JP2627925B2 - 金属材料の余寿命評価法 - Google Patents

金属材料の余寿命評価法

Info

Publication number
JP2627925B2
JP2627925B2 JP63142268A JP14226888A JP2627925B2 JP 2627925 B2 JP2627925 B2 JP 2627925B2 JP 63142268 A JP63142268 A JP 63142268A JP 14226888 A JP14226888 A JP 14226888A JP 2627925 B2 JP2627925 B2 JP 2627925B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
damage
creep
remaining life
parameter
degree
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP63142268A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH01311268A (ja
Inventor
勝明 村山
幹二 今野
輝夫 小山
広治 田村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku Electric Power Co Inc
Original Assignee
Tohoku Electric Power Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku Electric Power Co Inc filed Critical Tohoku Electric Power Co Inc
Priority to JP63142268A priority Critical patent/JP2627925B2/ja
Publication of JPH01311268A publication Critical patent/JPH01311268A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2627925B2 publication Critical patent/JP2627925B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属部品の余寿命評価方法に係り、特にボ
イラ等の高温・高圧下で使用され、クリープ及び疲労損
傷を受ける金属材料の余寿命評価法に関する。
〔従来の技術〕
火力発電プラントや化学装置などの高温・高圧下で長
時間使用される機器では、運転中に使用材料がクリープ
損傷を受ける。これらの高温高圧機器は通常10万時間の
クリープ破断強度をベースに設計されており、その設計
寿命は10万時間であるといえる。しかし、我国のボイラ
の約半数は既に10万時間以上運転されており、更に今後
長時間使用される予定である。このように設計寿命を超
えて長時間運転されるボイラに対しては、適切な余寿命
診断により、十分な安全性を確保するとともに必要に応
じ部分的な補修,取り換えを行って、寿命延長を計る必
要がある。従って、高精度の金属材料の余寿命診断技術
が各方面で検討されている。
材料損傷を直接検出する方法は、破壊的手法と非破壊
的手法に大きく分類される。破壊的手法とは、実機部材
の一部をサンプルとして採取し、引張試験,クリープ破
断試験等を行い、余寿命を評価する方法である。非破壊
的手法には、レプリカにより金属組織を写しとり、その
金属組織の状態から損傷の程度を推定する方法,及び加
熱,クリープ等に起因した物理量の変化を検出し、余寿
命を評価する方法がある。レプリカによる方法では、金
属組織の状態,例えばCr−M0鋼ではパーライトの分解程
度,ステンレス鋼ではシグマ相の析出状況等により定性
的に評価する方法や、キャビティ(クリープ損傷)を測
定する方法,及び結晶粒の変形を測定する方法(特願昭
62−258087号公報)等がある。
また、物理量を測定する方法では、硬さ(特開昭57−
104837号公報,特開昭58−92952号公報),電気抵抗
(特開昭58−60248号公報),超音波音速(特開昭53−1
20585号公報),X線によるミスオリエンテーション及び
渦電流によるコイルインピーダンス(特開昭53−88781
号公報)の物理量により余寿命を評価する方法等が提案
されている。
しかし、従来技術は次のような問題点がある。破壊的
手段では、精度良く余寿命を評価できるが、サンプル採
取とサンプル採取後の補修,及び評価試験に多大な時間
と費用がかかるほか、構造上サンプル採取ができない箇
所がある。また、定期的なモニタリングには適していな
い。これらの問題点は非破壊的手法によれば解決でき
る。すなわち、非破壊的手法であるため、サンプル採取
及び補修の必要はなく評価も比較的簡単にできる。更
に、モニタリングにも適している。このようなことか
ら、非破壊的手法による余寿命診断法の研究が推進され
てきている。
前記の非破壊的手法の中で、特にボイラ材料のクリー
プ損傷に対して好適なものは、レプリカによるキャビテ
ィの検出,及び結晶粒変形を測定する方法である。これ
らは応力負荷によりクリープ変形することによって現わ
れる現象であり、変形が比較的顕著になる損傷の半分程
