JP7477756B2 - Damage assessment method and device for stable austenitic stainless steel - Google Patents
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Description
本発明は、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度を評価する技術に関する。 The present invention relates to a technique for evaluating the degree of damage in stable austenitic stainless steels.
高温設備では、長期間にわたって持続的に応力が加わることで、部材内部に空孔（ボイド）等が生じて破断に至る場合がある。このようなクリープ損傷が問題となる高温設備の損傷度評価方法として、ボイド計測法、硬さ法、破壊評価法等が知られている。しかし、これらの評価方法は設備を一部傷付ける必要がある。さらに、損傷部の特定や測定、評価に専門技術が必要であり、時間もかかるという問題がある。 In high-temperature equipment, the application of stress continuously over a long period of time can cause voids to form inside the components, leading to fracture. Methods for assessing the damage level of high-temperature equipment where creep damage is an issue include the void measurement method, hardness method, and destructive evaluation method. However, these evaluation methods require damaging part of the equipment. Furthermore, specialized skills are required to identify, measure, and evaluate the damaged area, which is time-consuming.
ＳＵＳ３０４等の準安定オーステナイトステンレス鋼に対しては、加工誘起マルテンサイト等に起因する磁性変化を検出して、損傷箇所の特定や損傷の進行度を評価する方法が知られている。例えば、特開２００６－６４３９０号公報には、高温環境下で疲労損傷したオーステナイト系ステンレス鋼を室温以下の温度に冷却して磁気特性を測定し、得られた測定結果から疲労損傷領域を検出する方法が開示されている。 For metastable austenitic stainless steels such as SUS304, a method is known in which magnetic changes caused by processing-induced martensite are detected to identify the damaged area and evaluate the progress of the damage. For example, JP 2006-64390 A discloses a method in which austenitic stainless steel that has been fatigue-damaged in a high-temperature environment is cooled to a temperature below room temperature, the magnetic properties are measured, and the fatigue-damaged area is detected from the measurement results.
特開２０１４－１４５６５７号公報には、経年劣化した部材と新材とが溶接された金属部材に対し、経年劣化した部材の溶接熱影響部の磁気特性を測定することで、この金属部材の寿命消費率を取得する方法が開示されている。同公報には、溶接熱影響部の磁気特性が変化するのは、溶接時の熱履歴により、経年劣化したオーステナイト系ステンレス鋼（同公報には、火ＳＵＳ３１０Ｊ１ＴＢが例示されている。）中にδフェライトが析出するためと記載されている。 JP 2014-145657 A discloses a method for obtaining the life consumption rate of a metal component, which is made by welding a degraded component to a new material, by measuring the magnetic properties of the weld heat-affected zone of the degraded component. The publication states that the magnetic properties of the weld heat-affected zone change because the thermal history during welding causes δ-ferrite to precipitate in the degraded austenitic stainless steel (the publication gives SUS310J1TB as an example).
上述した特開２００６－６４３９０号公報及び特開２０１４－１４５６５７号公報に記載された方法は、マルテンサイトやフェライトの生成に起因する磁気特性の変化を検出する。一方、安定オーステナイトステンレス鋼では、マルテンサイトやフェライトは生じない。そのため、これらの方法は、安定オーステナイトステンレス鋼からなる部材には適用できない。 The methods described in the above-mentioned JP 2006-64390 A and JP 2014-145657 A detect changes in magnetic properties due to the formation of martensite and ferrite. On the other hand, martensite and ferrite do not form in stable austenitic stainless steel. Therefore, these methods cannot be applied to members made of stable austenitic stainless steel.
また、特開２０１４－１４５６５７号公報に記載された方法では、時効処理を施した試験片での測定結果から、寿命消費率を算出するためのマスターカーブを作成している。このことから、同公報の方法は、クリープ損傷の進行度を評価しているものではない。 In addition, in the method described in JP 2014-145657 A, a master curve is created to calculate the life consumption rate from the measurement results of test pieces that have been subjected to aging treatment. For this reason, the method described in the publication does not evaluate the progress of creep damage.
本発明の目的は、安定オーステナイトステンレス鋼からなる部材の損傷度を簡便に評価できる方法、及び評価装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a method and an evaluation device that can easily evaluate the degree of damage in components made of stable austenitic stainless steel.
