JP3372437B2 - 高温機器材料のクリープ寿命評価方法 - Google Patents

高温機器材料のクリープ寿命評価方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は少ない試料により、
短時間に精度よくクリープ寿命消費率を測定することが
できる高温機器材料のクリープ寿命評価方法に関する。 【0002】 【従来の技術】高温機器材料のクリープ寿命消費率や余
寿命の評価方法は、非破壊試験法と破壊試験法の2つに
大別される。非破壊検査法には染色浸透探傷法、磁気探
傷法又は超音波探傷法等により表面及び内部の亀裂、欠
陥の有無の調査を行う欠陥検査と対象部位からレプリカ
を採取してクリープボイドの生成状況、析出物の分布状
況及び形態変化から寿命消費率を推定する金属組織学的
評価法とがある。一方、破壊試験法では高温機器におい
て長時間使用された部位よりミニチュアクリープ試験片
を採取し、任意の応力及び温度で長時間のクリープ破断
試験を行い、余寿命を推定していた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術の高
温機器材料のクリープ寿命消費率及び余寿命評価法にお
ける問題点は以下のとおりである。 (1)染色浸透探傷法、磁気探傷法又は超音波探傷法等
による非破壊検査法においては、欠陥の有無を調査する
のみでクリープ寿命消費率の定量化は困難である。 (2)金属組織学的評価法は、クリープ寿命評価におい
てもっとも活発に行われており有用な方法であるが、ク
リープボイドの生成数が少ない寿命前半において精度の
高い寿命評価が困難である。 (3)実機より採取した材料を用いてクリープ破断試験
を行う破壊試験方法は、余寿命を推定するにはもっとも
有用であるが、試験期間が長期にわたり、また、数条件
での試験を実施するため、高温機器からの材料採取量数
を多く必要とする。 【0004】本発明は上記従来技術の実状に鑑み、実機
からの材料採取量が少なくてすみ、短時間で精度のよい
評価が可能な高温機器材料のクリープ寿命評価方法を提
供しようとするものである。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は高温機器より採
取した材料を用いてクリープ寿命を評価する方法におい
て、高温機器の任意の測定対象部位から採取した材料の
有効応力を測定し、予めその材料について有効応力とク
リープ寿命消費率との関係を調べて作成した関係図に基
づいてクリープ寿命消費率を算出することを特徴とする
高温機器材料のクリープ寿命評価方法である。 【0006】 【発明の実施の形態】有効応力とは負荷されている応力
のうち、材料が変形するのに寄与する応力(転位を動か
すのに有効に働いている応力)であり、有効応力と負荷
応力との間には有効応力=負荷応力−内部応力の関係が
ある。内部応力とは負荷された応力に対し逆向きに働く
逆応力であり、材料自身が有する変形抵抗力を表すもの
である。この内部応力は析出物の分布状態や転位組織に
よって決まり、析出物が微細に分散しているほど、ま
た、サブグレイン(亜結晶粒)サイズが小さく、サブグ
レインバウンダリ(亜結晶粒界)の方位差が大きいほど
内部応力は大きくなる。 【0007】本発明は材料の有効応力とクリープ寿命消
費率との間に一定の関係があり、特定の材料について予
備試験を行い、予め両者の関係を示す関係図(検量線)
を作成しておくことにより、材料の有効応力を測定する
だけでクリープ寿命の評価を行うことができることを見
出した結果に基づくものである。本発明の方法によれ
ば、実際に運転されている高温機器から採取した材料を
用いて、その材料の有効応力を測定することにより、例
えば500〜650程度の高温で使用されている高温機
器材料のクリープ寿命評価を行うことができる。 【0008】本発明の方法においては、特定の材料につ
いて数段階のクリープ寿命消費率の試料(例えば10%
寿命消費材、20%寿命消費材、・・・)を作製する。
ここでいうクリープ寿命消費率は、その温度、応力にお
けるクリープ破断時間の10%の時間だけ応力を負荷さ
せたものを10%寿命消費材とし、例えば、破断時間1
000時間の材料であれば応力を負荷させた状態で10
0時間経過した時点で応力を除荷したものを試料とす
る。そして、これらの試料を用いて後述の応力急減試験
を行い、有効応力を測定し、得られた有効応力と用いた