度から有意な差が出る。このため、損傷率が大きい場合
には有効な手段であるが、低損傷側の評価ができない。
また、応力負荷がなく、単純に高温で長時間加熱した場
合(時効)材質劣化によりクリープ強度は低下するが、
その評価もできない。一方、従来技術で述べた他の非破
壊的手法は、ボイラ材料に対してはクリープ損傷と直接
対応しない。例えば、硬さについてはタービン材料では
クリープ損傷材とそれと同じ熱履歴を受けた時効材とで
は硬さ低下の割合が異なるため、その差によってクリー
プ寿命評価が可能になる。しかし、ボイラ材料の場合は
両者の差がほとんどなく、クリープ損傷評価は不可能で
ある。従って、これらのパラメータは時効、すなわち温
度・時間支配による材質劣化に対応しているが、時効に
よるクリープ破断強度の定量的評価はなされていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、以上に述べた従来技術の問題点を解決する
もので、その目的とするところは、時効損傷や低損傷側
をも含めた損傷全般に渡って、高精度で診断できる金属
材料の余寿命評価法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記の目的を達成するため、本発明に係る金属材料の
余寿命評価法は、金属材料の損傷評価パラメータとして
応力支配又は温度・時間支配のパラメータをそれぞれ少
なくとも1個測定し、その損傷評価パラメータを損傷の
程度に応じてランクに分類し、あらかじめ損傷の程度が
既知の材料について損傷評価パラメータのクリープ損傷
に対する寄与度合を算出し、寄与度合を前記ランクに乗
じてその総合点数を算出し、総合点数からクリープ損傷
率を算出して余寿命を評価するように構成されている。
〔作用〕
本発明によれば、金属材料の余寿命評価法を、応力支
配又は温度・時間支配のパラメータのそれぞれ少なくと
も1個を測定することによって行い、ランク付けして寄
与度合を乗じることによってその総合点数が算出され
る。
〔実施例〕
本発明の一実施例値を第1図〜第11図を参照しながら
説明する。
金属材料の損傷パラメータとして応力支配又は温度・
時間支配のパラメータをそれぞれ少なくとも1個測定
し、その損傷評価パラメータの程度に応じてランクに分
類し、あらかじめ損傷の度合が既知の材料からそれぞれ
の損傷評価パラメータのクリープ損傷に対する寄与度合
を算出し、寄与度合をランクに乗じてその総合点数を算
出し、この総合点数からクリープ損傷率を求めるように
構成されている。
各損傷評価パラメータは応力負荷により検出されるも
のと、応力負荷には関係なく時効により検出されるもの
等、クリープ損傷に対する寄与度合が異なる。すなわ
ち、応力負荷により検出されるパラメータは有効である
が、低損傷側あるいは時効による材質劣化は検出できな
い。逆に時効を検出するパラメータは高損傷側の評価が
できない。そこで、両者のパラメータをクリープ損傷に
対する寄与度合を考慮し、組合せて評価することによ
り、損傷の全般に渡る評価が可能となる。
実機ボイラの2 1/4−1M0鋼で、第1図〜第3図に示さ
れるように、損傷が厳しいと推定される過熱器出口管寄
チューブレグ部等、数個所のレプリカ採取,硬さ測定を
実施した。損傷評価パラメータとしては、母材ではミク
ロ組織変化,硬さ,結晶粒変形とし、溶接部(溶接金属
及び溶接熱影響部)ではミクロ組織変化,硬さ及びキャ
ビティを選定した。母材の各損傷評価パラメータのラン
ク分けは第4図に示されるが、溶接部では結晶粒変形の
代りにキャビティになる。母材では結晶粒変形を、溶接
部でキャビティをパラメータとして選定したのは以下の
理由による。母材では結晶粒内変形が生じやすく、結晶
粒の変形が顕著であるが、溶接部では硬化しているため
変形し難く、また、粒界が不明確なため判定しにくい。
一方、キャビティは溶接部では早い時期に発生するが、
母材では寿命末期になって初めて発生する。以上のこと
から、母材では結晶粒変形を、溶接部ではキャビティを
パラメータに選定した。
次に各パラメータのランク分けについて説明する。Cr
−Mo銅の組織は加熱によりパーライトが分解、凝集して
いくが、その程度に応じて定性的に4段階にランク分け
している。硬さはやはり加熱により低下していくが、第
5図に示されるようにビッカース硬さHvと室温の引張強
さσとの間には相関関係がある。そこでビッカース硬さ
Hvから引張り強さσを算出し、規格最低値σと比較し
ている。
ビッカース硬さHvから引張り強さσの換算において
は、このデータのバラツキを考慮し、99%信頼区間での
上限値σmax、回帰値σm、及び下限値Jminを求め、こ
れらの値と規格最低値σとの比較で4段階にランク分
けした。結晶粒変形については、第6図及び第7図に示
されるように、結晶粒Gの最大直径Dの方向Aと応力方
向Sとのなす角度θmの分布の頻度Tを求めた。θmは
クリープ損傷率φcが小さい場合にはあらゆる角度に分
布するが、φcが大きくなると応力方向(θm=0度)
にピークを持つ分布になる。そこでこの分布の差異を表
すため、標準偏差Smを求めた。このSm値は変形係数と呼
んでいるが、第8図に示されるようにクリープ損傷率
(使用または試験時間/破断時間)の増加とともに低下
している。このデータの回帰曲線を求め、クリープ損傷
率が0.5,0.65,0.8となるSm値を境界に4段階にランク分
