JP2575703B2 - ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置 - Google Patents
ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置Info
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- JP2575703B2 JP2575703B2 JP62116572A JP11657287A JP2575703B2 JP 2575703 B2 JP2575703 B2 JP 2575703B2 JP 62116572 A JP62116572 A JP 62116572A JP 11657287 A JP11657287 A JP 11657287A JP 2575703 B2 JP2575703 B2 JP 2575703B2
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
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- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
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- G01N2291/0258—Structural degradation, e.g. fatigue of composites, ageing of oils
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- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボイラ、原子力、化学プラントにおける鋼
材の余寿命診断に係り、材質の劣化度合を超音波反射波
の振幅値と関連づけて検出する方法及びその装置に関す
る。
材の余寿命診断に係り、材質の劣化度合を超音波反射波
の振幅値と関連づけて検出する方法及びその装置に関す
る。
高温・高圧環境下で長時間使用される設備で起きる損
傷事故の大半は、材料のクリープによるものである。ク
リープ損傷は、金属中の析出物や転位など組織の変化に
関連があり、その析出物はレプリカ法などにより観察で
きる。例えば、ステンレス鋼では、クリープ速度とシグ
マ相といわれる鉄とクロムの金属間化合物の面積率との
相関を、クリープ試験片により事前に求めておき、被検
査材のシグマ相の面積率からそのクリープ速度を求める
方法がある。第５図は、この方法によるSUS321HTB材の
一例であり、残寿命Ｌは（１）式で求められる。
傷事故の大半は、材料のクリープによるものである。ク
リープ損傷は、金属中の析出物や転位など組織の変化に
関連があり、その析出物はレプリカ法などにより観察で
きる。例えば、ステンレス鋼では、クリープ速度とシグ
マ相といわれる鉄とクロムの金属間化合物の面積率との
相関を、クリープ試験片により事前に求めておき、被検
査材のシグマ相の面積率からそのクリープ速度を求める
方法がある。第５図は、この方法によるSUS321HTB材の
一例であり、残寿命Ｌは（１）式で求められる。
t:使用時間、Ｓσt:使用材のシグマ相面積率（％）、Ｓ
σr:クリープ破断材のシグマ相面積率（％）、C:定数 また、硬さ測定によるクリープ損傷率を確定する方法
も試みられている。電磁気的手段では渦電流試験法、超
音波音速法、超音波減衰法、電気抵抗法、Ｘ線回折法な
ど数多の方法が試みられ、タービンロータ、ケーシング
には一部適用されている。
σr:クリープ破断材のシグマ相面積率（％）、C:定数 また、硬さ測定によるクリープ損傷率を確定する方法
も試みられている。電磁気的手段では渦電流試験法、超
音波音速法、超音波減衰法、電気抵抗法、Ｘ線回折法な
ど数多の方法が試みられ、タービンロータ、ケーシング
には一部適用されている。
しかしながら、上記のような従来方法では単一手法に
よる評価は困難であり、最終的にはレプリカ法などによ
る組織観察が決め手とされているが労力と熟練を要する
ものである。例えば、第６図はSUS321鋼の新材と寿命限
界を超える12万時間使用材との、超音波透過法で周波数
分析による減衰特性図と金属組織を表わす写真であり、
第７図は12万時間使用材の走査透過電子顕微鏡写真であ
る。新材に比べ、12万時間使用材は結晶界三重点にシグ
マ相が析出し、シグマ相に隣接してシグマ型のキャビテ
ィ即ち亀裂が発生しているため、これらキャビティ部分
で超音波の散乱、反射が繰り返され、超音波は約29％減
衰している。超音波透過法は、超音波減衰率とシグマ相
の面積率との関係を試験片ベースで事前に求めておけ
ば、減衰特性からクリープ損傷の程度を推定することが
可能であるが、実機伝熱管の劣化診断においては、探触
子の取付方法に制約があり適用できないという欠点があ
った。
よる評価は困難であり、最終的にはレプリカ法などによ
