JP5903120B2 - Creep damage evaluation method - Google Patents
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Description
本発明は、鋳鋼材溶接部におけるクリープ損傷評価方法に関する。 The present invention relates to a creep damage evaluation method for a weld portion of a cast steel material.
例えば、ボイラ配管における溶接部や、蒸気タービン車室と配管との溶接部、あるいは蒸気タービン周りの弁と配管との溶接部等は、他の部位と比較して、高温・高圧の環境下での長時間の使用によりクリープ損傷し易く、適切な時期で補修または交換をすることなく使用を継続すると破断に至る。そのため、これら配管等の溶接部のクリープ損傷を評価し、当該溶接部の余寿命を予測し、補修または交換の適切な時期を設定することが望まれる。 For example, welded parts in boiler pipes, welded parts between steam turbine casings and pipes, or welded parts between valves and pipes around steam turbines, etc., in a higher temperature and higher pressure environment than other parts. It is prone to creep damage due to long-term use, and breakage occurs if it is used without repair or replacement at an appropriate time. Therefore, it is desirable to evaluate the creep damage of welds such as these pipes, predict the remaining life of the welds, and set an appropriate time for repair or replacement.
下記の特許文献１には、ボイラ配管として一般に用いられる圧延管（例えばＳＴＰＡ２４等）の溶接部におけるクリープ損傷を評価するのに適した方法が記載されている。
The following
ところが、蒸気タービン車室、その周りの弁、およびこれらに接続される配管等には、上記圧延管とは異なり、鋳鋼材が用いられている。このため、蒸気タービン車室と配管との溶接部や、蒸気タービン周りの弁と配管との溶接部等の鋳鋼材溶接部におけるクリープ損傷を評価するに当たり、上記圧延管の溶接部におけるクリープ損傷評価方法を用いたのでは、正しい評価結果を得ることができない。 However, unlike the rolled pipe, cast steel is used for the steam turbine casing, the valves around it, and the pipes connected thereto. For this reason, in evaluating creep damage in a welded part of a cast steel material such as a welded part between a steam turbine casing and a pipe and a valve and a pipe around a steam turbine, the creep damage evaluation in the welded part of the rolled pipe is performed. If the method is used, a correct evaluation result cannot be obtained.
すなわち、上記圧延管の溶接部も、鋳鋼材溶接部も、高温・高圧環境下での使用の継続により、溶接熱影響部の粗粒域における結晶粒界にボイドが形成され、１つの結晶粒界上に形成された複数のボイドが連結することで、き裂が形成される点は共通している。 That is, in both the welded portion of the rolled pipe and the cast steel material welded portion, voids are formed in the grain boundary in the coarse grain region of the weld heat affected zone as a result of continued use in a high temperature / high pressure environment. The point that a crack is formed by connecting a plurality of voids formed on the boundary is common.
しかし、上記圧延管の溶接部においては、その寿命の中期から粗粒域の結晶粒界にボイドが形成され始め、寿命末期にき裂となり、また、１つの結晶粒界の全長に相当する長さのき裂が形成された時点で溶接部が破断する危険性が高まる。このため、上記圧延管の溶接部におけるクリープ損傷評価法では、粗粒域において１つの結晶粒界の全長に相当する長さのき裂が形成された時点（粗粒域におけるＭパラメータが１に達した時点）で、溶接部が破断に至ると評価している。 However, in the welded portion of the rolled tube, voids begin to form at the grain boundaries in the coarse grain region from the middle of the life, cracks occur at the end of the life, and a length corresponding to the entire length of one grain boundary. There is an increased risk of the weld being broken when the crack is formed. For this reason, in the creep damage evaluation method for the welded portion of the rolled pipe, when a crack having a length corresponding to the entire length of one grain boundary is formed in the coarse grain region (the M parameter in the coarse grain region is set to 1). At the point of arrival), it is estimated that the weld will break.
これに対し、鋳鋼材溶接部においては、その寿命の初期から粗粒域の結晶粒界にボイドが形成され始め、中期になると、１つの結晶粒界上に形成された複数のボイドが連結して短いき裂（微視き裂）となり、末期になると、短いき裂同士が連結し、複数の結晶粒界にまたがる長いき裂が形成され、さらに、そのき裂が粗粒域から溶接金属部または細粒域まで進展し、そして破断に至ることが判明している。このように、ボイドが形成され始める時期や破断に至る際のき裂の長さ等が、上記圧延管の溶接部と鋳鋼材溶接部とでは異なるため、上記圧延管の溶接部におけるクリープ損傷評価方法を用いて鋳鋼材溶接部のクリープ損傷を評価した場合には、正しい評価結果を得ることができないものと考えられる。 In contrast, in cast steel welds, voids begin to form at the grain boundaries in the coarse grain region from the beginning of their life, and at the middle stage, a plurality of voids formed on one crystal grain boundary are connected. Short cracks (microscopic cracks), and at the end, short cracks are connected to each other to form a long crack that spans multiple grain boundaries. It has been found that it progresses to the part or fine grain region and leads to breakage. As described above, since the time when the void starts to be formed and the length of the crack at the time of rupture are different between the welded portion of the rolled tube and the welded portion of the cast steel material, the creep damage evaluation in the welded portion of the rolled tube is performed. It is considered that when the creep damage of the cast steel weld zone is evaluated using the method, a correct evaluation result cannot be obtained.
本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、鋳鋼材溶接部のクリープ損傷を正しく評価することができるクリープ損傷評価方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, for example, and an object of the present invention is to provide a creep damage evaluation method capable of correctly evaluating the creep damage of a welded portion of a cast steel material.
上記課題を解決するために、本発明の第１のクリープ損傷評価方法は、鋳鋼材溶接部の所定の範囲内を観察し、前記鋳鋼材溶接部の前記所定の範囲内における結晶粒界に形成される空隙に関連する指標を求め、当該指標と前記鋳鋼材溶接部の損傷率との予め形成された関係から、前記鋳鋼材溶接部の損傷率を求めるクリープ損傷評価方法であって、前記鋳鋼材溶接部の前記所定の範囲内を観察した結果、１つの結晶粒界の長さ未満の長さを有する前記空隙であるボイドが前記所定の範囲内のいずれかの結晶粒界に形成され、かつ、１つの結晶粒界の長さ以上の長さを有する前記空隙であるき裂が前記所定の範囲内のいずれの結晶粒界にも形成されていない場合には、前記所定の範囲内において前記ボイドが形成された結晶粒界のそれぞれにつき、１つの結晶粒界の長さに対する、当該結晶粒界上に形成された前記ボイドの長さの合計の比率を算出し、当該比率の最大値を前記指標として用い、前記き裂が前記所定の範囲内のいずれかの結晶粒界に形成されている場合には、前記所定の範囲内において形成された前記き裂のうち、最大の長さを有する前記き裂がまたがる結晶粒界の個数を前記指標として用いることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the first creep damage evaluation method of the present invention observes the inside of a predetermined range of a cast steel material welded portion and forms it at a grain boundary within the predetermined range of the cast steel material welded portion. A creep damage evaluation method for obtaining a damage rate of the welded portion of the cast steel material from a pre-formed relationship between the index and the damage rate of the welded portion of the cast steel material As a result of observing the inside of the predetermined range of the material welded portion, a void that is the void having a length less than the length of one crystal grain boundary is formed in any crystal grain boundary within the predetermined range, And, when a crack that is the void having a length equal to or longer than the length of one crystal grain boundary is not formed in any crystal grain boundary within the predetermined range, Each of the grain boundaries where voids are formed The ratio of the total length of the voids formed on the crystal grain boundary to the length of one crystal grain boundary is calculated, the maximum value of the ratio is used as the index, and the crack is The number of crystal grain boundaries spanning the crack having the maximum length among the cracks formed within the predetermined range. Is used as the index.