本発明の一実施形態による安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法は、安定オーステナイトステンレス鋼からなる対象部材の損傷度を評価する方法であって、前記対象部材の磁気特性を測定する工程と、測定された前記対象部材の磁気特性に基づいて、前記対象部材の損傷度を評価する工程と、を備える。 A method for evaluating the damage level of a stable austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention is a method for evaluating the damage level of a target component made of stable austenitic stainless steel, and includes a step of measuring the magnetic properties of the target component, and a step of evaluating the damage level of the target component based on the measured magnetic properties of the target component.
本発明の一実施形態による安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価装置は、安定オーステナイトステンレス鋼からなる対象部材の損傷度を評価する装置であって、前記対象部材の磁気特性を測定する測定装置と、前記測定装置によって測定された前記対象部材の磁気特性に基づいて、前記対象部材の損傷度を評価する演算装置と、を備える。 The damage evaluation device for stable austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention is a device for evaluating the damage level of a target component made of stable austenitic stainless steel, and includes a measuring device that measures the magnetic properties of the target component, and a computing device that evaluates the damage level of the target component based on the magnetic properties of the target component measured by the measuring device.
本発明によれば、安定オーステナイト鋼からなる部材の損傷度を簡便に評価できる。 The present invention makes it possible to easily evaluate the degree of damage to components made of stable austenitic steel.
本発明者らは、上記の課題を解決するため、種々の検討を実施した。その結果、以下の知見を得た。 The inventors conducted various studies to solve the above problems. As a result, they obtained the following findings.
上述のとおり、安定オーステナイトステンレス鋼では、マルテンサイトやフェライトが生成しないため、磁気特性の変化によってクリープ損傷の進行度を評価することはできないと考えられている。しかし、本発明者らが安定オーステナイトステンレス鋼に対してクリープ試験を実施し、試験後の試験片の磁気特性を調査したところ、応力がかかる試験片の平行部で磁化が増加していることが分かった。 As mentioned above, in stable austenitic stainless steel, martensite and ferrite do not form, so it is believed that it is not possible to evaluate the progression of creep damage from changes in magnetic properties. However, when the inventors performed creep tests on stable austenitic stainless steel and investigated the magnetic properties of the test pieces after the tests, they found that magnetization increased in the parallel parts of the test pieces where stress was applied.
一方、応力がかからない試験片のねじ部中央では、磁化は増加していなかった。このことから、この磁化の増加は、クリープ損傷に起因するものと考えられる。 On the other hand, there was no increase in magnetization in the center of the thread of the test specimen where no stress was applied. This suggests that the increase in magnetization is due to creep damage.
さらに調査を進めたところ、この磁化の増加はマルテンサイトやフェライトの生成によって生じたものではなく、オーステナイト自体が磁化したことによるものであることが分かった。このことから、この磁化の増加は、準安定オーステナイトステンレス鋼で生じるものとは異なるメカニズムによるものであり、クリープ損傷を受けた安定オーステナイトステンレス鋼に特有の現象であると考えられる。 Further investigation revealed that this increase in magnetization was not caused by the formation of martensite or ferrite, but was due to the magnetization of the austenite itself. This suggests that this increase in magnetization is due to a different mechanism than that which occurs in metastable austenitic stainless steels, and is a phenomenon specific to stable austenitic stainless steels that have been subjected to creep damage.
なお、安定オーステナイトステンレス鋼がクリープによって磁化するメカニズムは、以下のように推測される。（１）クリープによって、炭化物の凝集・粗大化が加速され、基地のオーステナイトのＣｒ量が減少する。（２）特にＣｒ炭化物の周囲では、Ｃｒが炭化物に吸収されて基地のオーステナイトのＣｒ量がさらに減少する。（３）これによって、強磁性体であるＮｉ系オーステナイトの体積比が増加し、キュリー点が室温以上に増加して室温で磁性が発現する。 The mechanism by which stable austenitic stainless steel becomes magnetized by creep is believed to be as follows: (1) Creep accelerates the aggregation and coarsening of carbides, reducing the Cr content of the base austenite. (2) Particularly around the Cr carbides, Cr is absorbed by the carbides, further reducing the Cr content of the base austenite. (3) This increases the volume ratio of Ni-based austenite, which is a ferromagnetic material, and raises the Curie point above room temperature, resulting in magnetism at room temperature.
本発明は、上記の知見に基づいて完成された。以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。 The present invention has been completed based on the above findings. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are given the same reference numerals and their description will not be repeated. The dimensional ratios between the components shown in each drawing do not necessarily represent the actual dimensional ratios.