る組織観察が決め手とされているが労力と熟練を要する
ものである。例えば、第６図はSUS321鋼の新材と寿命限
界を超える12万時間使用材との、超音波透過法で周波数
分析による減衰特性図と金属組織を表わす写真であり、
第７図は12万時間使用材の走査透過電子顕微鏡写真であ
る。新材に比べ、12万時間使用材は結晶界三重点にシグ
マ相が析出し、シグマ相に隣接してシグマ型のキャビテ
ィ即ち亀裂が発生しているため、これらキャビティ部分
で超音波の散乱、反射が繰り返され、超音波は約29％減
衰している。超音波透過法は、超音波減衰率とシグマ相
の面積率との関係を試験片ベースで事前に求めておけ
ば、減衰特性からクリープ損傷の程度を推定することが
可能であるが、実機伝熱管の劣化診断においては、探触
子の取付方法に制約があり適用できないという欠点があ
った。
従って、本発明はこの点を改善するために、超音波反
射法による実用的なオーステナイト系ステンレス鋼の材
質劣化診断方法及びその装置を提案するものである。
射法による実用的なオーステナイト系ステンレス鋼の材
質劣化診断方法及びその装置を提案するものである。
上記問題点は、50〜75MHzの超音波を発信・受信する
探触子を被検査体表面に当て、被検査体に入射した超音
波の反射エコーを受信し、この反射エコーの波形におけ
る第１反射エコーのピーク電圧を測定し、所定の基準試
験片と比較して、材質の劣化程度を推定する方法及びま
たはその装置により解決できる。
探触子を被検査体表面に当て、被検査体に入射した超音
波の反射エコーを受信し、この反射エコーの波形におけ
る第１反射エコーのピーク電圧を測定し、所定の基準試
験片と比較して、材質の劣化程度を推定する方法及びま
たはその装置により解決できる。
オーステナイト系ステンレス鋼は、結晶粒径が25〜10
0μｍの範囲にあるので、半波長がそれとほぼ同じ約30
μｍである50〜75MHzの超音波を発する探触子を、該ス
テンレス鋼の新材表面に当て超音波を入射すると、顕著
な反射エコーが戻ってくる。該ステンレス鋼は、高温・
高圧環境で長時間負荷を受けると、時間と共に結晶粒界
にシグマ相と呼ばれる金属間化合物が析出し成長して、
これらシグマ相に隣接して２〜５μｍのキャビティつま
り亀裂が発生して、材質の劣化が進行する。このような
使用材に、前記50〜75MHzの超音波を入射すると、結晶
粒界の多くのシグマ相及びキャビティ部分で散乱・反射
が繰り返されるので、探触子に戻ってくる反射エコー
は、新材の場合より減少する。
0μｍの範囲にあるので、半波長がそれとほぼ同じ約30
μｍである50〜75MHzの超音波を発する探触子を、該ス
テンレス鋼の新材表面に当て超音波を入射すると、顕著
な反射エコーが戻ってくる。該ステンレス鋼は、高温・
高圧環境で長時間負荷を受けると、時間と共に結晶粒界
にシグマ相と呼ばれる金属間化合物が析出し成長して、
これらシグマ相に隣接して２〜５μｍのキャビティつま
り亀裂が発生して、材質の劣化が進行する。このような
使用材に、前記50〜75MHzの超音波を入射すると、結晶
粒界の多くのシグマ相及びキャビティ部分で散乱・反射
が繰り返されるので、探触子に戻ってくる反射エコー
は、新材の場合より減少する。
以下、本発明の実施例を第１図〜第４図により説明す
る。第１図で、被検査体１に50MHz広帯域特性を有する
超音波探触子２をグリセリン等の音響カップラント即ち
接触媒質を介して密着させ、超音波は、例えば日本パナ
メトリックス社のウルトラソニック・アナライザ３で送
信し、受信される反射エコーのピーク電圧値をシンクロ
スコープ４で観察する。第２図は、このような超音波反
射法による測定装置により、SUS321ステンレス鋼の実機
使用材について、使用時間ベースの反射エコー電圧値の
変化を求めた結果である。未使用材である基準試験片
は、ボイラの予備パネルに取付けられ高温雰囲気にさら
されてはいるが、圧力はかからない状態にあったもの
で、使用材は、ボイラ伝熱管として寿命限界を超す12万
時間使用されたものである。その金属組織は第６図及び
第７図に示すように、結晶粒界にシグマ相が多数析出し
その回りにキャビティが発生している。反射エコーのピ
ーク電圧を比較すると、12万時間使用材は基準試験片即
ち未使用材に比べ1/2に低下し、超音波が金属内の多く
のキャビティ部分で散乱・反射するため透過しにくいこ
とを示している。第３図は、反射エコーの第１波形を拡
大して示したものである。エコー波形は被検査体１の中
を何回も反射し、受信感度を上げれば第５〜第８波まで
観察される。エコー波形は超音波探触子の特性に大きく
左右され、ダンピングの最もきいた探触子を用いても４
〜５回程度の減衰振動を伴なうものである。従って、第
１波形のピーク電圧値が最も信頼できる情報を含んでい
るので、材質劣化の程度を推定するためのサンプルとし
てこの第１波形のピーク電圧値を採用する。第６図に示
すような周波数分析を行なう場合も、この第１波形の１
サイクル分だけ分析している。こうして、第２図のよう
に基準試験片と実機使用材との超音波反射エコーの振幅
値の関係を事前に求めておけば、材質の劣化程度の推定