また、本発明の第２のクリープ損傷評価方法は、鋳鋼材溶接部の所定の範囲内を観察し、前記鋳鋼材溶接部の前記所定の範囲内における結晶粒界に形成される空隙に関連する指標を求め、当該指標と前記鋳鋼材溶接部の損傷率との予め形成された関係から、前記鋳鋼材溶接部の損傷率を求めるクリープ損傷評価方法であって、前記鋳鋼材溶接部の前記所定の範囲を観察した結果、１つの結晶粒界の長さ未満の長さを有する前記空隙であるボイドが前記所定の範囲内のいずれかの結晶粒界に形成され、かつ、１つの結晶粒界の長さ以上の長さを有する前記空隙であるき裂が前記所定の範囲内のいずれの結晶粒界にも形成されていない場合には、前記所定の範囲内において前記ボイドが形成された結晶粒界のそれぞれにつき、１つの結晶粒界の長さに対する、当該結晶粒界上に形成された前記ボイドの長さの合計の比率を算出し、当該比率の最大値を前記指標として用い、前記き裂が前記所定の範囲内のいずれかの結晶粒界に形成されている場合には、前記所定の範囲内において形成された前記き裂のうち、最大の長さを有する前記き裂の長さを、前記所定の範囲内の結晶粒界の長さの平均で除した値を前記指標として用いることを特徴とする。
Further, the second creep damage evaluation method of the present invention relates to a void formed in a crystal grain boundary in the predetermined range of the cast steel material welded portion by observing the predetermined range of the cast steel material welded portion. A creep damage evaluation method for obtaining an index, and determining a damage rate of the cast steel welded part from a pre-formed relationship between the index and the damage rate of the cast steel welded part, wherein the predetermined value of the cast steel welded part As a result of observing the range, a void which is the void having a length less than the length of one crystal grain boundary is formed at any crystal grain boundary within the predetermined range, and one crystal grain boundary In the case where a crack which is the void having a length equal to or longer than the above-mentioned length is not formed in any crystal grain boundary within the predetermined range, the crystal grain in which the void is formed within the
また、本発明の第３のクリープ損傷評価方法は、上述した本発明の第１または第２のクリープ損傷評価方法において、前記鋳鋼材溶接部の前記所定の範囲内において、前記最大の長さを有するき裂が溶接熱影響部の粗粒域内から当該溶接熱影響部の細粒域内へ延びている場合には、前記最大の長さを有するき裂のうち前記粗粒域内に存在する部分の長さを、前記所定の範囲内における前記粗粒域内の結晶粒界の長さの平均で除した値と、前記最大の長さを有するき裂のうち前記細粒域内に存在する部分の長さを、前記所定の範囲内における前記細粒域内の結晶粒界の長さの平均で除した値との合計値を前記指標として用いることを特徴とする。 The third creep damage evaluation method of the present invention is the above-described first or second creep damage evaluation method of the present invention, wherein the maximum length is set within the predetermined range of the cast steel material welded portion. In the case where a crack having a crack extends from the coarse grain region of the weld heat affected zone into the fine grain region of the weld heat affected zone, the crack existing in the coarse grain zone of the crack having the maximum length A value obtained by dividing the length by the average length of crystal grain boundaries in the coarse grain region within the predetermined range, and the length of the portion existing in the fine grain region of the crack having the maximum length. A total value of the value obtained by dividing the length by the average length of crystal grain boundaries in the fine grain region within the predetermined range is used as the index.
また、本発明の第４のクリープ損傷評価方法は、上述した本発明の第１ないし第３のいずれかのクリープ損傷評価方法において、前記鋳鋼材溶接部の前記所定の範囲内において、前記最大の長さを有するき裂が溶接熱影響部の粗粒域内から溶接金属部内へ延びている場合には、前記最大の長さを有するき裂のうち前記粗粒域内に存在する部分の長さを、前記所定の範囲内における前記粗粒域内の結晶粒界の長さの平均で除した値と、前記最大の長さを有するき裂のうち前記溶接金属部内に存在する部分の長さを、前記所定の範囲内における前記溶接金属部内の結晶粒界の長さの平均で除した値との合計値を前記指標として用いることを特徴とする。 The fourth creep damage evaluation method of the present invention is the creep damage evaluation method according to any one of the first to third aspects of the present invention described above, wherein the maximum value is within the predetermined range of the welded portion of the cast steel material. When the crack having a length extends from the coarse grain region of the weld heat affected zone into the weld metal part, the length of the portion of the crack having the maximum length existing in the coarse grain region is determined. The value divided by the average length of the grain boundaries in the coarse grain region within the predetermined range, and the length of the portion existing in the weld metal part of the crack having the maximum length, A total value of the value divided by the average length of the grain boundaries in the weld metal part within the predetermined range is used as the index.
本発明の第５のクリープ損傷評価方法は、上述した本発明の第１ないし第４のいずれかのクリープ損傷評価方法において、前記指標と前記鋳鋼材溶接部の損傷率との関係は、鋳鋼材溶接部を有する試験体を用意し、前記試験体を用いてクリープ損傷試験を開始してから前記試験体が破断するまでの間において、数回、前記試験体の鋳鋼材溶接部を観察して前記指標を求め、前記クリープ損傷試験を開始してから、前記指標を求める作業を行った時点までの各時間を、前記クリープ損傷試験を開始してから前記試験体が破断するまでの時間で除することにより損傷率を算出し、前記試験体の鋳鋼材溶接部を観察して求めた前記指標と前記算出した損傷率とを対応付けることにより形成されることを特徴とする。 A fifth creep damage evaluation method of the present invention is the above-described creep damage evaluation method of any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the relationship between the index and the damage rate of the cast steel material welded portion is a cast steel material. Prepare a specimen having a welded portion, and observe the cast steel material welded portion of the specimen several times during the period from the start of the creep damage test using the specimen until the specimen breaks. Each time from when the index is obtained and the creep damage test is started to when the work for obtaining the index is performed is divided by the time from when the creep damage test is started until the specimen breaks. In this case, the damage rate is calculated, and the index obtained by observing the welded portion of the cast steel of the test body is associated with the calculated damage rate.
本発明の第６のクリープ損傷評価方法は、上述した本発明の第１ないし第５のいずれかのクリープ損傷評価方法において、前記鋳鋼材溶接部を有する鋳鋼材は、クロムモリブデン鋼であることを特徴とする。 According to a sixth creep damage evaluation method of the present invention, in the creep damage evaluation method of any one of the first to fifth aspects of the present invention described above, the cast steel material having the cast steel material welded portion is chromium molybdenum steel. Features.
本発明の第７のクリープ損傷評価方法は、上述した本発明の第１ないし第５のいずれかのクリープ損傷評価方法において、前記鋳鋼材溶接部を有する鋳鋼材は、クロムモリブデンバナジウム鋼であることを特徴とする。 A seventh creep damage evaluation method of the present invention is the above-described creep damage evaluation method of any one of the first to fifth of the present invention, wherein the cast steel material having the cast steel material welded portion is chromium molybdenum vanadium steel. It is characterized by.
本発明によれば、鋳鋼材溶接部のクリープ損傷を正しく評価することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the creep damage of a cast steel material welding part can be evaluated correctly.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態によるクリープ損傷評価方法は、鋳鋼材溶接部を観察し、鋳鋼材溶接部の結晶粒界に形成される空隙に関連する指標Ｍを求め、当該指標Ｍに基づき、鋳鋼材溶接部のクリープ損傷を評価する方法である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The creep damage evaluation method according to the embodiment of the present invention observes a cast steel material welded portion, obtains an index M related to a void formed at a grain boundary of the cast steel material welded portion, and based on the index M, welds the cast steel material. This is a method for evaluating creep damage of a part.
（鋳鋼材溶接部のクリープ損傷）
本発明の実施形態によるクリープ損傷評価方法の詳細を説明する前に、鋳鋼材溶接部およびそのクリープ損傷について説明する。
(Creep damage of welded parts of cast steel)
Before describing the details of the creep damage evaluation method according to the embodiment of the present invention, a welded portion of cast steel material and its creep damage will be described.
図１は、火力発電設備等において用いられる蒸気タービンを示している。図１に示すように、蒸気タービン１は、外部車室２、組合せ再熱弁（ＣＲＶ）３、および主蒸気または再熱蒸気が流れる配管４等を備えている。これら外部車室２、組合せ再熱弁３、および配管４等には、例えばクロムモリブデン鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ）またはクロムモリブデンバラジウム鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ０．１Ｖまたは１Ｃｒ１Ｍｏ０．２５Ｖ）等の鋳鋼材が用いられている。また、外部車室２と配管４との間、および組合せ再熱弁３と配管４との間は周溶接により接続され、それぞれの部材間には鋳鋼材溶接部５が形成されている。
FIG. 1 shows a steam turbine used in a thermal power generation facility or the like. As shown in FIG. 1, the
図２は、例えば蒸気タービン１における外部車室２の蒸気流入部２Ａと配管４等の管状の鋳鋼材同士を周溶接することにより形成された鋳鋼材溶接部５の構造を示している。図３は、図２中の矢示ＩＩＩーＩＩＩ方向から見た鋳鋼材溶接部５の断面を示している。
FIG. 2 shows the structure of a cast steel material welded
図２または図３に示すように、鋳鋼材からなる母材１１同士を周溶接することにより、これら母材１１間において、これら母材１１の全周にわたり鋳鋼材溶接部５が形成される。具体的には、これら母材１１の軸方向（これら母材１１が並ぶ方向）における中間部には、溶接材料が溶融することにより溶接金属部１２が形成される。また、溶接金属部１２の軸方向両側には溶接熱影響部１３が形成される。溶接熱影響部１３は、溶接の熱の影響を受けて組織、冶金的性質、および機械的性質等が変化した、溶融していない母材１１の部分である。溶接熱影響部１３は、溶接金属部１２および溶接の熱の影響を受けていない母材１１の部分と硬さおよび靱性が異なる。本実施形態では、溶接金属部１２および溶接熱影響部１３を鋳鋼材溶接部５ということとする。
As shown in FIG. 2 or FIG. 3, by welding the
また、溶接熱影響部１３には粗粒域１４および細粒域１５が形成されている。溶接熱影響部１３において、粗粒域１４は溶接金属部１２に接近した場所に位置し、細粒域１５は溶接金属部１２から離れた場所に位置する。粗粒域１４は細粒域１５と比較し、結晶粒子が粗く、各結晶粒界の長さが長い。また、粗粒域１４は溶接金属部１２と比較し、結晶粒子が粗く、各結晶粒界の長さが長い。また、粗粒域１４の幅（軸方向長さ）は例えば５００μｍ程度である。
In addition, a
図４は、主に溶接熱影響部１３におけるクリープ損傷の状態を示している。図５は粗粒域１４内の結晶粒界上にボイドが形成された状態を示している。図６は、粗粒域１４内の結晶粒界上にき裂が形成された状態を示している。
FIG. 4 mainly shows the state of creep damage in the weld heat affected
外部車室２および配管４等の鋳鋼材は、高温および高圧の環境下で使用され、特に、配管４には、図２中の矢示Ａにより示すように、その周方向に大きな応力が作用する。このような環境下で鋳鋼材を長時間使用すると、鋳鋼材の他の部分と比較して強度の低い鋳鋼材溶接部５がクリープ損傷する。具体的には、まず、鋳鋼材溶接部５の溶接熱影響部１３における粗粒域１４内の結晶粒界上に空隙が形成される。その後、空隙は溶接金属部１２または溶接熱影響部１３の細粒域１５へ進展する。ここで、本実施形態において、「空隙」とは、１つの結晶粒界の長さよりも短いごく微小な隙間から、複数の結晶粒界にまたがる長い割れまでを含む広い意味を有するものとする。また、１つの結晶粒界の長さ未満の長さを有する空隙を「ボイド」といい、１つの結晶粒界の長さ以上の長さを有する空隙を「き裂」ということとする。
Cast steel materials such as the
鋳鋼材溶接部５のクリープ損傷についてより具体的に説明する。鋳鋼材の使用を開始してある程度の時間が経過すると、図４（１）に示すように、鋳鋼材溶接部５の溶接熱影響部１３における粗粒域１４内にボイド２２が形成される。ボイド２２は、図５に示すように、結晶粒界２１上に位置し、結晶粒界２１に沿うように形成される。
The creep damage of the cast steel welded
鋳鋼材の使用をさらに継続すると、図４（２）に示すように、粗粒域１４内におけるボイド２２の個数が増加する。図５に示すように、ボイド２２の形成は、１つの結晶粒界２１に集中する傾向がある。このため、鋳鋼材の使用を継続すると、１つの結晶粒界２１内に複数のボイド２２が形成されていくことが多い。
If the use of the cast steel material is further continued, the number of
鋳鋼材の使用をさらに継続すると、図４（３）に示すように、１つの結晶粒界２１内に形成された複数のボイド２２が互いに連結する。そして、ボイド２２の長さが１つの結晶粒界２１の長さに達したとき、それはき裂２３となる。
If the use of the cast steel is further continued, as shown in FIG. 4 (3), a plurality of
鋳鋼材の使用をさらに継続すると、図４（４）に示すように、互いに近接した場所に位置する複数の結晶粒界２１上に形成されたボイド２２またはき裂２３が互いに連結することより、長いき裂２３が形成される。そして、き裂２３は、鋳鋼材の使用の継続により一層長くなり、図６に示すように、複数の結晶粒界２１にまたがるようになる。なお、図６に示すき裂２３は、長さＬを有し、５つの結晶粒界２１にまたがっている。
If the use of the cast steel material is further continued, as shown in FIG. 4 (4), the
鋳鋼材の使用をさらに継続すると、図４（５）に示すように、粗粒域１４内に形成された複数のき裂２３が互いに連結し、き裂２３の長さが、粗粒域１４の幅（軸方向長さ）に相当する長さとなる。
When the use of the cast steel material is further continued, as shown in FIG. 4 (5), a plurality of
鋳鋼材の使用をさらに継続すると、図４（６）に示すように、き裂２３が粗粒域１４内を逸脱し、溶接金属部１２内へ進入する。すなわち、粗粒域１４内に形成されたき裂２３と連続するように溶接金属部１２内にもき裂２３が形成される。また、き裂２３は、粗粒域１４内を逸脱し、細粒域１５内へ進入する。すなわち、粗粒域１４内に形成されたき裂２３と連続するように細粒域１５内にもき裂２３が形成される。クリープ損傷がこの段階に達すると、き裂２３の深さ（管状の鋳鋼材の径方向に進行するき裂の長さ）が大きくなり、粗粒域１４または細粒域１５において母材を貫通し、または溶接金属部１２を貫通し、破断に至る。このような鋳鋼材溶接部５におけるクリープ損傷の進行の態様は、ボイラ配管等に一般的に用いられる圧延管の溶接部におけるクリープ損傷の進行の態様とは異なる。
When the use of the cast steel is further continued, the
（クリープ損傷評価方法）
次に、本発明の実施形態によるクリープ損傷評価方法について詳細に説明する。
(Creep damage evaluation method)
Next, the creep damage evaluation method according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
本発明の実施形態によるクリープ損傷評価方法では、鋳鋼材溶接部５を観察し、鋳鋼材溶接部５における結晶粒界に形成される空隙に関連する指標Ｍを求め、当該指標Ｍと鋳鋼材溶接部５の損傷率との予め形成された関係から、鋳鋼材溶接部５の損傷率を求める。
In the creep damage evaluation method according to the embodiment of the present invention, the cast steel material welded
具体的には、実機における鋳鋼材溶接部５に対してクリープ損傷評価方法を適用してクリープ損傷を評価する前に、上記指標Ｍと鋳鋼材溶接部５の損傷率との関係を示すマスターカーブを形成する。このマスターカーブは、試験装置を作製し、作製した試験装置を用いて内圧クリープ損傷試験を行い、この試験の結果に基づいて形成する。マスターカーブを形成した後、実機における鋳鋼材溶接部５を観察し、上記指標Ｍを求め、当該指標Ｍを、マスターカーブに当てはめて鋳鋼材溶接部５の損傷率を求める。
Specifically, before applying the creep damage evaluation method to the cast steel welded
図７は、マスターカーブを形成するために行われる内圧クリープ損傷試験において用いられる試験装置を示している。図７に示すように、試験装置３１は、管状に形成された鋳鋼材からなる一対の試験片３２、３３を周溶接により互いに接続することにより形成された試験体３４を備えている。試験体３４において、試験片３２と試験片３３との間には試験体溶接部３５が形成されている。試験体溶接部３５は、図２または図３に示す鋳鋼材溶接部５と同様の構造を有する。すなわち、試験体溶接部３５には、溶接金属部１２、並びに粗粒域１４および細粒域１５を有する溶接熱影響部１３が形成されている。
FIG. 7 shows a test apparatus used in an internal pressure creep damage test performed to form a master curve. As shown in FIG. 7, the
試験体３４は、例えば実機の配管４よりも小さく形成することができる。例えば試験体３４の長さは２４０ｍｍ程度である。
The
また、各試験片３２、３３の鋳鋼材の化学成分は、実機の鋳鋼材の化学成分と同一または類似していることが望ましい。各試験片３２、３３の鋳鋼材の化学成分は、実機で用いられている鋳鋼材の化学組成、組織、硬さ、引張強度等を模擬して決める。
Moreover, it is desirable that the chemical components of the cast steel materials of the
本実施形態においては、実機が上述した蒸気タービン１であり、蒸気タービン１に用いられている鋳鋼材として、クロムモリブデン鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ）、クロムモリブデンバラジウム鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ０．１Ｖ）、およびクロムモリブデンバラジウム鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ０．２５Ｖ）が考えられるので、これら３種類の鋳鋼材から形成された３種類の試験片３２、３３を作製する。そして、例えばこれら３種類の鋳鋼材からなる一対の試験片３２、３３同士を周溶接により接続した３種類の試験体３４を作製する。なお、本実施形態では、同一の化学成分を有する鋳鋼材から形成された一対の試験片３２、３３同士を接続することとする。そして、これら３種類の試験体３４を組み込んだ３種類の試験装置３１を作製する。
In the present embodiment, the actual machine is the
下記の表１は、上記３種類の鋳鋼材に対応するようにそれぞれ形成される試験片３２、３３の鋳鋼材の化学成分の具体例を示す表である。表１は、紙面の大きさの都合上、表が上下２つに分かれているが、上側の表の右端と、下側の表の左端とを繋げて１つの表として見る。
また、下記の表２は、上記３種類の鋳鋼材に対応するようにそれぞれ形成される試験片３２、３３同士の溶接に用いられる溶接材料の具体例を示している。
また、各試験片３２、３３の作製に当たっては、実機の鋳鋼材に近い鋳鋼材を再現するために、次のような処理を行う。（ａ）まず、真空溶解炉で材料の溶解・鋳込みを行い、上記成分の鋼塊を鋳造する。（ｂ）続いて、焼きならしを行い、試験片３２、３３とする材料の組織を、実機の材料の組織に近づけまたは一致させるように調整する。具体的には、鋼塊を、１５０度以下の温度から９７０度程度へ加熱した後、３００度以下の温度まで冷却する。（ｃ）続いて、焼きもどしを行い、試験片３２、３３とする材料の硬さおよび強度を、実機の材料の硬さまたは強度に近づけまたは一致させるように調整する。具体的には、１５０度以下の温度から最適温度まで加熱し、炉冷後、３００度以下の温度となるまで冷却する。（ｄ）続いて、鋼塊を管状の試験片３２、３３の形状に加工する。（ｅ）続いて、試験片３２、３３を互いに周溶接により接続する。（ｆ）続いて、焼き鈍しを行い、試験片３２、３３における溶接応力を除去する。具体的には、１５０度以下の温度から最適温度まで加熱し、炉冷後、３００度以下の温度となるまで冷却する。
