JP3064110B2 - オーステナイト系耐熱鋼の高温損傷評価方法 - Google Patents
オーステナイト系耐熱鋼の高温損傷評価方法Info
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- JP3064110B2 JP3064110B2 JP4207891A JP20789192A JP3064110B2 JP 3064110 B2 JP3064110 B2 JP 3064110B2 JP 4207891 A JP4207891 A JP 4207891A JP 20789192 A JP20789192 A JP 20789192A JP 3064110 B2 JP3064110 B2 JP 3064110B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はオーステナイト系耐熱
鋼の高温損傷評価方法に関し、特にオ−ステナイト系耐
熱鋼が使用される火力発電プラント等の高温機器の供用
中の検査技術に関する。
鋼の高温損傷評価方法に関し、特にオ−ステナイト系耐
熱鋼が使用される火力発電プラント等の高温機器の供用
中の検査技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、高温、応力下で使用されてい
るオ−ステナイト系耐熱鋼のクリ−プ、クリ−プ疲労等
の高温損傷を評価する方法としては、使用されている材
料を切り出してクリ−プ破断試験、クリ−プ疲労試験等
の破壊試験を行って、未使用状態からの強度低下度を評
価する方法（以後、破壊試験法と称す）、使用された温
度、応力、時間から未使用材の強度を用いて損傷度を推
定する方法（以後、応力解析法と称す）が多用されてい
た。
るオ−ステナイト系耐熱鋼のクリ−プ、クリ−プ疲労等
の高温損傷を評価する方法としては、使用されている材
料を切り出してクリ−プ破断試験、クリ−プ疲労試験等
の破壊試験を行って、未使用状態からの強度低下度を評
価する方法（以後、破壊試験法と称す）、使用された温
度、応力、時間から未使用材の強度を用いて損傷度を推
定する方法（以後、応力解析法と称す）が多用されてい
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した破壊試験法で
は、機械部品として使用されたオ−ステナイト系耐熱鋼
を破壊試験に供するために切断する必要があることか
ら、その後の該機械の運転のためには、切断工事に加え
て切断した部品を修理するのに費用、工期がかかってい
た。また、長時間機械部品として使用された該オ−ステ
ナイト系耐熱鋼の損傷を評価するためには、なるべく該
機械の運転条件に近い状態で試験を実施する必要があ
り、評価に時間を要していた。
は、機械部品として使用されたオ−ステナイト系耐熱鋼
を破壊試験に供するために切断する必要があることか
ら、その後の該機械の運転のためには、切断工事に加え
て切断した部品を修理するのに費用、工期がかかってい
た。また、長時間機械部品として使用された該オ−ステ
ナイト系耐熱鋼の損傷を評価するためには、なるべく該
機械の運転条件に近い状態で試験を実施する必要があ
り、評価に時間を要していた。
【０００４】一方、強度評価法では、機械部品を切断す
る必要はないが、評価に必要な該オ−ステナイト系耐熱
鋼の強度デ−タとして、実際に使用された材料ではな
く、同じ種類の材料のデ−タを用いる必要があることか
ら、実際使用された材料強度デ−タと応力解析の評価に
用いた材料強度デ−タとの差に起因した誤差をもってい
た。
る必要はないが、評価に必要な該オ−ステナイト系耐熱
鋼の強度デ−タとして、実際に使用された材料ではな
く、同じ種類の材料のデ−タを用いる必要があることか
ら、実際使用された材料強度デ−タと応力解析の評価に
用いた材料強度デ−タとの差に起因した誤差をもってい
た。
【０００５】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、高温で運転される機械部品に使用されている
オーステナイト系耐熱鋼の損傷の程度を、破壊試験法よ
りも短時間でかつ同等の精度で行ないうるオーステナイ
ト系耐熱鋼の高温損傷評価方法を提供することを目的と
する。
たもので、高温で運転される機械部品に使用されている
オーステナイト系耐熱鋼の損傷の程度を、破壊試験法よ
りも短時間でかつ同等の精度で行ないうるオーステナイ
ト系耐熱鋼の高温損傷評価方法を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】従来技術の持つ上記不具