が容易にできる。
る。第１図で、被検査体１に50MHz広帯域特性を有する
超音波探触子２をグリセリン等の音響カップラント即ち
接触媒質を介して密着させ、超音波は、例えば日本パナ
メトリックス社のウルトラソニック・アナライザ３で送
信し、受信される反射エコーのピーク電圧値をシンクロ
スコープ４で観察する。第２図は、このような超音波反
射法による測定装置により、SUS321ステンレス鋼の実機
使用材について、使用時間ベースの反射エコー電圧値の
変化を求めた結果である。未使用材である基準試験片
は、ボイラの予備パネルに取付けられ高温雰囲気にさら
されてはいるが、圧力はかからない状態にあったもの
で、使用材は、ボイラ伝熱管として寿命限界を超す12万
時間使用されたものである。その金属組織は第６図及び
第７図に示すように、結晶粒界にシグマ相が多数析出し
その回りにキャビティが発生している。反射エコーのピ
ーク電圧を比較すると、12万時間使用材は基準試験片即
ち未使用材に比べ1/2に低下し、超音波が金属内の多く
のキャビティ部分で散乱・反射するため透過しにくいこ
とを示している。第３図は、反射エコーの第１波形を拡
大して示したものである。エコー波形は被検査体１の中
を何回も反射し、受信感度を上げれば第５〜第８波まで
観察される。エコー波形は超音波探触子の特性に大きく
左右され、ダンピングの最もきいた探触子を用いても４
〜５回程度の減衰振動を伴なうものである。従って、第
１波形のピーク電圧値が最も信頼できる情報を含んでい
るので、材質劣化の程度を推定するためのサンプルとし
てこの第１波形のピーク電圧値を採用する。第６図に示
すような周波数分析を行なう場合も、この第１波形の１
サイクル分だけ分析している。こうして、第２図のよう
に基準試験片と実機使用材との超音波反射エコーの振幅
値の関係を事前に求めておけば、材質の劣化程度の推定
が容易にできる。
第４図は、ボイラ伝熱管を水浸式斜角探触子を用いて
劣化診断する装置の実施例である。超音波探触子２は送
信用、２′は受信用で、これらはプローブホルダ６によ
って固定されている。音響カップラントには水を用いる
ため、水浸用具５を超音波探触子2,2′の先端に取付け
水道へ接続している。超音波は、超音波ビーム路程８で
示すように伝熱管内面で１回反射し、受信用探触子２′
へ到達する。この１回反射で受信された反射エコーの第
１波形のピーク電圧値を測定器としてのシンクロスコー
プ４で観察する。このように、水浸式斜角探触子を用い
ると、伝熱管の表面状態の影響を受けずに、かつ管径に
応じて超音波の入射角を任意に変えることができるの
で、実用的な装置となる。
劣化診断する装置の実施例である。超音波探触子２は送
信用、２′は受信用で、これらはプローブホルダ６によ
って固定されている。音響カップラントには水を用いる
ため、水浸用具５を超音波探触子2,2′の先端に取付け
水道へ接続している。超音波は、超音波ビーム路程８で
示すように伝熱管内面で１回反射し、受信用探触子２′
へ到達する。この１回反射で受信された反射エコーの第
１波形のピーク電圧値を測定器としてのシンクロスコー
プ４で観察する。このように、水浸式斜角探触子を用い
ると、伝熱管の表面状態の影響を受けずに、かつ管径に
応じて超音波の入射角を任意に変えることができるの
で、実用的な装置となる。
オーステナイト系ステンレス鋼の材質劣化を非破壊的
に検出評価する方法及びその装置において、波長の1/2
が該ステンレス鋼の結晶粒径にほぼ等しい50〜70MHzの
超音波を発する探触子を用いるものであるから、該ステ
ンレス鋼の新材に該超音波を入射すると顕著な反射エコ
ーが戻ってくるが、高温・高圧環境下での使用材に入射
した該超音波は、結晶粒界に析出したシグマ相及びシグ
マ相に隣接して発生したキャビティ部分で散乱・反射さ
れ、反射エコーは減少する。この反射エコーは、該ステ
ンレス鋼の材質劣化が進むにつれて減衰が増えるので、
使用材に該超音波を入射して受信した第１反射エコーの
ピーク電圧の値を、新材の基準試験片の場合と比較する
ことにより、使用材の材質劣化程度を労力・時間・熟練
を必要とせずに簡単に推定することができる。
に検出評価する方法及びその装置において、波長の1/2
が該ステンレス鋼の結晶粒径にほぼ等しい50〜70MHzの
超音波を発する探触子を用いるものであるから、該ステ
ンレス鋼の新材に該超音波を入射すると顕著な反射エコ
ーが戻ってくるが、高温・高圧環境下での使用材に入射
した該超音波は、結晶粒界に析出したシグマ相及びシグ
マ相に隣接して発生したキャビティ部分で散乱・反射さ
れ、反射エコーは減少する。この反射エコーは、該ステ
ンレス鋼の材質劣化が進むにつれて減衰が増えるので、
使用材に該超音波を入射して受信した第１反射エコーの
ピーク電圧の値を、新材の基準試験片の場合と比較する
ことにより、使用材の材質劣化程度を労力・時間・熟練
を必要とせずに簡単に推定することができる。
第１図は本発明の超音波材質劣化診断方法の概念図、第
２図は本発明の原理を示す新材即ち基準試験片と12万時