Moreover, when producing each
また、図７に示すように、試験装置３１は、底側端栓３７、導管側端栓３８および導管３９を備えている。底側端栓３７は、一方の試験片３２の一方の端部に溶接により固定され、当該試験片３２の一方の端部を閉塞している。導管側端栓３８は、他方の試験片３３の他方の端部に溶接により固定されている。導管３９は、導管側端栓３８に形成された孔３８Ａに連通するように導管側端栓３８に溶接により接続されている。また、底側端栓３７、導管側端栓３８および導管３９はそれぞれ例えばステンレス鋼材により形成されている。また、試験体３４の内部には、例えばステンレス鋼により形成された円柱状の中子４０が設けられている。中子４０の直径は試験体３４の内径よりもわずかに小さい。
As shown in FIG. 7, the
このような構成を有する試験装置３１においては、導管３９から試験体３４内の空間に高圧の加圧用気体を供給することができる。また、試験体３４内の空間は、導管３９に連通する孔３８Ａを除き、加圧用気体が外部に漏れることができないように気密に形成されているため、導管３９から試験体３４内の空間に加圧用気体を供給することで、試験体３４内の圧力を高めることができる。なお、試験体３４の内部に中子４０を設けることにより、試験体３４内の空間の体積を小さくし、試験体３４内へ供給する加圧用気体の量を少なくし、試験体３４の破断時における加圧用気体の外部への噴出量を抑制している。
In the
さて、以上のようにして作製された試験装置３１を用いて行う内圧クリープ損傷試験について説明する。内圧クリープ損傷試験は、上述した３種類の鋳鋼材に対応する３種類の試験装置３１を用い、当該３種類の鋳鋼材についてそれぞれ行う。以下、ある１種類の鋳鋼材について行う内圧クリープ損傷試験の内容を説明するが、他の２種類の鋳鋼材についてそれぞれ行う内圧クリープ損傷試験の内容もそれと同様である。
Now, an internal pressure creep damage test performed using the
内圧クリープ損傷試験において、まず、複数（例えば１５通り）の中途止め時間を設定する。続いて、試験装置３１を電気炉内に設置し、試験体３４を所定の試験温度まで加熱する。試験体３４の温度が試験温度となって安定した後、試験装置３１の導管３９を介して、試験体３４内に加圧用気体を所定の圧力をもって供給し、試験体３４内の圧力を所定の試験圧力にする。加圧用気体には、一般にアルゴン等の不活性ガスが用いられる。試験体３４内の圧力が試験圧力になった後、加圧用気体の供給を停止し、試験体３４内の圧力が保たれるようにし、試験を開始する。そして、試験を開始してから最初の中途止め時間が経過するまで、この状態を維持する。なお、この間、定期的に試験体３４内の圧力を監視し、圧力が低下していれば、加圧用気体を供給し、試験体３４内の圧力を試験圧力に保つようにする。
In the internal pressure creep damage test, first, a plurality of (for example, 15) midway stop times are set. Subsequently, the
ここで、試験温度は、実機における蒸気温度と同一または類似の温度とすることが望ましい。また、試験圧力は、実機の配管４内に加わる圧力と同一または類似の圧力とすることが望ましい。
Here, the test temperature is desirably the same as or similar to the steam temperature in the actual machine. Further, it is desirable that the test pressure is the same as or similar to the pressure applied in the
下記の表３は、上記３種類の鋳鋼材に対応するクリープ損傷試験に適用される試験温度および試験圧力の具体例を示している。
内圧クリープ損傷試験を開始してから最初の中途止め時間が経過した時点で、試験体３４の加熱および試験体３４内の加圧を中断する。そして、試験体３４の試験体溶接部３５を観察する。本実施形態では、例えばレプリカ法により試験体溶接部３５の観察を行う。すなわち、試験体溶接部３５の表面を写したレプリカを作製し、これを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する。
When the first halfway stop time has elapsed since the start of the internal pressure creep damage test, heating of the
また、試験体溶接部３５の観察は、試験体溶接部３５に所定の観察範囲を設定し、観察範囲内を観察することにより行う。本実施形態における観察範囲は、試験体溶接部３５の粗粒域１４の一部、細粒域１５の一部および溶接金属部１２の一部を含む範囲である。観察範囲を設定する方法として、例えば、観察に用いる走査型電子顕微鏡で観察可能な範囲に基づいて観察範囲を設定する方法がある。なお、観察範囲を、クリープ損傷の程度（進行具合）に応じて次のように変更するようにしてもよい。すなわち、ボイドまたはき裂が粗粒域１４内にのみ形成されるに止まっている期間は、観察範囲を粗粒域１４の一部のみとし、き裂が溶接金属部１２または細粒域１５にも形成されるに至った以降の期間は、観察範囲を溶接金属部１２または細粒域１５に拡張してもよい。
The specimen welded
試験体３４の試験体溶接部３５を観察した結果、試験体溶接部３５における結晶粒界に空隙が形成されている場合には、当該空隙に関連する指標Ｍ（Ｍパラメータ）を求める。本実施形態では、次の５つのケースにつき、それぞれ異なる５通りの指標Ｍの決定方法を採用している。
As a result of observing the specimen welded
まず、第１のケース、すなわち、試験体溶接部３５の観察範囲内を観察した結果、図５に示すように、ボイド２２が観察範囲内における粗粒域１４内のいずれかの結晶粒界２１に形成され、かつ、き裂が観察範囲内のいずれの結晶粒界２１にも形成されていない場合には、観察範囲内においてボイド２２が形成された結晶粒界２１のそれぞれにつき、１つの結晶粒界２１の長さに対する、当該結晶粒界２１上に形成されたボイド２２の長さの合計の比率を算出し、当該比率の最大値を指標Ｍとして用いる。すなわち、第１のケースにおける指標Ｍを決定する式は、次の通りである。
First, as a result of observing the first case, that is, the observation range of the specimen welded
Ｍ＝ＭＡＸ（Σ粗粒域における１結晶粒界内におけるボイド長さｄｉ／１結晶粒界長さＤ） （１）
また、第２のケース、すなわち、試験体溶接部３５の観察範囲内を観察した結果、図６に示すように、き裂が観察範囲内における粗粒域１４内のいずれかの結晶粒界２１に形成されている場合には、観察範囲内において形成されたき裂のうち、最大の長さを有するき裂がまたがる結晶粒界の個数を指標Ｍとして用いる。すなわち、第２のケースにおける指標Ｍを決定する式は、次の通りである。
M = MAX (Void length di / 1 grain boundary length D within one grain boundary in the Σ coarse grain region) (1)
Further, as a result of observing the second case, that is, the observation range of the specimen welded
Ｍ＝粗粒域において最大長さのき裂がまたがる結晶粒界の個数 （２Ａ）
なお、この第２のケースにおいて、観察範囲内における粗粒域１４内に形成されたき裂のうち、最大の長さを有するき裂の長さを、観察範囲内における粗粒域１４内の結晶粒界の長さの平均で除した値を指標Ｍとして用いてもよい。すなわち、第２のケースにおける指標Ｍを決定する他の式は、次の通りである。
M = number of crystal grain boundaries where cracks of the maximum length span in the coarse grain region (2A)