［損傷度評価方法］
本実施形態による損傷度評価方法は、安定オーステナイトステンレス鋼からなる部材（以下「対象部材」という。）の損傷度を評価する方法であって、対象部材の磁気特性を測定し、測定された対象部材の磁気特性に基づいて、対象部材の損傷度を評価する。
[Damage assessment method]
The damage assessment method according to this embodiment is a method for assessing the degree of damage to a component made of stable austenitic stainless steel (hereinafter referred to as the "target component"), which measures the magnetic properties of the target component and assesses the degree of damage to the target component based on the measured magnetic properties of the target component.
図１は、本発明の一実施形態による安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法のフロー図である。本実施形態による損傷度評価方法は、対象部材と同じ材質の試験片から損傷発達曲線を作成する工程（ステップＳ１）と、対象部材の磁気特性を測定する工程（ステップＳ２）と、測定された対象部材の磁気特性と損傷発達曲線とを照合して、対象部材の損傷度を評価する工程（ステップＳ３）とを備えている。 Figure 1 is a flow diagram of a damage evaluation method for stable austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention. The damage evaluation method according to this embodiment includes a step (step S1) of creating a damage growth curve from a test piece made of the same material as the target component, a step (step S2) of measuring the magnetic properties of the target component, and a step (step S3) of comparing the measured magnetic properties of the target component with the damage growth curve to evaluate the damage level of the target component.
［対象部材］
本実施形態において損傷度評価の対象とする対象部材は、安定オーステナイトステンレス鋼からなる部材である。本実施形態における安定オーステナイトステンレス鋼は、シェフラーの組織図から得られる安定オーステナイトステンレス鋼の領域内のものであり、Ｎｉ当量（＝Ｎｉ＋３０Ｃ＋０．５Ｍｎ）が２８質量％以上のものを指す。本実施形態における安定オーステナイトステンレス鋼は、好ましくは、２８～５０質量％のＮｉ及び１５～３０質量％のＣｒを含むものであり、より好ましくは、３０～４５質量％のＮｉ及び２０～３０質量％のＣｒを含むものであり、さらに好ましくは、３０～４０質量％のＮｉ及び２０～３０質量％のＣｒを含むものである。
[Target parts]
In this embodiment, the target component to be subjected to the damage evaluation is a component made of stable austenitic stainless steel. The stable austenitic stainless steel in this embodiment is within the region of stable austenitic stainless steel obtained from the Schaeffler's structural diagram, and refers to a stainless steel having a Ni equivalent (=Ni+30C+0.5Mn) of 28 mass% or more. The stable austenitic stainless steel in this embodiment preferably contains 28 to 50 mass% Ni and 15 to 30 mass% Cr, more preferably contains 30 to 45 mass% Ni and 20 to 30 mass% Cr, and even more preferably contains 30 to 40 mass% Ni and 20 to 30 mass% Cr.
後述するとおり、本実施形態では、対象部材の磁気特性の変化に基づいて対象部材の損傷度（すなわち、クリープ損傷の進行度）を評価する。 As described below, in this embodiment, the degree of damage to the target component (i.e., the progress of creep damage) is evaluated based on changes in the magnetic properties of the target component.
Ｎｉ含有量が２８質量％未満であると、基地中のＮｉの体積比が小さくなるため、クリープ初期及び中期で磁気特性の変化が生じにくくなり、クリープ損傷の進行度を評価することが困難になる。そのためＮｉ含有量の下限は、好ましくは２８質量％であり、より好ましくは３０質量％である。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは５０質量％であり、より好ましくは４５質量％であり、さらに好ましくは４０質量％である。 If the Ni content is less than 28% by mass, the volume ratio of Ni in the matrix becomes small, making it difficult for changes in magnetic properties to occur in the early and middle stages of creep, and making it difficult to evaluate the progress of creep damage. Therefore, the lower limit of the Ni content is preferably 28% by mass, and more preferably 30% by mass. The upper limit of the Ni content is preferably 50% by mass, and more preferably 45% by mass, and even more preferably 40% by mass.