合点を改善するために、本発明は以下の特徴を持つ。 （１）機械部品として実際に使用されているオ−ステナ
イト系耐熱鋼を切断することなく、その表面を研磨、エ
ッチングして、レプリカ法等によって該表面に現出した
金属組織を観察するだけで損傷の程度を評価する。 （２）実際に使用された該オ−ステナイト系耐熱鋼にお
いて、高温損傷と直接関係する粒界析出物およびボイド
を定量化して損傷評価する。
合点を改善するために、本発明は以下の特徴を持つ。 （１）機械部品として実際に使用されているオ−ステナ
イト系耐熱鋼を切断することなく、その表面を研磨、エ
ッチングして、レプリカ法等によって該表面に現出した
金属組織を観察するだけで損傷の程度を評価する。 （２）実際に使用された該オ−ステナイト系耐熱鋼にお
いて、高温損傷と直接関係する粒界析出物およびボイド
を定量化して損傷評価する。
【０００７】（３）ボイドの定量化方法として、一定面
積中のボイドの結晶粒界方向の長さ、または、一定面積
中の全粒界の長さに対するボイドの結晶粒界方向の長さ
の比を用いる。
積中のボイドの結晶粒界方向の長さ、または、一定面積
中の全粒界の長さに対するボイドの結晶粒界方向の長さ
の比を用いる。
【０００８】即ち、この発明は、高温、応力下で運転さ
れる機械部品として使用されているオ−ステナイト系耐
熱鋼の高温損傷を評価する方法において、前記機械部品
の表面を研磨、エッチングして前記オ−ステナイト系耐
熱鋼の金属組織を現出させる工程と、現出させた金属組
織をレプリカ法又は携帯用顕微鏡を直接等該位置に装着
することによって観察する工程と、観察された金属組織
の一定面積中の結晶粒界に生成した微小空洞（ボイド）
の結晶粒界方向の長さを計測する工程と、個々の該測定
値を加算して該一定面積中に生成した微小空洞の長さの
合計値を該一定面積又は該一定面積中の結晶粒界の長さ
の合計値で除し、微小空洞線密度及び微小空洞粒界率
（単位、面積あたりのボイド長さ）を求める工程と、予
め実験室試験によって求めた微小空洞線密度、又は微小
空洞粒界率と寿命消費率との関係線図に該測定値をあて
はめることによって前記オ−ステナイト系の耐熱鋼の寿
命消費率を求める工程とを具備することを特徴とするオ
ーステナイト系耐熱鋼の高温損傷評価方法である。
れる機械部品として使用されているオ−ステナイト系耐
熱鋼の高温損傷を評価する方法において、前記機械部品
の表面を研磨、エッチングして前記オ−ステナイト系耐
熱鋼の金属組織を現出させる工程と、現出させた金属組
織をレプリカ法又は携帯用顕微鏡を直接等該位置に装着
することによって観察する工程と、観察された金属組織
の一定面積中の結晶粒界に生成した微小空洞（ボイド）
の結晶粒界方向の長さを計測する工程と、個々の該測定
値を加算して該一定面積中に生成した微小空洞の長さの
合計値を該一定面積又は該一定面積中の結晶粒界の長さ
の合計値で除し、微小空洞線密度及び微小空洞粒界率
（単位、面積あたりのボイド長さ）を求める工程と、予
め実験室試験によって求めた微小空洞線密度、又は微小
空洞粒界率と寿命消費率との関係線図に該測定値をあて
はめることによって前記オ−ステナイト系の耐熱鋼の寿
命消費率を求める工程とを具備することを特徴とするオ
ーステナイト系耐熱鋼の高温損傷評価方法である。
【０００９】
【作用】上述したこの発明の特徴の作用は、以下のとお
りである。 （１）金属組織を観察するだけで損傷を評価するため、
調査ならびに調査後の機械部品の復旧が容易であるとと
もに、評価に要する時間、費用が少ない。
りである。 （１）金属組織を観察するだけで損傷を評価するため、
調査ならびに調査後の機械部品の復旧が容易であるとと
もに、評価に要する時間、費用が少ない。
【００１０】（２）調査対象部品の金属組織を直接観察
することによって損傷を評価することから、応力解析法
のように材料特性のばらつきによる評価精度の誤差が生
じない。
することによって損傷を評価することから、応力解析法
のように材料特性のばらつきによる評価精度の誤差が生
じない。
【００１１】（３）オ−ステナイト系耐熱鋼の高温損傷
の主な要因であるボイドを定量化することによって損傷
評価することから評価精度が高く、また、ボイドの生成
状況の定量化方法として、一定面積中の粒界方向のボイ
ドの長さを用いたことから、ボイドの面積等に比べてエ
ッチング液、エッチング時間等のエッチング条件による
大きさの変化の影響を受けにくい。
の主な要因であるボイドを定量化することによって損傷
評価することから評価精度が高く、また、ボイドの生成
状況の定量化方法として、一定面積中の粒界方向のボイ