In this second case, among the cracks formed in the
Ｍ＝粗粒域において最大長のき裂の長さ／粗粒域における結晶粒界長さの平均 （２Ｂ）
また、第３のケース、すなわち、試験体溶接部３５の観察範囲内を観察した結果、き裂が観察範囲内における粗粒域１４内から細粒域１５内へ延びている場合には、観察範囲内における粗粒域１４内から細粒域１５内へ延びているき裂のうち、最大の長さを有するき裂を特定し、当該最大の長さを有するき裂のうち、粗粒域１４内に存在する部分の長さを、観察範囲内における前記粗粒域１４内の結晶粒界の長さの平均で除した値と、当該最大の長さを有するき裂のうち細粒域１５内に存在する部分の長さを、観察範囲内における細粒域１５内の結晶粒界の長さの平均で除した値との合計値を指標Ｍとして用いる。すなわち、第３のケースにおける指標Ｍを決定する式は、次の通りである。
M = length of the largest crack in the coarse grain region / average grain boundary length in the coarse grain region (2B)
Further, in the third case, that is, as a result of observing the observation range of the specimen welded
Ｍ＝最大長のき裂の粗粒域内部分の長さ／粗粒域における結晶粒界長さの平均＋最大長のき裂の細粒域内部分の長さ／細粒域における結晶粒界長さの平均 （３）
また、第４のケース、すなわち、試験体溶接部３５の観察範囲内を観察した結果、き裂が観察範囲内における粗粒域１４内から溶接金属部１２内へ延びている場合には、観察範囲内における粗粒域１４内から溶接金属部１２内へ延びているき裂のうち、最大の長さを有するき裂を特定し、当該最大の長さを有するき裂のうち、粗粒域１４内に存在する部分の長さを、観察範囲内における前記粗粒域１４内の結晶粒界の長さの平均で除した値と、当該最大の長さを有するき裂のうち溶接金属部１２内に存在する部分の長さを、観察範囲内における溶接金属部１２内の結晶粒界の長さの平均で除した値との合計値を指標Ｍとして用いる。すなわち、第４のケースにおける指標Ｍを決定する式は、次の通りである。
M = length of coarse-length region of maximum length crack / average grain boundary length in coarse-grain region + length of fine-grain region of maximum-length crack / grain boundary length in fine-grain region Average (3)
Further, in the fourth case, that is, as a result of observing the inside of the observation range of the specimen welded
Ｍ＝最大長のき裂の粗粒域内部分の長さ／粗粒域における結晶粒界長さの平均＋最大長のき裂の溶接金属部内部分の長さ／溶接金属部における結晶粒界長さの平均 （４）
また、第５のケース、すなわち、試験体溶接部３５の観察範囲内を観察した結果、き裂が観察範囲内における粗粒域１４内から細粒域１５内および溶接金属部１２内の双方へ延びている場合には、観察範囲内における粗粒域１４内から細粒域１５および溶接金属部１２内の双方へ延びているき裂のうち、最大の長さを有するき裂を特定し、当該最大の長さを有するき裂のうち、粗粒域１４内に存在する部分の長さを、観察範囲内における前記粗粒域１４内の結晶粒界の長さの平均で除した値と、当該最大の長さを有するき裂のうち細粒域１５内に存在する部分の長さを、観察範囲内における細粒域１５内の結晶粒界の長さの平均で除した値と、当該最大の長さを有するき裂のうち溶接金属部１２内に存在する部分の長さを、観察範囲内における溶接金属部１２内の結晶粒界の長さの平均で除した値との合計値を指標Ｍとして用いる。すなわち、第５のケースにおける指標Ｍを決定する式は、次の通りである。
M = length of the largest length crack in the coarse grain region / average grain boundary length in the coarse grain region + length of the largest crack in the weld metal portion / grain boundary length in the weld metal portion Average (4)
Further, as a result of observing the fifth case, that is, the observation range of the specimen welded
Ｍ＝最大長のき裂の粗粒域内部分の長さ／粗粒域における結晶粒界長さの平均＋最大長のき裂の細粒域内部分の長さ／細粒域における結晶粒界長さの平均＋最大長のき裂の溶接金属部内部分の長さ／溶接金属部における結晶粒界長さの平均 （５）
このようにして、試験体溶接部３５に形成された空隙に関連する指標Ｍを求めた後、または、試験体溶接部３５を観察した結果、試験体溶接部３５に空隙が形成されていなかったことが確認された後、試験体３４の加熱および試験体３４内の加圧を再開する。その後、次の中途止め時間が経過するまで試験体３４の加熱および試験体３４内の加圧状態を維持し、当該中途止め時間が経過した時点で試験体３４の加熱および試験体３４内の加圧を中断して試験体溶接部３５を観察し、試験体溶接部３５に空隙が形成さている場合には指標Ｍを求めるといった作業を、試験体３４が破断するまで繰り返し行う。
M = length of coarse-length region of maximum length crack / average grain boundary length in coarse-grain region + length of fine-grain region of maximum-length crack / grain boundary length in fine-grain region Average length + length of weld metal part of maximum length crack / average grain boundary length in weld metal part (5)
Thus, after calculating | requiring the parameter | index M relevant to the space | gap formed in the test
試験体３４が破断した時点で、試験体３４の加熱および試験体３４内の加圧を停止し、内圧クリープ損傷試験を終了する。そして、内圧クリープ損傷試験を開始した時点（試験体３４を試験温度に加熱し、かつ試験体３４の内圧を試験圧力にする初回の操作を行い、最初の中途止め時間へ向けて試験を開始した時点）から試験体３４が破断するまでの時間である破断時間を計算する。なお、破断時間を計算する際、試験体３４の加熱および試験体３４内の加圧を中断していた時間を除外する。
When the
続いて、指標Ｍを求めた各中途止め時間を破断時間で除することにより、試験体溶接部３５の損傷率を算出する。これにより、当該内圧クリープ損傷試験において求めた指標Ｍにそれぞれ対応する試験体溶接部３５の損傷率が算出される。そして、マスターカーブを形成するに当たり、これら試験体溶接部３５の損傷率を、鋳鋼材溶接部５の損傷率として用いる。
Subsequently, the damage rate of the specimen welded
続いて、当該内圧クリープ損傷試験において求めた複数の指標Ｍと、上述したように算出した鋳鋼材溶接部５（試験体溶接部３５）の複数の損傷率とをそれぞれ対応付けることにより、マスターカーブを形成する。 Subsequently, the master curve is obtained by associating the plurality of indices M obtained in the internal pressure creep damage test with the plurality of damage rates of the cast steel welded part 5 (test body welded part 35) calculated as described above. Form.