けした。キャビティについては、第9図に示されるキャ
ビティ面積率Scとクリープ損傷率φcとの関係を求め、
結晶粒変形と同様にクリープ損傷率φcが0.5,0.65,0.8
となるSc値を境界に4段階にランク分けした。
なお、レプリカ法は、評価個所をグラインダー等で鏡
面仕上げして材質にあったエッチング液でエッチングす
る。この場合、結晶粒を明確に出すため、やや長くエッ
チングした方が良い。エッチングした個所に溶剤で溶か
したレプリカ膜をはりつけ、乾燥後、はがすことによっ
て表面組織を転写できる。このレプリカ膜を顕微鏡で観
察し、その結晶粒形状を画像処理装置によって測定する
ことによって、損傷評価パラメータとなる標準偏差Sm
算出することができる。
以上のように各パラメータはランク分けするが、ミク
ロ組織変化,硬さ変化は主として加熱時効に起因し、結
晶粒変形,キャビティは応力負荷に起因するものであ
る。従って、クリープ損傷に対する寄与度合が異なる。
そこでクリープ損傷が既知の材料を使用してこれらのパ
ラメータを測定し、重回帰分析により各パラメータのク
リープ損傷に対する寄与度合を求めた。すなわち、ミク
ロ組織,硬さ,結晶粒変形(母材),キャビティ(溶接
部)の各ランクをそれぞれ、Mx,Hx,Gx,Cx,クリープ損傷
率をφcとすると、 φc=aMx+bHx+c(Cx又はGx)+d ‥‥(1) となるような最適の係数,a,b,c,dを重回帰分析により求
める。この係数を利用することにより、実機部材のクリ
ープ損傷率を算出できるが、多くの個所を診断するには
更に簡便化する必要がある。そこで、各パラメータの係
数の比を算出し、各ランクのポイントをつける。このポ
イントは第4図に併記される。余寿命の算出方法として
は、このポイントの総和とクリープ損傷の関係を損傷が
既知の材料から求めておき、この関係からクリープ損傷
率を算出する。ポイントの総和Pとクリープ損傷率φc
の関係は次式で表される。
φc=2×P+4 ‥‥(2) この式を用いることにより、実機部材のクリープ損傷
率を求めることができる。第10図は本実施例で求めたク
リープ損傷率と同一個所で、破壊試験及び結晶粒変形又
はキャビティ単独で評価した結果との関係を示している
が、両者は良く一致している。この図に示すデータは比
較的高損傷側のデータであるが、本実施例により精度良
く余寿命評価できていることが分かる。第11図は理論解
析による評価結果との比較であるが、低損傷側で理論解
析値の方が低くなっている。理論解析ではクリープ破断
強度をベースにしているため、時効による材質劣化に伴
うクリープ強度の低下は考慮していない。従って、理論
解析値が低くなるのは時効によるクリープ強度低下を考
慮していないためであり、本実施例ではこの点が改良さ
れており、時効によるクリープ強度低下も定量的に評価
できる。
以上のように本実施例では従来定量的に評価できなか
った低損傷側及び時効による損傷を含めて、全範囲のク
リープ損傷を定量的に高精度で診断できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、レプリカ採取、硬さ測定という簡潔
な非破壊的手法を用い、各パラメータについて数段階の
ランク分けをするという簡便な方法で定量的な金属材料
の余寿命評価法が可能になる。また、複数のパラメータ
を用いるため信頼性が高く、高精度の診断が可能にな
る。更に、結晶粒変形やキャビティの応力支配の損傷評
価パラメータでは評価できなかった低損傷側及び時効に
よる損傷も含めて全範囲のクリープ損傷評価が可能とな
る。従って、本発明により火力発電プラント等の高温・
高圧機器の簡便で高精度の余寿命評価が可能となり、設
備の適切な保守管理、長寿命化、信頼性向上等、工業的
価値が大である。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の一実施例におけるボイラの測
定位置を示す斜視図、第4図は本発明の一実施例におけ
る各損傷評価パラメータのランク分け及び各ランクのポ
イントを示す図、第5図はビッカース硬さと引張強さの
関係及びランク分け基準を示すグラフ、第6図及び第7
図は結晶粒の最大長径の方向と応力方向とのなす角度の
分布を示すグラフ、第8図はθmの標準偏差である変形
係数とクリープ損傷率との関係を示すグラフ、第9図は
キャビティ面積率とクリープ損傷率との関係を示すグラ
フ、第10図は本発明の一実施例で求めたクリープ損傷率
と破壊試験、非破壊試験(結晶粒変形、キャビティ)で
求めたクリープ損傷率との関係を示すグラフ、第11図は
理論解析によるクリープ損傷率との関係を示すグラフで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 輝夫 広島県呉市宝町3番36号 バブコツク日 立株式会社呉研究所内 (72)発明者 田村 広治 広島県呉市宝町3番36号 バブコツク日 立株式会社呉研究所内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属材料の損傷評価パラメータとして応力
    支配又は温度・時間支配のパラメータをそれぞれ少なく
    とも1個測定し、その損傷評価パラメータを損傷の程度
    に応じてランクに分類し、あらかじめ損傷の程度が既知
    の材料について前記損傷評価パラメータのクリープ損傷
