法。 The method according to claim 1, wherein at least one value in the circumferential direction of a factor affecting the creep strength of the structural member is measured,
When the factor to be measured is one, the deviation ratio in the circumferential direction is calculated from the measured value of the factor, and the deviation ratio is set as the deviation ratio of the distribution of the creep speed in the circumferential direction.
When there are a plurality of factors to be measured, a deviation ratio in the circumferential direction of each factor is calculated from the measured values of the plurality of factors, a factor that maximizes the deviation ratio is extracted, and a factor that maximizes the deviation ratio Is a deviation ratio of the distribution of creep speed in the circumferential direction, and a method for predicting the amount of aged bending of a structural member.
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|---|---|---|---|---|
| WO2015137444A1 (en) * | 2014-03-13 | 2015-09-17 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Creep speed distribution evaluation method |
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-
2011
- 2011-11-25 JP JP2011257883A patent/JP2013113144A/en active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015175663A (en) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Creep speed distribution evaluation method |
| CN106030276A (en) * | 2014-03-13 | 2016-10-12 | 三菱日立电力系统株式会社 | Creep speed distribution evaluation method |
| WO2015137444A1 (en) * | 2014-03-13 | 2015-09-17 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Creep speed distribution evaluation method |
| KR20220125347A (en) | 2020-02-14 | 2022-09-14 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | How to predict the shape change of press-formed parts |
| WO2021161579A1 (en) | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Method for predicting shape change of press-molded product |
| WO2021161578A1 (en) | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Method for predicting change in shape of press-formed part |
| KR20220125346A (en) | 2020-02-14 | 2022-09-14 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | How to predict shape change of press-formed parts |
| KR20220127292A (en) | 2020-02-25 | 2022-09-19 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | Press forming method and shape evaluation method of press-formed product |
| WO2021171678A1 (en) | 2020-02-25 | 2021-09-02 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Press forming method and shape evaluation method for press formed article |
| WO2022130683A1 (en) | 2020-12-14 | 2022-06-23 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Method for predicting change in shape of press-molded article |
| KR20230104943A (en) | 2020-12-14 | 2023-07-11 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | Method for predicting shape change of press-formed parts |
| WO2022234708A1 (en) | 2021-05-06 | 2022-11-10 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Press-forming method and method for evaluating shape of press-formed article |
| KR20230160387A (en) | 2021-05-06 | 2023-11-23 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | Press forming method and shape evaluation method of press formed products |
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