なお、上述した５つのケースにおいて、第１、第２および第３のケースは、試験を開始してから試験体溶接部３５が破断に至るまで、この順序で起こることが多い。また、第１、第２および第４のケースも、試験を開始してから試験体溶接部３５が破断に至るまで、この順序で起こることが多い。また、第５のケースは、第３または第４のケースが起こった後に起こることが多い。すなわち、上述した第１ないし第５のケースは、鋳鋼材溶接部５（試験体溶接部３５）の損傷率が０％から１００％へ変化する過程でそれぞれ起こり得る。したがって、ある１種類の鋳鋼材につき、上述した第１ないし第５のケースごとにそれぞれ異なる決定方法で決定された複数の指標Ｍは、１つのマスターカーブを形成するために組合わされて用いられる。
In the five cases described above, the first, second, and third cases often occur in this order from the start of the test until the specimen welded
ここで、図８はマスターカーブの具体例を示している。図８では、上述した３種類の鋳鋼材の試験体３４のそれぞれについて行った内圧クリープ損傷試験により求めた指標Ｍと損傷率との関係をプロットしている。また、図８に示すマスターカーブを形成するための内圧クリープ損傷試験では、各種類の鋳鋼材の１つの試験体３４において２つの観察範囲を設定している。第１の観察範囲は、試験体３４において底側端栓３７が設けられた側（底側）に位置する粗粒域１４の一部、細粒域１５の一部および溶接金属部１２の一部に設定している。第２の観察範囲は、試験体３４において導管側端栓３８が設けられた側（導管側）に位置する粗粒域１４の一部、細粒域１５の一部および溶接金属部１２の一部に設定している。このため、図８に示すマスターカーブを形成するための内圧クリープ損傷試験では、各種類の鋳鋼材の１つの試験体３４につき、第１の観察範囲内の観察に基づく指標Ｍと、第２の観察範囲内の観察に基づく指標Ｍとの２通りの指標Ｍを求め、これら２通りの指標Ｍを互いに別の指標Ｍと捉えている。そして、図８では、これら２通りの指標Ｍと損傷率との関係（鋳鋼材が３種類なので、合計６通りの指標と損傷率との関係）にそれぞれ異なる記号を割り当ててプロットしている。
Here, FIG. 8 shows a specific example of the master curve. FIG. 8 plots the relationship between the index M and the damage rate obtained by the internal pressure creep damage test performed for each of the above-described three types of
すなわち、図８において、黒塗り正方形の記号は、クロムモリブデン鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ）における底側の観察範囲における指標Ｍと損傷率との関係を示し、白塗り正方形の記号は、当該鋳鋼材における導管側の観察範囲における指標Ｍと損傷率との関係を示す。また、黒塗り菱形の記号は、クロムモリブデンバラジウム鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ０．１Ｖ）における底側の観察範囲における指標Ｍと損傷率との関係を示し、白塗り菱形の記号は、当該鋳鋼材における導管側の観察範囲における指標Ｍと損傷率との関係を示す。また、黒塗り三角形の記号は、クロムモリブデンバラジウム鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ０．２５Ｖ）における底側の観察範囲における指標Ｍと損傷率との関係を示し、白塗り三角形の記号は、当該鋳鋼材における導管側の観察範囲における指標Ｍと損傷率との関係を示す。図８を見るとわかる通り、いずれの指標Ｍと損傷率との関係も、指標Ｍが大きくなるに連れて損傷率が高くなっている。 That is, in FIG. 8, the black square symbol indicates the relationship between the index M and the damage rate in the observation range on the bottom side in chromium molybdenum steel (1Cr1Mo), and the white square symbol indicates the conduit side in the cast steel material. The relationship between the index M and the damage rate in the observation range is shown. Moreover, the symbol of the black diamond indicates the relationship between the index M and the damage rate in the observation range on the bottom side of the chromium-molybdenum palladium steel (1Cr1Mo0.1V), and the symbol of the white diamond indicates the conduit side in the cast steel The relationship between the index M and the damage rate in the observation range is shown. Moreover, the symbol of the black triangle indicates the relationship between the index M and the damage rate in the observation range on the bottom side of the chromium-molybdenum palladium alloy steel (1Cr1Mo0.25V), and the symbol of the white triangle indicates the conduit side in the cast steel The relationship between the index M and the damage rate in the observation range is shown. As can be seen from FIG. 8, in any relationship between the index M and the damage rate, the damage rate increases as the index M increases.
また、図８には、１つのマスターカーブＣが描かれている。このマスターカーブＣは、図８において、各損傷率につき、最も小さい指標Ｍを選択し、それら選択した指標Ｍの点上またはその近傍を通るように描いた曲線である。このように、各損傷率につき、最も小さい指標Ｍを選択することで、実機の鋳鋼材溶接部５の観察から求められた各指標Ｍについて最も高い損傷率を認定することが可能になり、損傷の度合いを高く見積もった、安全寄りのクリープ損傷評価が可能になる。
Further, in FIG. 8, one master curve C is drawn. This master curve C is a curve drawn so that the smallest index M is selected for each damage rate in FIG. 8 and passes over or near the point of the selected index M. Thus, by selecting the smallest index M for each damage rate, it becomes possible to recognize the highest damage rate for each index M obtained from observation of the cast steel material welded
このようにマスターカーブを形成した後は、実機における鋳鋼材溶接部５を観察し、指標Ｍを求め、当該指標Ｍを、マスターカーブに当てはめて実機の鋳鋼材溶接部５の損傷率を求める。実機における鋳鋼材溶接部５の観察方法として例えばレプリカ法を採用することができる。また、実機の鋳鋼材溶接部５における指標Ｍの決定方法は、上述した試験体溶接部３５における指標Ｍの決定方法と同じである。
After the master curve is formed in this way, the cast steel material welded
本実施形態によるクリープ損傷評価方法により求めた実機の鋳鋼材溶接部５の損傷率を用いて下記の計算を行うことで、実機の鋳鋼材溶接部５の余寿命を知ることができる。
By performing the following calculation using the damage rate of the cast steel material welded
余寿命＝運転時間×（１ー損傷率）／損傷率 （６）
ただし、運転時間とは、実機の使用を開始してから評価時までの時間である。
Remaining life = Operating time × (1−Damage rate) / Damage rate (6)
However, the operation time is the time from the start of use of the actual machine to the time of evaluation.