また、Ｃｒ含有量が１５質量％未満であると、Ｃｒの粒界酸化の影響が大きくなり、クリープによる炭化物の粗大化及び粒界偏析の影響を検出しにくくなる。その結果、クリープ損傷の進行度を評価することが困難になる。そのためＣｒ含有量の下限は、好ましくは１５質量％であり、より好ましくは２０質量％である。Ｃｒ含有量の上限は、好ましくは３０質量％である。 Furthermore, if the Cr content is less than 15 mass%, the effect of grain boundary oxidation of Cr becomes large, making it difficult to detect the effects of carbide coarsening and grain boundary segregation due to creep. As a result, it becomes difficult to evaluate the progress of creep damage. Therefore, the lower limit of the Cr content is preferably 15 mass%, more preferably 20 mass%. The upper limit of the Cr content is preferably 30 mass%.
対象部材の化学組成は、これに限定されないが、例えば、Ｃ：０．５質量％以下、Ｓｉ：２．０質量％以下、Ｍｎ：３．０質量％以下、Ｐ：０．１質量％以下、Ｓ：１．０質量％以下、Ｎｉ：２８～５０質量％、Ｃｒ：１５～３０質量％、Ｍｏ：６．０質量％以下、残部：Ｆｅ及び不純物である。 The chemical composition of the target component is not limited to the following, but may be, for example, C: 0.5 mass% or less, Si: 2.0 mass% or less, Mn: 3.0 mass% or less, P: 0.1 mass% or less, S: 1.0 mass% or less, Ni: 28-50 mass%, Cr: 15-30 mass%, Mo: 6.0 mass% or less, balance: Fe and impurities.
対象部材は、これに限定されないが、例えば、ボイラ用鋼管、鋼板搬送用ロール、ラジアントチューブ等の高温設備が挙げられる。 Target components include, but are not limited to, high-temperature equipment such as boiler steel pipes, rolls for transporting steel plates, and radiant tubes.
［損傷発達曲線の作成］
本実施形態では予め、対象部材と同じ材質の試験片から、磁気特性と寿命消費率との関係を示す損傷発達曲線を作成しておく（ステップＳ１）。
[Creating damage evolution curves]
In this embodiment, a damage growth curve showing the relationship between magnetic properties and life consumption rate is prepared in advance from a test piece made of the same material as the target member (step S1).
まず、対象部材と同じ材質の材料から、クリープ試験用の試験片を複数採取し、クリープ試験を実施する。クリープ試験は、これに限定されないが、例えばＪＩＳ Ｚ ２２７１（２０１０）に準拠して実施することができる。試験力や試験温度は特に限定されないが、実際の環境よりも大きな応力や高い温度を設定した加速試験を実施することが好ましい。複数の試験片のうち、一つの試験片は破断するまで試験を継続してクリープ破断時間を求め、他の試験片は途中で試験を中断する。 First, multiple test pieces for creep testing are taken from a material of the same quality as the target component, and a creep test is performed. The creep test can be performed in accordance with, for example, JIS Z 2271 (2010), although this is not limited thereto. The test force and test temperature are not particularly limited, but it is preferable to perform an accelerated test in which a greater stress and higher temperature are set than in the actual environment. Of the multiple test pieces, the test is continued on one test piece until it breaks to determine the creep rupture time, and the test is interrupted midway on the other test pieces.
クリープ試験後の各試験片の平行部の磁気特性を測定する。測定する磁気特性は、これに限定されないが、例えば透磁率、残留磁化、印加磁場に対する最大磁化、磁性体への引力等である。試験片の磁気特性は、対象部材の磁気特性の測定（ステップＳ２）と同じ方法で測定してもよいし、これとは異なる方法で測定してもよい。試験片の磁気特性は例えば、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によって測定することができる。 The magnetic properties of the parallel part of each test piece after the creep test are measured. The magnetic properties to be measured include, but are not limited to, permeability, residual magnetization, maximum magnetization in response to an applied magnetic field, and attractive force to a magnetic body. The magnetic properties of the test pieces may be measured in the same manner as the measurement of the magnetic properties of the target member (step S2), or may be measured in a different manner. The magnetic properties of the test pieces may be measured, for example, by a vibrating sample magnetometer (VSM).
これによって、磁気特性と寿命消費率との関係を示す損傷発達曲線が得られる。なお、寿命消費率は、各試験片のクリープ時間をクリープ破断時間で除した値である。 This allows the generation of a damage evolution curve that shows the relationship between magnetic properties and life consumption rate. The life consumption rate is calculated by dividing the creep time of each test specimen by the creep rupture time.
損傷発達曲線は、同じ材質の材料については一度だけ作成すればよく、対象部材の損傷度を評価する度に作成し直す必要はない。 A damage development curve only needs to be created once for the same material, and does not need to be recreated each time the damage level of the target component is evaluated.
［対象部材の磁気特性の測定］
対象部材の磁気特性を測定する（ステップＳ２）。測定する磁気特性は、損傷発達曲線を作成する工程（ステップＳ１）で測定した磁気特性のいずれか１つ以上である。ただし、測定方法は、損傷発達曲線を作成する工程（ステップＳ１）の測定方法とは異なっていてもよい。対象部材の磁気特性の測定は、非破壊測定であることが好ましい。
[Measurement of magnetic properties of target material]
The magnetic properties of the target member are measured (step S2). The magnetic properties to be measured are one or more of the magnetic properties measured in the step of creating the damage growth curve (step S1). However, the measurement method may be different from the measurement method in the step of creating the damage growth curve (step S1). The measurement of the magnetic properties of the target member is preferably a non-destructive measurement.
対象部材の磁気特性は、これに限定されないが、図２に示す測定装置１０を用いて測定することができる。測定装置１０は、フェライト芯１１と、励磁コイル１２と、検出コイル１３とを備えている。
The magnetic properties of the target material can be measured using, but are not limited to, a measuring
測定装置１０を対象部材に近づけると、対象部材の磁気特性によって、検出コイル１３を貫く磁束が変化する。検出コイル１３の電気抵抗又はインダクタンスを検出することで、対象部材の磁気特性を測定することができる。例えば、検出コイル１３の非平衡電圧から位相検波回路を用いて渦電流による成分を除去することで、透磁率に比例する成分を抽出することができる。
When the measuring
測定装置１０によれば、対象部材の表面に近づけるだけで、対象部材の磁気特性を測定することができる。そのため、対象部材を傷付けずに評価できる。
The measuring
上記では、測定装置１０が、励磁コイル１２と検出コイル１３とを備える場合を説明した。測定装置１０のように、励磁コイル１２と検出コイル１３とを備える方が、ノイズを少なくできるため好ましい。ただし、磁気特性の測定に用いる測定装置の構成はこれに限定されない。磁気特性の測定は、単一のコイルで励磁と検出とを行う測定装置によっても可能である。また、磁石への引力をロードセル等で測定した引力で求め、磁性量へ変換するものであってもよい。
In the above, the measuring
［対象部材の損傷度の評価］
ステップＳ２で測定した対象部材の磁気特性と、ステップＳ１で作成した損傷発達曲線とを照合して、対象部材の損傷度を評価する（ステップＳ３）。
[Evaluation of damage to target components]
The magnetic properties of the target component measured in step S2 are compared with the damage evolution curve created in step S1 to evaluate the degree of damage to the target component (step S3).
具体的には、対象部材の磁気特性（例えば透磁率）が、クリープ時間Ｔ１の試験片の測定結果とクリープ時間Ｔ２の試験片の測定結果との間にある場合、対象部材の寿命消費率Ｘは、試験片のクリープ破断時間をＴ０として、Ｔ１／Ｔ０＜Ｘ＜Ｔ２／Ｔ０であると評価できる。クリープ時間Ｔ１の試験片の測定結果とクリープ時間Ｔ２の試験片の測定結果とを補間して、寿命消費率Ｘをより細かく評価してもよい。 Specifically, if the magnetic properties (e.g., magnetic permeability) of the target component are between the measurement results of a test piece with creep time T1 and the measurement results of a test piece with creep time T2, the life consumption rate X of the target component can be evaluated as T1/T0<X<T2/T0, where T0 is the creep rupture time of the test piece. The life consumption rate X may be evaluated in more detail by interpolating the measurement results of the test piece with creep time T1 and the measurement results of the test piece with creep time T2.
また、寿命消費率Ｘから、対象部材の余寿命を求めることもできる。対象部材の予寿命は例えば、加速試験でのクリープ破断時間Ｔ０をラーソン・ミラー・パラメータ法によって実環境でのクリープ破断時間Ｔに変換し、Ｔ（１－Ｘ）として求めることができる。 The remaining life of the target component can also be calculated from the life consumption rate X. For example, the remaining life of the target component can be calculated as T(1-X) by converting the creep rupture time T0 in an accelerated test into the creep rupture time T in a real environment using the Larson-Miller parameter method.
［損傷度評価装置］
図３は、本実施形態による損傷度評価方法を実施する損傷度評価装置１の構成を示すブロック図である。損傷度評価装置１は、測定装置１０と、記憶装置２１と、演算装置２２と、出力装置２３とを備えている。
[Damage evaluation device]
3 is a block diagram showing the configuration of a
測定装置１０は、対象部材の磁気特性を測定し、測定結果を演算装置２２に出力する。記憶装置２１には、予め対象部材と同じ材質の試験片に対してクリープ試験を実施して得られた損傷発達曲線が格納されている。演算装置２２は、測定装置１０によって測定された対象部材の磁気特性と、記憶装置２１に格納された損傷発達曲線とを照合して、対象部材の損傷度を評価する。演算装置２２は、評価結果を出力装置２３に出力する。出力装置２３は例えば、表示装置や印字装置である。演算装置２２は、評価結果を外部器機やネットワーク等に出力してもよい。
The measuring
以上、本発明の一実施形態による安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法及び損傷度評価装置を説明した。本実施形態によれば、安定オーステナイトステンレス鋼からなる部材の損傷度を簡便に評価できる。また、測定装置１０のような装置を用いることにより、対象部材を傷付けずに評価できる。さらに、損傷箇所の特定と損傷度の評価とを同時に行うことができるため、迅速な評価が可能である。
The above describes a method and device for evaluating the damage level of stable austenitic stainless steel according to one embodiment of the present invention. According to this embodiment, the damage level of a member made of stable austenitic stainless steel can be easily evaluated. Furthermore, by using a device such as the measuring
［損傷度評価方法の別実施形態］
図４は、本発明の別実施形態による安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法のフロー図である。本実施形態による損傷度評価方法は、予め対象部材と同じ材質の基準部材を使用し、基準部材の使用中に磁気特性の測定を実施して磁気特性の変化を取得する工程（ステップＳ１１）と、対象部材の磁気特性を測定する工程（ステップＳ１２）と、測定された対象部材の磁気特性と基準部材の磁気特性の変化とを比較して、対象部材の損傷度を評価する工程（ステップＳ１３）とを備えている。
[Another embodiment of the damage evaluation method]
4 is a flow diagram of a damage evaluation method for a stable austenitic stainless steel according to another embodiment of the present invention. The damage evaluation method according to this embodiment includes a step (step S11) of using a reference member made of the same material as the target member in advance, measuring the magnetic properties of the reference member while it is in use to obtain changes in the magnetic properties, a step (step S12) of measuring the magnetic properties of the target member, and a step (step S13) of comparing the measured magnetic properties of the target member with the changes in the magnetic properties of the reference member to evaluate the damage level of the target member.
本実施形態では予め、対象部材と同じ材質の基準部材について、基準部材の使用に伴う磁気特性の変化を取得しておく（ステップＳ１１）。つまり、本実施形態は、基準部材の使用が進み、寿命を消費し尽くすまでに変化する磁気特性を測定しておく。そして、対象部材の磁気特性を同様に測定し（ステップＳ１２）、測定された対象部材の磁気特性と基準部材の磁気特性とを比較することで、対象部材の損傷度を評価する（ステップＳ１３）。例えば、更新時期を迎えた基準部材の磁気特性を閾値として設定しておくことで、対象部材が更新すべき損傷度である、と評価することができる。 In this embodiment, the change in magnetic properties associated with use of a reference member made of the same material as the target member is acquired in advance (step S11). In other words, in this embodiment, the magnetic properties that change as the reference member is used up until its lifespan is exhausted are measured. The magnetic properties of the target member are then similarly measured (step S12), and the measured magnetic properties of the target member are compared with the magnetic properties of the reference member to evaluate the degree of damage to the target member (step S13). For example, by setting the magnetic properties of a reference member that is due for renewal as a threshold value, it is possible to evaluate that the target member has a degree of damage that requires renewal.
以上、本発明の別実施形態による安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法及び損傷度評価装置を説明した。本実施形態によっても、安定オーステナイトステンレス鋼からなる部材の損傷度を簡便に評価できる。 The above describes a method and device for evaluating the damage level of stable austenitic stainless steel according to another embodiment of the present invention. This embodiment also makes it possible to easily evaluate the damage level of a member made of stable austenitic stainless steel.
［その他の実施形態］
上記では、測定した磁気特性を損傷発達曲線と照合、又は基準部材の磁気特性の変化と比較する場合を説明したが、損傷発達曲線との照合や基準部材との比較は必須ではない。本実施形態による安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法は例えば、損傷部位の検知に用いることができる。具体的には、対象部材中の磁気特性を走査して、他の箇所と比べて相対的に磁気特性が変化している箇所を損傷部位として特定して、重点的に管理すること等が考えられる。
[Other embodiments]
In the above, the case where the measured magnetic properties are collated with a damage growth curve or compared with the change in magnetic properties of a reference member has been described, but collation with a damage growth curve or comparison with a reference member is not essential. The damage evaluation method for stable austenitic stainless steel according to this embodiment can be used, for example, to detect a damaged portion. Specifically, it is conceivable to scan the magnetic properties of the target member, identify a portion where the magnetic properties have changed relatively compared to other portions as a damaged portion, and manage it intensively.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.
下記の鋼Ｎｏ．１～３の化学組成を有する安定オーステナイトステンレス鋼から、それぞれクリープ試験用の試験片を採取した。 Test specimens for creep tests were taken from each of the stable austenitic stainless steels with the chemical compositions shown below, Steel No. 1 to 3.
これらの試験片を用いて、１０００℃、１４．７ＭＰａでクリープ試験を実施した。クリープ試験は、試験片が破断するまで継続した。図５に、クリープ試験前後の磁化率とＣｒ含有量との関係を示す。図５に示すように、いずれの鋼種においても、クリープ試験後に磁化率の増加が認められた。 Creep tests were carried out using these test specimens at 1000°C and 14.7 MPa. The creep tests were continued until the test specimens broke. Figure 5 shows the relationship between magnetic susceptibility and Cr content before and after the creep tests. As shown in Figure 5, an increase in magnetic susceptibility was observed after the creep tests for all steel types.
次に、鋼Ｎｏ．１の鋼種について、最大磁化とクリープ時間との関係を調査した。具体的には、複数の試験片を準備し、一つの試験片は破断するまで試験を継続してクリープ破断時間を求めた。クリープ破断時間は２５６４時間であった。その他の試験片は、それぞれ５００、１０００、１５００、２０００、及び２５００時間で試験を中断した。 Next, the relationship between maximum magnetization and creep time was investigated for the steel type No. 1. Specifically, multiple test pieces were prepared, and the creep rupture time was determined by continuing the test on one test piece until it ruptured. The creep rupture time was 2564 hours. The tests on the other test pieces were interrupted at 500, 1000, 1500, 2000, and 2500 hours, respectively.
クリープ試験後の試験片の平行部に対し、印加磁場５０００ＯｅでＶＳＭ測定を実施した。図６に、クリープ試験後の試験片の最大磁化とクリープ時間との関係（損傷発達曲線）を示す。図６に示すように、クリープ時間の増加とともに最大磁化が増加しており、最大磁化とクリープ時間との間に相関が認められる。 VSM measurements were performed on the parallel part of the test specimen after the creep test with an applied magnetic field of 5000 Oe. Figure 6 shows the relationship between the maximum magnetization of the test specimen after the creep test and the creep time (damage development curve). As shown in Figure 6, the maximum magnetization increases with increasing creep time, and a correlation is observed between the maximum magnetization and creep time.
次に、同じく鋼Ｎｏ．１の鋼種の試験片を用いて、１０００℃、１６．７ＭＰａで１５００時間のクリープ試験を実施した。この試験片の平行部とねじ部中央とに対し、印加磁場５０００ＯｅでＶＳＭ測定を実施した。ねじ部中央の応力は０と見なせるため、クリープ損傷部分（時効＋ひずみ）と時効の影響のみを受ける部分とを比較できる。 Next, a creep test was carried out for 1500 hours at 1000°C and 16.7 MPa using a test piece of the same steel type No. 1. VSM measurements were carried out on the parallel part and the center of the threaded part of this test piece with an applied magnetic field of 5000 Oe. Since the stress in the center of the threaded part can be considered to be 0, it is possible to compare the creep damaged part (aging + strain) with the part affected only by aging.
図７は、新材、クリープ試験後の試験片の平行部、及びクリープ試験後の試験片のねじ部中央の最大磁化を示すグラフである。図７に示すように、平行部では新材に比べ最大磁化が増加しているのに対し、ねじ部では最大磁化の増加がみられない。このことから、磁性の発現はクリープによるひずみが影響していることが分かる。 Figure 7 is a graph showing the maximum magnetization of the new material, the parallel section of the test piece after the creep test, and the center of the threaded section of the test piece after the creep test. As shown in Figure 7, the maximum magnetization is increased in the parallel section compared to the new material, whereas no increase in maximum magnetization is observed in the threaded section. This shows that the manifestation of magnetism is influenced by strain due to creep.