ドの長さを用いたことから、ボイドの面積等に比べてエ
ッチング液、エッチング時間等のエッチング条件による
大きさの変化の影響を受けにくい。
【００１２】
【実施例】以下、この発明における実施例を図面等を参
照して説明する。
照して説明する。
【００１３】この発明者等は、高温で使用される機械部
品として使用されたオ−ステナイト系耐熱鋼及び実験室
的にクリ−プ破断試験、クリ−プ疲労試験を破壊までの
種々の時間で中断させたオ−ステナイト系耐熱鋼の組織
調査を行った。
品として使用されたオ−ステナイト系耐熱鋼及び実験室
的にクリ−プ破断試験、クリ−プ疲労試験を破壊までの
種々の時間で中断させたオ−ステナイト系耐熱鋼の組織
調査を行った。
【００１４】その結果、前記オ−ステナイト系耐熱鋼に
は高温損傷の蓄積に伴ってその結晶粒界に微小な空洞
（ボイド）が生成し、さらに損傷が蓄積されるに従って
その数よりも、むしろ、個々のボイドの長さが粒界方向
に沿って長くなることを見出だした。一方、同じボイド
であっても、該ボイドの面積は金属組織を現出させるた
めに必要なエッチング液の種類、程度によって変化する
が、その結晶粒界方向の長さはエッチング条件によらず
略同等であった。
は高温損傷の蓄積に伴ってその結晶粒界に微小な空洞
（ボイド）が生成し、さらに損傷が蓄積されるに従って
その数よりも、むしろ、個々のボイドの長さが粒界方向
に沿って長くなることを見出だした。一方、同じボイド
であっても、該ボイドの面積は金属組織を現出させるた
めに必要なエッチング液の種類、程度によって変化する
が、その結晶粒界方向の長さはエッチング条件によらず
略同等であった。
【００１５】下記「表１」は、３種類のエッチング液を
用いて同じ試験片のエッチングを行って金属組織を現出
させたJIS 規格 SUS304HTB 鋼のクリ−プ中断試験片の
ボイドの生成状況を、一定面積中のボイドの数（ボイド
数密度）、ボイドの面積（ボイド面積率）、ボイドの長
さの合計（ボイド線密度、ボイド粒界率）によって定量
化した結果を示す。
用いて同じ試験片のエッチングを行って金属組織を現出
させたJIS 規格 SUS304HTB 鋼のクリ−プ中断試験片の
ボイドの生成状況を、一定面積中のボイドの数（ボイド
数密度）、ボイドの面積（ボイド面積率）、ボイドの長
さの合計（ボイド線密度、ボイド粒界率）によって定量
化した結果を示す。
【００１６】
【表１】 ボイド面積率は、ボイドの数密度、ボイド線密度、ボイ
ド粒界率と比較して、エッチング液によってその計測値
が大きく変化していた。
ド粒界率と比較して、エッチング液によってその計測値
が大きく変化していた。
【００１７】そこで、試験温度７００℃、試験応力６．
０kgf/mm2 におけるクリ−プ試験を種々の時間で中断さ
せた前記SUS304HTB 鋼のクリ−プ中断試験片のボイド数
密度、ボイド線密度及びボイド粒界率を測定した。図１
にボイド数密度、ボイド線密度と寿命消費率との関係を
示す。なお、寿命消費率は試験温度７００℃、試験応力
６．０kgf/mm2 における前記SUS304HTB 鋼のクリ−プ破
断時間に対する中断時間の割合とした。また、ボイド粒
界率は、ボイド線密度と同様に測定値はボイドの長さで
あるため、寿命消費率に対するボイド線密度の増加傾向
と同等の変化挙動を示すことから、ここでは図示しな
い。
０kgf/mm2 におけるクリ−プ試験を種々の時間で中断さ
せた前記SUS304HTB 鋼のクリ−プ中断試験片のボイド数
密度、ボイド線密度及びボイド粒界率を測定した。図１
にボイド数密度、ボイド線密度と寿命消費率との関係を
示す。なお、寿命消費率は試験温度７００℃、試験応力
６．０kgf/mm2 における前記SUS304HTB 鋼のクリ−プ破
断時間に対する中断時間の割合とした。また、ボイド粒
界率は、ボイド線密度と同様に測定値はボイドの長さで
あるため、寿命消費率に対するボイド線密度の増加傾向
と同等の変化挙動を示すことから、ここでは図示しな
い。
【００１８】ボイド数密度は、寿命中期に増加するもの
の、寿命中期以降はほとんど増加しなかった。一方、ボ
イド線密度及びボイド粒界率は寿命の初期から末期まで
連続的に増加しており、ボイド数密度よりもボイド線密
度またはボイド粒界率の方が損傷評価に適していること
が明らかになった。そこで、発電用ボイラの伝熱管とし
て長時間高温、応力下で使用されたSUS321HTB 鋼の損傷
の程度をこの発明方法よって評価した。
の、寿命中期以降はほとんど増加しなかった。一方、ボ
イド線密度及びボイド粒界率は寿命の初期から末期まで
連続的に増加しており、ボイド数密度よりもボイド線密