以上説明した通り、本発明の実施形態によるクリープ損傷評価方法によれば、鋳鋼材溶接部５のクリープ損傷評価を正しく行うことができる。具体的には、鋳鋼材溶接部５の正しい損傷率を求めることができ、鋳鋼材溶接部５の余寿命の予測の精度を高めることができる。特に、本発明の実施形態によるクリープ損傷評価方法によれば、上述した５つのケースごとに指標Ｍの決定方法を切り替えることで、図４に示すように、時間の経過に伴い、空隙が、粗粒域１４内におけるボイド２２から、粗粒域１４内におけるき裂に変化し、さらに粗粒域１４と細粒域１５または溶接金属部１２とにまたがるき裂に変化し、多くの場合その後に破断に至るといった鋳鋼材溶接部５におけるクリープ損傷の性質ないし態様に適合した信頼性の高いクリープ損傷評価を実現することができる。
As described above, according to the creep damage evaluation method according to the embodiment of the present invention, the creep damage evaluation of the cast steel welded
なお、上記実施形態では、クリープ損傷評価方法により、蒸気タービン１を構成する部位の鋳鋼材溶接部５におけるクリープ損傷を評価する場合を例にあげたが、本発明はこれに限らず、他の機器ないし設備の鋳鋼材溶接部におけるクリープ損傷を評価することもできる。
In the above embodiment, the case where creep damage in the cast steel material welded
また、上記実施形態では、クロムモリブデン鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ）、クロムモリブデンバラジウム鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ０．１Ｖ）、およびクロムモリブデンバラジウム鋼（１Ｃｒ１Ｍｏ０．２５Ｖ）を評価対象とする場合を例にあげたが、本発明はこれらに限らず、他の鋳鋼材を評価対象とするともできる。 In the above embodiment, the case where chromium molybdenum steel (1Cr1Mo), chromium molybdenum palladium steel (1Cr1Mo0.1V), and chromium molybdenum palladium steel (1Cr1Mo0.25V) are evaluated is described as an example. The invention is not limited to these, and other cast steel materials can be evaluated.
また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うクリープ損傷評価方法もまた本発明の技術思想に含まれる。 Further, the present invention can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention which can be read from the claims and the entire specification, and a creep damage evaluation method involving such a change is also a technique of the present invention. Included in thought.
１ 蒸気タービン
２ 外部車室
２Ａ 蒸気流入部
３ 組合せ再熱弁
４ 配管
５ 鋳鋼材溶接部
１１ 母材
１２ 溶接金属部
１３ 溶接熱影響部
１４ 粗粒域
１５ 細粒域
２１ 結晶粒界
２２ ボイド
２３ き裂
３１ 試験装置
３２、３３ 試験片
３４ 試験体
３５ 試験体溶接部
３７ 底側端栓
３８ 導管側端栓
３８Ａ 孔
３９ 導管
４０ 中子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記鋳鋼材溶接部の前記所定の範囲内を観察した結果、１つの結晶粒界の長さ未満の長さを有する前記空隙であるボイドが前記所定の範囲内のいずれかの結晶粒界に形成され、かつ、１つの結晶粒界の長さ以上の長さを有する前記空隙であるき裂が前記所定の範囲内のいずれの結晶粒界にも形成されていない場合には、前記所定の範囲内において前記ボイドが形成された結晶粒界のそれぞれにつき、１つの結晶粒界の長さに対する、当該結晶粒界上に形成された前記ボイドの長さの合計の比率を算出し、当該比率の最大値を前記指標として用い、前記き裂が前記所定の範囲内のいずれかの結晶粒界に形成されている場合には、前記所定の範囲内において形成された前記き裂のうち、最大の長さを有する前記き裂がまたがる結晶粒界の個数を前記指標として用いることを特徴とするクリープ損傷評価方法。 Observe the predetermined range of the cast steel weld zone, determine an index related to the void formed in the grain boundary within the predetermined range of the cast steel weld zone, and damage the index and the cast steel weld zone From a pre-formed relationship with the rate, a creep damage evaluation method for determining the damage rate of the cast steel weld zone,
As a result of observing the inside of the predetermined range of the cast steel material welded portion, a void which is the void having a length less than the length of one crystal grain boundary is formed at any crystal grain boundary within the predetermined range. And the crack, which is the void having a length equal to or longer than the length of one crystal grain boundary, is not formed in any crystal grain boundary within the predetermined range, it is within the predetermined range. In each of the crystal grain boundaries in which the voids are formed, the ratio of the total length of the voids formed on the crystal grain boundary to the length of one crystal grain boundary is calculated, and the maximum of the ratio is calculated. When the value is used as the index and the crack is formed at any grain boundary within the predetermined range, the maximum length of the cracks formed within the predetermined range The number of grain boundaries spanned by the crack Creep damage evaluation method is characterized by using as an index.
前記鋳鋼材溶接部の前記所定の範囲を観察した結果、１つの結晶粒界の長さ未満の長さを有する前記空隙であるボイドが前記所定の範囲内のいずれかの結晶粒界に形成され、かつ、１つの結晶粒界の長さ以上の長さを有する前記空隙であるき裂が前記所定の範囲内のいずれの結晶粒界にも形成されていない場合には、前記所定の範囲内において前記ボイドが形成された結晶粒界のそれぞれにつき、１つの結晶粒界の長さに対する、当該結晶粒界上に形成された前記ボイドの長さの合計の比率を算出し、当該比率の最大値を前記指標として用い、前記き裂が前記所定の範囲内のいずれかの結晶粒界に形成されている場合には、前記所定の範囲内において形成された前記き裂のうち、最大の長さを有する前記き裂の長さを、前記所定の範囲内の結晶粒界の長さの平均で除した値を前記指標として用いることを特徴とするクリープ損傷評価方法。 Observe the predetermined range of the cast steel weld zone, determine an index related to the void formed in the grain boundary within the predetermined range of the cast steel weld zone, and damage the index and the cast steel weld zone From a pre-formed relationship with the rate, a creep damage evaluation method for determining the damage rate of the cast steel weld zone,
As a result of observing the predetermined range of the cast steel material welded portion, voids that are the voids having a length less than the length of one crystal grain boundary are formed in any crystal grain boundary within the predetermined range. And, when a crack which is the void having a length longer than the length of one crystal grain boundary is not formed in any crystal grain boundary within the predetermined range, For each crystal grain boundary in which the voids are formed, the ratio of the total length of the voids formed on the crystal grain boundary to the length of one crystal grain boundary is calculated, and the maximum value of the ratio Is used as the index, and the crack is formed at any grain boundary within the predetermined range, the maximum length of the cracks formed within the predetermined range The length of the crack having Creep damage evaluation method which comprises using a value obtained by dividing the average length of the grain boundaries as the index.
鋳鋼材溶接部を有する試験体を用意し、
前記試験体を用いてクリープ損傷試験を開始してから前記試験体が破断するまでの間において、数回、前記試験体の鋳鋼材溶接部を観察して前記指標を求め、
前記クリープ損傷試験を開始してから、前記指標を求める作業を行った時点までの各時間を、前記クリープ損傷試験を開始してから前記試験体が破断するまでの時間で除することにより損傷率を算出し、
前記試験体の鋳鋼材溶接部を観察して求めた前記指標と前記算出した損傷率とを対応付けることにより形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のクリープ損傷評価方法。 The relationship between the index and the damage rate of the cast steel material weld is:
Prepare a test body with cast steel welds,
From the start of the creep damage test using the test body until the test body breaks, the cast steel material welded part of the test body is observed several times to obtain the index,
The damage rate is obtained by dividing each time from the start of the creep damage test to the time when the work for obtaining the index is performed by the time from the start of the creep damage test until the specimen breaks. To calculate
The creep damage evaluation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the creep damage evaluation method is formed by associating the index obtained by observing a cast steel material weld of the test body with the calculated damage rate. .
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