間使用材との超音波反射エコー減衰特性図、第３図は新
材と12万時間使用材との反射エコー波形図、第４図は水
浸式斜角探触子を用いたボイラ伝熱管の劣化診断装置の
概念図、第５図はシグマ相面積率とクループ速度との関
係を示す実測データ図、第６図は超音波周波数分析法に
よる新材と12万時間使用材との反射エコー減衰特性図と
金属組織を表わす写真、第７図は12万時間使用材の走査
透過電子顕微鏡による金属組織を表わす写真、とを示
す。 １……被検査体、２……超音波探触子、 ３……ウルトラソニックアナライザ、 ４……シンクロスコープ。
２図は本発明の原理を示す新材即ち基準試験片と12万時
間使用材との超音波反射エコー減衰特性図、第３図は新
材と12万時間使用材との反射エコー波形図、第４図は水
浸式斜角探触子を用いたボイラ伝熱管の劣化診断装置の
概念図、第５図はシグマ相面積率とクループ速度との関
係を示す実測データ図、第６図は超音波周波数分析法に
よる新材と12万時間使用材との反射エコー減衰特性図と
金属組織を表わす写真、第７図は12万時間使用材の走査
透過電子顕微鏡による金属組織を表わす写真、とを示
す。 １……被検査体、２……超音波探触子、 ３……ウルトラソニックアナライザ、 ４……シンクロスコープ。
Claims (2)
- 【請求項１】オーステナイト系ステンレス鋼の材質劣化
を非破壊的に検出評価する方法において、50〜75MHzの
超音波を送受信する探触子を、被検査体表面に当て入射
した該超音波の反射エコーを受信し、該反射エコーの波
形における第１反射エコーのピーク電圧を測定し、所定
の基準試験片と比較して、材質の劣化程度を推定するこ
とを特徴とするステンレス鋼の材質劣化診断方法。 - 【請求項２】オーステナイト系ステンレス鋼の材質劣化
を非破壊的に検出評価する装置において、被検査体表面
に当てられ50〜75MHzの超音波を送受信する探触子と、
該探触子によって受信された超音波の反射エコー波形に
おける第１反射エコーのピーク電圧を測定する測定器
と、を備えることを特徴とするステンレス鋼の材質劣化
診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116572A JP2575703B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116572A JP2575703B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63281043A JPS63281043A (ja) | 1988-11-17 |
| JP2575703B2 true JP2575703B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=14690430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62116572A Expired - Fee Related JP2575703B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2575703B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190119952A (ko) * | 2018-04-13 | 2019-10-23 | 주식회사 포스코 | 초음파 탐상 방법 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104990656B (zh) * | 2015-06-17 | 2017-04-26 | 广西南南铝加工有限公司 | 一种超声波无损评估铝合金预拉伸板残余应力的方法 |
| CN114324604A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-12 | 吉林省电力科学研究院有限公司 | 一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法 |
-
1987
- 1987-05-13 JP JP62116572A patent/JP2575703B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190119952A (ko) * | 2018-04-13 | 2019-10-23 | 주식회사 포스코 | 초음파 탐상 방법 |
| KR102044990B1 (ko) * | 2018-04-13 | 2019-11-14 | 주식회사 포스코 | 초음파 탐상 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63281043A (ja) | 1988-11-17 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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