度またはボイド粒界率の方が損傷評価に適していること
が明らかになった。そこで、発電用ボイラの伝熱管とし
て長時間高温、応力下で使用されたSUS321HTB 鋼の損傷
の程度をこの発明方法よって評価した。
【００１９】即ち、該伝熱管表面をグラインダ−、研磨
紙、ダイヤモンド粒子を用いて鏡面になるまで順次研磨
し、その後硝酸、フッ酸、エタノ−ルおよび水からなる
混合液でエッチングして金属組織を現出させた。さら
に、現出させた金属組織をレプリカ法によって転写し、
走査型電子顕微鏡によって採取したレプリカの組織調査
を行い、５００倍の倍率で連続して３０視野の走査型電
子顕微鏡写真を撮影した。 撮影した写真に観察された
個々のボイドの長さを計測し、観察した領域中に観察さ
れたすべてのボイドの長さを合計し、これを観察面積で
除した値をボイド線密度とした。また、これを観察した
領域中のすべての結晶粒界の長さの合計値で助子徐した
値をボイド粒界率とした。また、これらを観察した領域
中のすべてたの結晶粒界の長さの合計値で序した値をボ
イド粒界とした。得られたボイド線密度及びボイド粒界
率を図１に示したボイド数密度、ボイド線密度及びボイ
ド粒界率と寿命消費率との関係線図にあてはめ、寿命消
費率を求めた。
紙、ダイヤモンド粒子を用いて鏡面になるまで順次研磨
し、その後硝酸、フッ酸、エタノ−ルおよび水からなる
混合液でエッチングして金属組織を現出させた。さら
に、現出させた金属組織をレプリカ法によって転写し、
走査型電子顕微鏡によって採取したレプリカの組織調査
を行い、５００倍の倍率で連続して３０視野の走査型電
子顕微鏡写真を撮影した。 撮影した写真に観察された
個々のボイドの長さを計測し、観察した領域中に観察さ
れたすべてのボイドの長さを合計し、これを観察面積で
除した値をボイド線密度とした。また、これを観察した
領域中のすべての結晶粒界の長さの合計値で助子徐した
値をボイド粒界率とした。また、これらを観察した領域
中のすべてたの結晶粒界の長さの合計値で序した値をボ
イド粒界とした。得られたボイド線密度及びボイド粒界
率を図１に示したボイド数密度、ボイド線密度及びボイ
ド粒界率と寿命消費率との関係線図にあてはめ、寿命消
費率を求めた。
【００２０】また、上記調査の後、前記伝熱管を抜管
し、クリ−プ破断試験片を採取して、試験温度７００
℃、応力６．０kgf/mm2 でクリ−プ破断試験を実施し
た。その結果得られた前記伝熱管のクリ−プ破断時間
と、同等鋼種の未使用材の同一条件下のクリ−プ破断試
験の結果得られた破断時間から、前記伝熱管のクリ−プ
破断寿命消費率を求めた結果を、下記「表２」に示す。
し、クリ−プ破断試験片を採取して、試験温度７００
℃、応力６．０kgf/mm2 でクリ−プ破断試験を実施し
た。その結果得られた前記伝熱管のクリ−プ破断時間
と、同等鋼種の未使用材の同一条件下のクリ−プ破断試
験の結果得られた破断時間から、前記伝熱管のクリ−プ
破断寿命消費率を求めた結果を、下記「表２」に示す。
【００２１】
【表２】 両者の結果は精度よく一致しており、この発明方法によ
る評価結果は、破壊試験法による評価結果とほぼ同等で
あることが明らかになった。上述したように、この発明
方法によれば、破壊試験法よりも短時間で簡便に、破壊
試験法とほぼ同等の精度の寿命評価法を提供できる。さ
らに、同様の結果は、SUS321鋼、SUS347鋼およびSUS316
鋼においても得られた。
る評価結果は、破壊試験法による評価結果とほぼ同等で
あることが明らかになった。上述したように、この発明
方法によれば、破壊試験法よりも短時間で簡便に、破壊
試験法とほぼ同等の精度の寿命評価法を提供できる。さ
らに、同様の結果は、SUS321鋼、SUS347鋼およびSUS316
鋼においても得られた。
【００２２】
【発明の効果】上述したように、この発明方法によれ
ば、高温で運転される機械部品に使用されているオ−ス
テナイト系耐熱鋼の損傷の程度を破壊試験法よりも短時
間で且つ同等の精度で行う損傷評価方法を提供できるこ
とから、機械部品の供用中検査の迅速化を図ることがで
きる。さらに、評価に機械部品の切断、復旧作業を伴わ
ないこと、および長時間に渡る機械試験を行わなくても
良いことから、破壊試験法よりも簡便で且つ安価であ
り、評価工事の効率化、検査範囲の拡大による検査精度
の向上が期待できる。
ば、高温で運転される機械部品に使用されているオ−ス
テナイト系耐熱鋼の損傷の程度を破壊試験法よりも短時
間で且つ同等の精度で行う損傷評価方法を提供できるこ
とから、機械部品の供用中検査の迅速化を図ることがで
きる。さらに、評価に機械部品の切断、復旧作業を伴わ
ないこと、および長時間に渡る機械試験を行わなくても
良いことから、破壊試験法よりも簡便で且つ安価であ
り、評価工事の効率化、検査範囲の拡大による検査精度
の向上が期待できる。
【図１】この発明の一実施例として得られた、JIS 規格
SUS321HTB 鋼のクリ−プ中断材の組織解析によるボイ
ドの数密度およびボイド線密度とクリ−プ破断寿命消費
率との関係線図。
SUS321HTB 鋼のクリ−プ中断材の組織解析によるボイ
ドの数密度およびボイド線密度とクリ−プ破断寿命消費
率との関係線図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 33/20 G01N 1/28 G01N 1/32 G01N 17/00
Claims (1)
- 【請求項１】 高温、応力下で運転される機械部品とし
て使用されているオ−ステナイト系耐熱鋼の高温損傷を
評価する方法において、前記機械部品の表面を研磨、エ
ッチングして前記オ−ステナイト系耐熱鋼の金属組織を
現出させる工程と、現出させた金属組織をレプリカ法又
は携帯用顕微鏡を直接等該位置に装着することによって
観察する工程と、観察された金属組織の一定面積中の結
晶粒界に生成した微小空洞の結晶粒界方向の長さを計測
する工程と、個々の該測定値を加算して該一定面積中に
生成した微小空洞の長さの合計値を該一定面積又は該一
定面積中の結晶粒界の長さの合計値で除し、微小空洞線
密度及び微小空洞粒界率を求める工程と、予め実験室試
験によって求めた微小空洞線密度、又は微小空洞粒界率
と寿命消費率との関係線図に該測定値をあてはめること
によって前記オ−ステナイト系の耐熱鋼の寿命消費率を
求める工程とを具備することを特徴とするオーステナイ
ト系耐熱鋼の高温損傷評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4207891A JP3064110B2 (ja) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | オーステナイト系耐熱鋼の高温損傷評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4207891A JP3064110B2 (ja) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | オーステナイト系耐熱鋼の高温損傷評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0650966A JPH0650966A (ja) | 1994-02-25 |
| JP3064110B2 true JP3064110B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=16547284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4207891A Expired - Fee Related JP3064110B2 (ja) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | オーステナイト系耐熱鋼の高温損傷評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064110B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4979563B2 (ja) * | 2007-12-13 | 2012-07-18 | 中国電力株式会社 | クリープ寿命評価方法 |
| CN101846634B (zh) * | 2010-04-28 | 2012-02-29 | 首钢总公司 | 一种分析低碳钢动态相变的方法 |
| JP5876260B2 (ja) * | 2011-10-05 | 2016-03-02 | 中国電力株式会社 | クリープ損傷を受ける金属の余寿命診断装置 |
-
1992
- 1992-08-04 JP JP4207891A patent/JP3064110B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0650966A (ja) | 1994-02-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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