試料のクリープ寿命消費率との関係図を作成する。 【0009】実機から採取した試料のクリープ寿命評価
を行うに当たっては、予めその材料について作成した有
効応力とクリープ寿命消費率との関係図を使用すること
により、試料の有効応力を測定するだけでクリープ寿命
評価を行うことができる。なお、前記のとおり有効応力
は負荷応力から内部応力を引いた値となるので、応力が
変化すれば有効応力も変化する。本発明では内部応力の
変化に伴う有効応力の増減でクリープ寿命評価を行うの
で、関係図の作成時及び実機から採取した試料の測定時
の負荷応力は一定にしておくことが必要である。 【0010】次に有効応力の測定法を図1によって説明
する。図1(a)は測定に使用した試験片の寸法、形状
を示す図であり、図1(b)は測定方法を示す説明図で
ある。測定は次の手順によって実施する。 (1)高温機器における任意の部位より採取した材料を
有効応力測定用試験片1に加工し、試験容器2内で所定
の温度(通常は実機使用温度付近の温度あるいは加速試
験のために実機使用温度よりも若干高い温度とする)ま
で加熱する。 (2)加熱した試験片に初期応力として任意の引張応力
(通常は有効応力を測定する試験温度における試験材の
耐力の50%程度の応力)を負荷する(おもり3及び4
を負荷する)。 (3)クリープ変形中の試験片から初期の負荷応力の1
0%程度を瞬間的に除荷する(除荷用おもり4の一つを
除荷する)。除荷後の金属材料は、弾性変位分の歪みが
減少した後、即座にクリープ変形を始めるか、変形が滞
留するか、もしくは引張応力を負荷しているにもかかわ
らず歪みが一定期間減少し、その後増加し始めるかであ
る。 (4)除荷された試験片の歪みが応力急減直後の歪み以
上まで回復したら、再度10%程度の応力を除荷する
(除荷用おもり4の二つ目を除荷する)。 (5)この手順を数回繰り返す(すなわち、10%程度
の応力の除荷を数段階行う)。 【0011】図2に9%Cr鋼の応力急減後の歪みの変
化の1例を示す。応力急減後、試験片の歪みは一定期間
減少し、その後増加し始める。ここでは応力急減後の歪
みまで試験片の歪みが回復するまでの時間(変形滞留時
間)を測定する。なお、図2のグラフは連続的なグラフ
(の最終的な歪みの大きさがの出発点に一致する)
となるものであるが、図2には変形滞留時間が測定でき
る範囲までを記載してある。この例では除荷前の歪みよ
り高い歪みまで回復した後、次の除荷を行っている。 【0012】図3は有効応力の決定法を示したものであ
る。ここで、横軸に変形滞留時間の1/2乗を、縦軸に
応力減少率すなわち(除荷応力)/(初期応力)の値を
とってプロットする。両者の間には直線関係が成り立
ち、変形滞留時間が0となる応力が有効応力となる。す
なわち、クリープ変形中の材料に負荷している応力の一
部を急減させると、その急減量によって歪みは次のよう
な挙動をとる。(1) 応力急減量が有効応力と等しい場合
は材料中の転位に作用する力は0となり、変形は滞留す
る。(2) 応力急減量が有効応力を上回ると材料中の転位
に負の力が作用し、逆方向のクリープ変形が認められる
(歪みが減少する)。(3) 応力急減量が有効応力を下回
ると材料中の転位に正の力が作用した状態が続くため、
応力急減後即座に歪みが増加する。したがって、変形滞
留時間が0となる応力が有効応力となる。この有効応力
は負荷されている応力のうち、材料が変形するのに実際
に寄与する応力であり、高温応力下で材料を使用すると
内部逆応力すなわち材料の変形抵抗が減少するため、有
効応力は増加する。図3のデータは図2に対応したもの
であり、変形滞留時間が0となる位置では除荷応力/初
期応力=0.06なので、有効応力は0.06×140
(MPa)、すなわち8.4MPaとなる。 【0013】次に、寿命と有効応力の関係図の作成法に
ついて説明する。まず、定荷重クリープ破断試験機によ
って数段階のクリープ寿命消費材を作製する。その後、
それらの材料(各寿命消費材)を用いて前述の手順で応
力急減試験によって有効応力を測定し、有効応力とクリ
ープ寿命消費率の関係図を求める。 【0014】このようにして求めた9%Cr耐熱鋼にお
けるクリープ寿命消費率と有効応力の関係図を図4に示
す。前記図2及び図3の実験データは10%寿命消費材
の実験結果であり、図4におけるクリープ寿命消費率1
0%のプロットに相当する。前述のように有効応力は負
荷されている応力のうち、材料が変形するのに実際に寄