    に対する寄与度合を算出し、該寄与度合を前記ランクに
    乗じてその総合点数を算出し、該総合点数からクリープ
    損傷率を算出して余寿命を評価することを特徴とする金
    属材料の余寿命評価法。
JP63142268A 1988-06-09 1988-06-09 金属材料の余寿命評価法 Expired - Fee Related JP2627925B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63142268A JP2627925B2 (ja) 1988-06-09 1988-06-09 金属材料の余寿命評価法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63142268A JP2627925B2 (ja) 1988-06-09 1988-06-09 金属材料の余寿命評価法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01311268A JPH01311268A (ja) 1989-12-15
JP2627925B2 true JP2627925B2 (ja) 1997-07-09

Family

ID=15311401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63142268A Expired - Fee Related JP2627925B2 (ja) 1988-06-09 1988-06-09 金属材料の余寿命評価法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2627925B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0830676B2 (ja) * 1991-01-23 1996-03-27 新日本製鐵株式会社 高温応力下における金属溶接部材の余寿命評価方法
JP4522828B2 (ja) * 2004-11-18 2010-08-11 住友金属テクノロジー株式会社 Cr−Mo系耐熱鋼の余寿命診断方法
JP5357215B2 (ja) * 2011-06-27 2013-12-04 川崎重工業株式会社 材料組織観察装置
JP6303858B2 (ja) * 2014-06-20 2018-04-04 株式会社Ihi フェライト鋼のクリープ余寿命評価方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01311268A (ja) 1989-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4924708A (en) Method for calculating crack lengths of conductive sensors
US5140264A (en) Method for non-destructively assessing the condition of a turbine blade using eddy current probes inserted within cooling holes
EP0430857A2 (en) Method for extending the useful life of boiler tubes
JP2627925B2 (ja) 金属材料の余寿命評価法
JP3332971B2 (ja) フェライト系耐熱鋼の劣化診断方法
RU2759313C1 (ru) Способ оценки качества сварного соединения металлической конструкции
JPH04282455A (ja) 構造部品の保守管理方法およびその保守管理装置
JPH075086A (ja) 高温構造材料のクリープと疲労の重畳損傷推定方法
JPH1123776A (ja) 原子炉炉内機器の複合診断システム
JPH0712709A (ja) ガスタービンコーティング翼の劣化診断方法及びその装置
JPH0875107A (ja) 高温耐圧部の寿命評価法
CN110736671B (zh) 一种管件硬度异常部位的监测方法
JP2801741B2 (ja) ガスタービン高温部品の損傷診断法
JPH05223809A (ja) γ’相析出強化型合金の残余寿命推定方法
JPH11108921A (ja) オーステナイト系ステンレス鋼材の経年損傷評価法
JP3303944B2 (ja) 温度加速試験によるクリープ寿命評価法
JPH07128328A (ja) 金属材料の劣化および余寿命予知方法
JP3331459B2 (ja) セラミックコーティング余寿命評価診断システム
JP2965716B2 (ja) 配管寿命診断法
JPH10170416A (ja) 高温機器材料のクリープ寿命評価方法
JPH1183842A (ja) Cr−Mo 鋼加熱炉管の余寿命判定方法
JPS5860248A (ja) 高温機器の寿命予知法
JPS63228062A (ja) 金属材料の余寿命予測法
JP2003294880A (ja) 照射損傷評価方法
JP2001215176A (ja) コーティング部材の保守管理支援システム

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees