JP6180864B2 - Method for estimating the operating temperature and usage time of steel parts - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、転がり軸受、発電用ボイラまたは火力発電プラント等で用いられる鋼製部品の使用温度および使用時間の推定方法に関する。 The present invention relates to a method for estimating a use temperature and a use time of a steel part used in, for example, a rolling bearing, a power generation boiler, or a thermal power plant.
鋼製部品は、使用時の温度と時間によって硬度等の強度特性が変化し、異常となる場合がある。そのため、鋼製部品の使用温度と使用時間の情報は、部品の異常原因の究明や部品の交換時期の判断の際に重要となる。従来より、発電用ボイラ用鋼管、火力発電プラントで用いられる鋼製部品の使用温度を推定する場合には、予め求めておいた分析値、使用温度、使用時間の関係を使って、実際の鋼製部品の分析値と使用時間の情報から使用温度を推定する。 Steel parts may become abnormal due to changes in strength characteristics such as hardness depending on the temperature and time during use. For this reason, information on the use temperature and use time of steel parts is important when investigating the cause of the abnormality of the part and determining the replacement time of the part. Conventionally, when estimating the working temperature of steel pipes for power generation boilers and steel parts used in thermal power plants, the actual steel The operating temperature is estimated from the analysis values of the manufactured parts and the information on the usage time.
一方、鋼製部品を使ったシステムは、必ずしも運転時間のデータが収集されていないため、鋼製部品の使用時間は分からない場合がある。このような状況では、前述の方法による温度推定は困難になる。
前述のように、鋼製部品の温度推定は、部品の異常原因の究明や部品の交換時期の判断の際に重要な技術であるが、使用時間の情報が得られない場合、その実施が困難になるという問題があった。
On the other hand, in a system using steel parts, the operating time data is not necessarily collected, so the usage time of the steel parts may not be known. In such a situation, temperature estimation by the above-described method becomes difficult.
As mentioned above, temperature estimation for steel parts is an important technique for investigating the cause of abnormal parts and determining when to replace parts. There was a problem of becoming.
この発明の目的は、鋼製部品の使用温度だけでなく使用時間も推定することができる鋼製部品の使用温度および使用時間の推定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for estimating the use temperature and use time of a steel part, which can estimate the use time as well as the use temperature of the steel part.
この発明は、鋼製部品の使用温度および使用時間を推定する方法であって、
それぞれ前記鋼製部品の特定の性状についての分析値と使用温度と使用時間との関係を示す、２つ以上の互いに異なる性状についての関係式を準備する関係式準備過程と、
使用温度および使用時間の推定対象となる鋼製部品について、前記各関係式における前記各性状の分析値を求める分析過程と、
この分析過程で求めた各性状についての分析値から、前記各関係式を用いて前記鋼製部品の使用温度および使用時間を推定する推定過程とを含む。
この明細書において、前記「特定の性状」とは、鋼製部品の物性または化学成分である。
「特定の性状」が鋼製部品の物性である場合の分析値は、例えば、Ｘ線回折の分析値（半価幅、残留オーステナイト量、残留応力）、機械的性質（硬度、降伏点、耐力、引張強度、伸び、絞り）等である。
「特定の性状」が鋼製部品の化学成分である場合の分析値は、例えば、炭化物量である。
また前記「分析値」は、測定値を含む意味である。
The present invention is a method for estimating the use temperature and use time of a steel part,
A relational expression preparation process for preparing relational expressions for two or more different properties, each indicating an analytical value for a specific property of the steel part and a relationship between a use temperature and a use time;
For steel parts to be estimated for use temperature and use time, an analysis process for obtaining an analysis value of each property in each relational expression;
And an estimation process for estimating the use temperature and the use time of the steel part from the analysis values for the properties obtained in the analysis process using the relational expressions.
In this specification, the “specific property” is a physical property or chemical component of a steel part.
Analytical values when the “specific properties” are the physical properties of steel parts include, for example, X-ray diffraction analysis values (half width, residual austenite amount, residual stress), mechanical properties (hardness, yield point, yield strength) , Tensile strength, elongation, drawing) and the like.
The analysis value when the “specific property” is the chemical component of the steel part is, for example, the amount of carbide.
The “analytical value” means a measured value.
鋼製部品につき、１つの性状についての関係式を用いて、前記性状の分析値の測定結果から、その鋼製部品の使用温度と使用時間の関係を求めることができる。また、鋼製部品の使用時間が分かっている場合には、使用温度を推定することが可能になる。
しかし、鋼製部品の使用時間が未知である場合、未知の使用温度と使用時間を求めるには、分析値と使用温度と使用時間との関係が少なくとももう１つ必要になる。
Using the relational expression for one property for each steel part, the relationship between the use temperature and the use time of the steel part can be obtained from the measurement result of the property analysis value. Moreover, when the use time of steel parts is known, it becomes possible to estimate use temperature.
However, when the usage time of the steel part is unknown, at least one relationship between the analysis value, the usage temperature, and the usage time is required to obtain the unknown usage temperature and usage time.
この構成によると、関係式準備過程では、２つ以上の互いに異なる性状についての関係式を準備する。分析過程では、推定対象となる鋼製部品について、各関係式における各性状の分析値をそれぞれ求める。推定過程では、求めた各性状についての分析値から、各関係式を用いて鋼製部品の使用温度および使用時間を推定する。このように鋼製部品の使用温度および使用時間を推定することで、鋼製部品の異常原因の究明や鋼製部品の交換時期の判断等に利用することができる。 According to this configuration, in the relational expression preparation process, two or more relational expressions for different properties are prepared. In the analysis process, the analysis value of each property in each relational expression is obtained for each steel part to be estimated. In the estimation process, the service temperature and the service time of the steel part are estimated from the analysis values for the obtained properties using each relational expression. By estimating the use temperature and use time of the steel part in this way, it can be used for investigation of the cause of abnormality of the steel part, determination of the replacement time of the steel part, and the like.
前記関係式準備過程では、３つ以上の互いに異なる性状についての関係式を準備し、前記推定過程では、前記各関係式を用いて前記鋼製部品の使用温度および使用時間を、統計的手法を用いて推定するものとしても良い。
前記「統計的手法」は、ニュートン−ラプソン法、最尤推定法、ベイズ推定法等の統計的手法を含む。
In the relational expression preparation process, relational expressions for three or more different properties are prepared, and in the estimation process, the usage temperature and usage time of the steel part are calculated using the relational expressions, and a statistical method is used. It is good also as what estimates using.
The “statistical methods” include statistical methods such as Newton-Raphson method, maximum likelihood estimation method, Bayesian estimation method and the like.
前記分析値が、前記鋼製部品のＸ線回折の分析値であっても良い。
前記分析値が、前記鋼製部品の機械的性質または寸法変化量の分析値であっても良い。
前記分析値が、前記鋼製部品の炭化物量または示差熱分析の結果であっても良い。
前記鋼製部品が転がり軸受であっても良い。
The analysis value may be an analysis value of X-ray diffraction of the steel part.
The analysis value may be an analysis value of a mechanical property or a dimensional change amount of the steel part.
The analysis value may be a carbide amount of the steel part or a result of differential thermal analysis.
The steel part may be a rolling bearing.
前記鋼製部品が、発電用ボイラまたは火力発電プラントで用いられる鋼製部品であっても良い。発電用ボイラ等における鋼製部品について、使用時間の情報が得られない場合であっても、使用温度および使用時間を簡易に推定することができる。このため、保守点検の費用を低減できると共に、高温で使用される鋼製部品につき、異常が生じ得る前の適切な時期に交換することができる。 The steel part may be a steel part used in a power generation boiler or a thermal power plant. Even if it is a case where the information of use time is not obtained about the steel parts in a power generation boiler etc., use temperature and use time can be estimated easily. For this reason, the cost of maintenance and inspection can be reduced, and steel parts used at high temperatures can be replaced at an appropriate time before an abnormality can occur.