与する応力であり、高温応力下で材料を使用すると内部
逆応力すなわち材料の変形抵抗が減少するため、有効応
力は増加する。したがって、このような関係図を予め作
成しておくことによって、その金属の寿命消費率及び余
寿命を評価することができる。 【0015】図4中に示した破線は、火力発電所ボイラ
の伝熱管として長時間使用された9%Cr系耐熱鋼の有
効応力を示したものである。実機で使用された材料の有
効応力は37MPaであるから、図4の関係図から求め
たこの材料のクリープ寿命消費率は約50%ということ
になる。実機で使用された同じ材料について600℃、
140MPaでクリープ破断試験を実施した結果、48
00時間で破断した。今回測定対象とした9%Cr系耐
熱鋼の未使用材の600℃、140MPaでの平均破断
時間は約10000時間であり、従来方法でもっとも確
実な破壊試験法で得たクリープ寿命消費率は100×
(10000−4800)/10000=52%とな
る。このように本発明の方法で得られたクリープ寿命消
費率と従来法で得られたそれは略同様であり、本発明の
方法により高い精度でクリープ寿命評価が可能であるこ
とがわかる。 【0016】 【発明の効果】本発明の方法によれば次のような効果が
ある。 (1)従来の破壊試験法よりも短時間で結果が出るた
め、実機へのフィードバックが迅速に行える。また、試
験時間が短時間であるため、コスト的にも有利である。 (2)有効応力の測定は1本の試験片で行えるため、高
温機器対象部位からの材料の採取量が少量でよい。この
ため、材料の採取後の補修溶接等の作業が簡便になる。
【図面の簡単な説明】 【図1】有効応力の測定方法の概要を示す説明図。 【図2】有効応力測定試験結果の1例を示す説明図。 【図3】有効応力の測定結果から有効応力を算出する手
法を示す説明図。 【図4】有効応力とクリープ寿命消費率との関係を示す
関係図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−229339(JP,A) 鉄と鋼,1996年12月 1日,第82巻第 12号,p.1041−1046 日本機械学会論文集A編,1987年 4 月25日,第53巻第488号,p.764−771 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 17/00 G01M 19/00 G01N 3/00 G01N 33/20 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 高温機器より採取した材料を用いてクリ
    ープ寿命を評価する方法において、高温機器の任意の測
    定対象部位から採取した材料の有効応力を測定し、予め
    その材料について有効応力とクリープ寿命消費率との関
    係を調べて作成した関係図に基づいてクリープ寿命消費
    率を算出することを特徴とする高温機器材料のクリープ
    寿命評価方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4638621B2 (ja) * 2001-06-19 2011-02-23 九州電力株式会社 クリープひずみ速度を利用した金属材料の余寿命評価方法
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
CN101625351B (zh) * 2008-07-08 2013-06-26 华东理工大学 一种蠕变数据转换为材料高温应力松弛数据的方法
JP5931381B2 (ja) * 2011-09-13 2016-06-08 三菱日立パワーシステムズ株式会社 損傷評価方法およびメンテナンス評価指標の策定方法
CN104483255A (zh) * 2014-11-12 2015-04-01 江苏大学 一种应力作用下钢丝加速锈蚀试验装置和试验方法
JP7039784B2 (ja) * 2017-12-21 2022-03-23 三菱重工業株式会社 寿命評価装置及び寿命評価方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
日本機械学会論文集A編,1987年 4月25日,第53巻第488号,p.764−771
鉄と鋼,1996年12月 1日,第82巻第12号,p.1041−1046

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