この発明は、鋼製部品の使用温度および使用時間を推定する方法であって、それぞれ前記鋼製部品の特定の性状についての分析値と使用温度と使用時間との関係を示す、２つ以上の互いに異なる性状についての関係式を準備する関係式準備過程と、使用温度および使用時間の推定対象となる鋼製部品について、前記各関係式における前記各性状の分析値を求める分析過程と、この分析過程で求めた各性状についての分析値から、前記各関係式を用いて前記鋼製部品の使用温度および使用時間を推定する推定過程とを含むため、鋼製部品の使用温度だけでなく使用時間も推定することで、鋼製部品の異常原因の究明や鋼製部品の交換時期の判断等に利用することができる。 The present invention is a method for estimating the use temperature and use time of a steel part, each of which is an analysis value for a specific property of the steel part and shows the relationship between use temperature and use time. A relational expression preparation process for preparing relational expressions for different properties, an analysis process for obtaining analytical values of the respective properties in the relational expressions for steel parts to be used for estimation of operating temperature and usage time, and this analysis Including the estimation process of estimating the use temperature and use time of the steel part from the analysis values for each property obtained in the process, using the respective relational expressions, so that not only the use temperature of the steel part but also the use time Can also be used for investigating the cause of abnormalities in steel parts, determining when to replace steel parts, and the like.
この発明の第１の実施形態に係る鋼製部品の使用時間および使用温度の推定方法を図１ないし図３と共に説明する。前記鋼製部品は、例えば、発電用ボイラ用鋼管、火力発電プラント等で用いられる転がり軸受等である。但し、発電用ボイラ用鋼管、火力発電プラントだけに限定されるものではなく、また転がり軸受以外の鋼製部品に適用しても良い。 A method for estimating the use time and use temperature of a steel part according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The steel parts are, for example, rolling bearings used in power generation boiler steel pipes, thermal power plants, and the like. However, the present invention is not limited to steel pipes for power generation boilers and thermal power plants, and may be applied to steel parts other than rolling bearings.
図１は、この実施形態に係る鋼製部品の使用時間および使用温度推定方法を段階的に示すフローチャートである。同図１に示すように、鋼製部品の使用時間および使用温度推定方法は、関係式準備過程（ステップＳ１）と、分析過程（ステップＳ２）と、推定過程（ステップＳ３）とを有する。先ず関係式準備過程では、それぞれ鋼製部品の特定の性状についての分析値と使用温度と使用時間との関係を示す、２つ以上の互いに異なる性状についての関係式を準備する。次に分析過程では、使用温度および使用時間の推定対象となる鋼製部品について、前記各関係式における前記各性状の分析値を求める。その後、推定過程において、前記分析過程で求めた各性状についての分析値から、前記各関係式を用いて前記鋼製部品の使用温度および使用時間を推定する。 FIG. 1 is a flowchart showing step by step a method for estimating the use time and use temperature of a steel part according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the method for estimating the usage time and temperature of a steel part includes a relational expression preparation process (step S1), an analysis process (step S2), and an estimation process (step S3). First, in the relational expression preparation process, two or more relational expressions for different properties are prepared, which show the relationship between the analysis value for the specific property of the steel part, the use temperature, and the use time. Next, in the analysis process, an analysis value of each property in each of the relational expressions is obtained for a steel part that is an object of estimation of a use temperature and a use time. Thereafter, in the estimation process, the use temperature and the use time of the steel part are estimated from the analysis values for the properties obtained in the analysis process using the relational expressions.
前記鋼製部品として、転がり軸受用鋼材であるＪＩＳ−ＳＵＪ２材を焼入焼戻した複数の試験片に対して、１２０℃、１４０℃、１６０℃、１８０℃の時効処理をそれぞれ施し、温度と時間に対するＸ線回折の半価幅（以下、単に「半価幅」と言う）の変化を調べた。前記時効処理とは、時効の現象を利用して材料を調質する操作であり、性状を所定のレベルにもちこすために焼入焼戻等の熱処理後、鋼製部品に適用される熱処理である。この例では、特定の性状についての分析値として、前記転がり軸受用鋼材の半価幅が用いられる。前記半価幅は、山形の分布を表す曲線において、最大値の半分となる分布の幅を言う。半価幅は、半値幅とも称される。 As the steel parts, aging treatments of 120 ° C., 140 ° C., 160 ° C., and 180 ° C. were performed on a plurality of test pieces obtained by quenching and tempering JIS-SUJ2 material, which is a steel material for rolling bearings. The change in the half-value width of X-ray diffraction (hereinafter, simply referred to as “half-value width”) was investigated. The aging treatment is an operation for tempering a material by utilizing an aging phenomenon, and is a heat treatment applied to steel parts after heat treatment such as quenching and tempering in order to pass properties to a predetermined level. is there. In this example, the half-value width of the steel material for rolling bearings is used as an analysis value for a specific property. The half-value width refers to the width of a distribution that is half of the maximum value in a curve representing a mountain-shaped distribution. The half width is also referred to as a half width.
図２は、前記推定方法における、半価幅と時効温度と時効時間との関係を示す図である。図２中の各線は、実験結果を下記の式（１）および式（２）を使って回帰分析した結果である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship among the half width, the aging temperature, and the aging time in the estimation method. Each line in FIG. 2 is the result of regression analysis of the experimental results using the following formulas (1) and (2).
前記式（１）および式（２）の回帰式が、特定の性状についての分析値に関する関係式である。これら式（１）および式（２）の回帰式を使えば、半価幅の測定結果からその鋼製部品の使用温度と使用時間の関係を求めることができる。また鋼製部品の使用時間が分かっている場合には、前記鋼製部品の使用温度を推定することが可能になる。 The regression formulas of the above formulas (1) and (2) are relational expressions regarding the analysis values for specific properties. If the regression equations of these formulas (1) and (2) are used, the relationship between the working temperature and the working time of the steel part can be obtained from the measurement result of the half width. In addition, when the usage time of the steel part is known, it is possible to estimate the usage temperature of the steel part.
鋼製部品の使用時間が未知である場合、未知の使用温度と使用時間を求めるには、前記鋼製部品の分析値と使用温度と使用時間との関係が少なくとももう１つ必要になる。つまり鋼製部品の特定の性状についての分析値と使用温度と使用時間との関係を示す、２つ以上の互いに異なる性状についての関係式を準備する必要がある。この実施形態では、特定の性状についての分析値として、前記転がり軸受用鋼材の残留オーステナイト量が用いられる。 When the usage time of the steel part is unknown, in order to obtain the unknown usage temperature and usage time, at least one more relationship between the analysis value of the steel part, the usage temperature, and the usage time is required. That is, it is necessary to prepare two or more relational expressions for different properties indicating the relationship between the analysis value for the specific property of the steel part, the use temperature, and the use time. In this embodiment, the amount of retained austenite of the steel material for rolling bearings is used as an analysis value for a specific property.
図３は、この実施形態の推定方法における、残留オーステナイト量と時効温度と時効時間との関係を示す図である。図３中の各線は、実験結果を下記の式（３）および式（４）を使って回帰分析した結果である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship among the amount of retained austenite, the aging temperature, and the aging time in the estimation method of this embodiment. Each line in FIG. 3 is a result of regression analysis of the experimental result using the following equations (3) and (4).
前記式（３）および式（４）の回帰式が、特定の性状についての分析値に関する関係式である。
仮に、使用部品の半価幅と残留オーステナイト量が測定された場合、未知数は使用温度と使用時間の２つであるため、半価幅と残留オーステナイト量に関する２種類の関係式を使って、鋼製部品の使用温度と使用時間を求めることができる。半価幅に関する関係式が前記式（１）および式（２）の回帰式であり、残留オーステナイト量に関する関係式が前記式（３）および式（４）の回帰式である。
The regression formulas of the above formulas (3) and (4) are relational expressions regarding the analysis values for specific properties.
If the half-value width and residual austenite amount of the parts used are measured, there are two unknowns: operating temperature and usage time. Therefore, using two types of relational expressions for the half-value width and residual austenite amount, The use temperature and use time of manufactured parts can be determined. The relational expression related to the half width is the regression expression of the above formulas (1) and (2), and the relational expression related to the retained austenite amount is the regression expression of the above formulas (3) and (4).
作用効果について説明する。
関係式準備過程では、２つ以上の互いに異なる性状についての関係式を準備し、分析過程では、推定対象となる鋼製部品について、各関係式における各性状の分析値をそれぞれ求める。推定過程では、求めた各性状についての分析値から、各関係式を用いて鋼製部品の使用温度および使用時間を推定する。このように鋼製部品の使用温度および使用時間を推定することで、鋼製部品の異常原因の究明や鋼製部品の交換時期の判断等に利用することができる。
The effect will be described.
In the relational expression preparation process, two or more relational expressions for different properties are prepared, and in the analysis process, an analysis value of each property in each relational expression is obtained for each steel part to be estimated. In the estimation process, the service temperature and the service time of the steel part are estimated from the analysis values for the obtained properties using each relational expression. By estimating the use temperature and use time of the steel part in this way, it can be used for investigation of the cause of abnormality of the steel part, determination of the replacement time of the steel part, and the like.
発電用ボイラまたは火力発電プラントで用いられる鋼製部品について、使用時間の情報が得られない場合であっても、使用温度および使用時間を簡易に推定することができる。このため、保守点検の費用を低減できると共に、高温で使用される鋼製部品につき、異常が生じ得る前の適切な時期に交換することができる。 For steel parts used in a power generation boiler or a thermal power plant, even if usage time information is not available, the usage temperature and usage time can be easily estimated. For this reason, the cost of maintenance and inspection can be reduced, and steel parts used at high temperatures can be replaced at an appropriate time before an abnormality can occur.
他の実施形態について説明する。
３つ以上の分析値と使用温度と使用時間との関係がある場合、３つ以上の各性状についての分析値から統計的手法を用いて、鋼製部品の使用温度および使用時間を推定することができる。
図４は、前記式（１）で求めた半価幅の推定値と実際の半価幅の測定値との関係を示す図である。同図４に示すような推定値と測定値の関係が３つ以上あれば、統計的手法を用いて鋼製部品の使用温度、使用時間を推定することができる具体例を示す。
先ず、初期値として使用温度、使用時間を与え、３つ以上の関係式からそれぞれの分析値（以下、「推定分析値」）を求める。
Another embodiment will be described.
When there is a relationship between three or more analysis values and use temperature and use time, use a statistical method to estimate the use temperature and use time of steel parts from the analysis values for each of three or more properties Can do.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the estimated half-value width obtained by the equation (1) and the actual measured half-value width. If there are three or more relationships between the estimated value and the measured value as shown in FIG. 4, a specific example in which the use temperature and use time of the steel part can be estimated using a statistical method is shown.
First, a use temperature and a use time are given as initial values, and respective analysis values (hereinafter, “estimated analysis values”) are obtained from three or more relational expressions.
次に、これら推定分析値がそれぞれの実際の分析値（以下、「測定分析値」）と最も近くなるような使用温度と使用時間の最適解を求めることになるが、このとき最適解と判断する方法には、統計的な考え方が必要になる。
推定分析値はその分析内容によってばらつきの程度が異なる。そのため、推定値と測定値のばらつきが比較的少ない分析内容では、推定分析値の信頼性が高いと考え、推定分析値と測定分析値の差を他の分析内容よりも小さくする必要があるという考え方を導入しなければならない。
Next, the optimum solution for the operating temperature and usage time is determined so that these estimated analysis values are closest to the actual analysis values (hereinafter referred to as “measurement analysis values”). A statistical approach is required to do this.
The degree of variation of the estimated analysis value varies depending on the analysis content. Therefore, it is considered that the reliability of the estimated analytical value is high in the analysis content with relatively little variation between the estimated value and the measured value, and the difference between the estimated analytical value and the measured analytical value needs to be smaller than other analytical content. You have to introduce the idea.
図４の推定値と測定値の関係から、推定値と測定値のばらつきが少ない分析内容かどうかは、標準偏差で定量的に把握することができる。この標準偏差を使えば、前述の推定分析値と測定分析値の差の生じる確率が計算できる。したがって、計算した確率を全ての分析内容について掛け合わせ、その値が最も大きくなるような使用温度と使用時間を、例えばニュートン−ラプソン法等の計算手法で求めれば、統計的考え方に基づいた最適解を得ることができる。 From the relationship between the estimated value and the measured value in FIG. 4, it can be quantitatively grasped by the standard deviation whether or not the analysis content has a small variation between the estimated value and the measured value. If this standard deviation is used, the probability of the difference between the estimated analysis value and the measurement analysis value can be calculated. Therefore, by multiplying the calculated probabilities for all the analysis contents and calculating the operating temperature and usage time that maximize the value using a calculation method such as the Newton-Raphson method, the optimal solution based on statistical thinking is obtained. Can be obtained.
この推定方法は一例に過ぎず、推定方法に使用する統計的手法としては、最尤推定法やベイズ推定法等の他の統計的手法でも良い。温度推定に利用する鋼製部品の値としては、Ｘ線回折の分析値（半価幅、残留オーステナイト量、残留応力）だけでなく、例えば、使用温度と使用時間によって変化する測定可能な機械的性質（硬度、降伏点、耐力、引張強度、伸び、絞り）、その他の分析値（寸法変化量、炭化物量、示差熱結果）でも良い。 This estimation method is merely an example, and the statistical method used for the estimation method may be another statistical method such as a maximum likelihood estimation method or a Bayes estimation method. Steel parts used for temperature estimation include not only X-ray diffraction analysis values (half-value width, residual austenite amount, residual stress) but also measurable mechanical characteristics that vary depending on the operating temperature and operating time, for example. Properties (hardness, yield point, yield strength, tensile strength, elongation, drawing) and other analytical values (dimensional change, carbide content, differential heat results) may be used.
図５は、この鋼製部品を、火力発電プラントで用いられる転がり軸受１に適用した例を概略示す断面図である。前記火力発電プラントにおける機械設備２は、例えば、ベルトコンベヤ等のコンベヤラインである。ローラ３の長手方向両端に、転がり軸受１がそれぞれ組み込まれ、各転がり軸受１の内輪が図示外のコンベヤフレームに固定されたローラ支軸に設置される。前記ローラ３の外周にベルト４が支持され、ボイラへ石炭を運搬可能に構成される。
前記火力発電プラントで用いられる転がり軸受１について、使用時間の情報が得られない場合であっても、前記いずれかの推定方法を用いて使用温度および使用時間を簡易に推定することができる。このため、保守点検の費用を低減できると共に、高温で使用される転がり軸受１につき、異常が生じ得る前の適切な時期に交換することができる。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing an example in which this steel part is applied to a rolling bearing 1 used in a thermal power plant. The
For the rolling bearing 1 used in the thermal power plant, even if the information on the usage time cannot be obtained, the usage temperature and the usage time can be easily estimated using any one of the estimation methods. For this reason, the cost of maintenance and inspection can be reduced, and the rolling bearing 1 used at a high temperature can be replaced at an appropriate time before an abnormality can occur.
１…転がり軸受 1 ... Rolling bearing
Claims (7)
それぞれ前記鋼製部品の特定の性状についての分析値と使用温度と使用時間との関係を示す、２つ以上の互いに異なる性状についての関係式を準備する関係式準備過程と、
使用温度および使用時間の推定対象となる鋼製部品について、前記各関係式における前記各性状の分析値を求める分析過程と、
この分析過程で求めた各性状についての分析値から、前記各関係式を用いて前記鋼製部品の使用温度および使用時間を推定する推定過程
を含む鋼製部品の使用温度および使用時間の推定方法。 A method for estimating the temperature and time of use of a steel part,
A relational expression preparation process for preparing relational expressions for two or more different properties, each indicating an analytical value for a specific property of the steel part and a relationship between a use temperature and a use time;
For steel parts to be estimated for use temperature and use time, an analysis process for obtaining an analysis value of each property in each relational expression;
A method for estimating the use temperature and use time of a steel part, including an estimation process for estimating the use temperature and use time of the steel part from the analysis values for each property obtained in the analysis process using the relational expressions. .
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