磁性発現のメカニズムを調査するため、磁化が増加した領域を磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）によって観察した。図８にＭＦＭ像を示す。輝度が高いほど磁化が高い領域であることを示す。図８に示すように、オーステナイト基地と炭化物（Ｃｒ２７Ｃ３）との間にコントラストが生じており、特に炭化物周囲で輝度が高くなっている。すなわち、基地のオーステナイト自体が磁性を持ち、かつ炭化物周囲で強磁性となっている。 To investigate the mechanism of magnetism, the regions with increased magnetization were observed with a magnetic force microscope (MFM). Figure 8 shows an MFM image. Higher brightness indicates a region with higher magnetization. As shown in Figure 8, contrast is generated between the austenite matrix and the carbide (Cr 27 C 3 ), and the brightness is particularly high around the carbide. In other words, the austenite matrix itself is magnetic, and the area around the carbide is ferromagnetic.
これらから、安定オーステナイトステンレス鋼がクリープによって磁化するメカニズムは、以下のように推測される。（１）クリープによって、炭化物の凝集・粗大化が加速され、基地のオーステナイトのＣｒ量が減少する。（２）特にＣｒ炭化物の周囲では、Ｃｒが炭化物に吸収されて基地のオーステナイトのＣｒ量がさらに減少する。（３）これによって、強磁性体であるＮｉ系オーステナイトの体積比が増加し、キュリー点が室温以上に増加して室温で磁性が発現する。 From these, the mechanism by which stable austenitic stainless steel becomes magnetized by creep is speculated to be as follows: (1) Creep accelerates the aggregation and coarsening of carbides, reducing the Cr content of the base austenite. (2) Particularly around the Cr carbides, Cr is absorbed by the carbides, further reducing the Cr content of the base austenite. (3) This increases the volume ratio of Ni-based austenite, which is a ferromagnetic material, and raises the Curie point above room temperature, resulting in magnetism at room temperature.
なお図７において、ねじ部の最大磁化が新材に比べて若干減少しているのは、新材に析出していた共晶炭化物（Ｃｒ７Ｃ３）が、時効によって消失したためと考えられる。 In FIG. 7, the maximum magnetization of the threaded portion is slightly reduced compared to the new material. This is believed to be because the eutectic carbide (Cr 7 C 3 ) that had precipitated in the new material disappeared due to aging.
以上のとおり、クリープは上記（１）（２）（３）による磁性発現を加速させる。そのため、磁気特性を評価することで、評価対象材の損傷度を評価することができる。 As described above, creep accelerates the onset of magnetism through (1), (2), and (3) above. Therefore, by evaluating the magnetic properties, the degree of damage to the material being evaluated can be evaluated.
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示にすぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-mentioned embodiments are merely examples for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it is possible to implement the above-mentioned embodiments by appropriately modifying them as long as they do not deviate from the spirit of the present invention.
１ 損傷度評価装置
１０ 測定装置
１１ フェライト芯
１２ 励磁コイル
１３ 検出コイル
２１ 記憶装置
２２ 演算装置
２３ 出力装置
1
Claims (10)
前記対象部材の磁気特性を測定する工程と、
測定された前記対象部材の磁気特性に基づいて、前記対象部材の損傷度を評価する損傷度評価工程と、を備える、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法。 A method for evaluating the progress of creep damage of a target member made of a stable austenitic stainless steel having a Ni equivalent (=Ni + 30C + 0.5Mn) of 28 mass% or more, comprising:
measuring a magnetic property of the target component;
and a damage evaluation step of evaluating the damage level of the target component based on the measured magnetic properties of the target component.
前記損傷度評価工程では、
前記測定された前記対象部材の磁気特性と、予め前記対象部材と同じ材質の試験片に対してクリープ試験を実施して得られた、前記磁気特性と寿命消費率との関係を示す損傷発達曲線とを照合して、前記対象部材の損傷度を評価する、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法。 2. A method for evaluating damage to a stable austenitic stainless steel according to claim 1, comprising:
In the damage evaluation step,
A method for evaluating the degree of damage to a stable austenitic stainless steel, comprising: comparing the measured magnetic properties of the target component with a damage evolution curve showing the relationship between the magnetic properties and life consumption rate, the damage evolution curve having been obtained in advance by conducting a creep test on a test piece made of the same material as the target component, to evaluate the degree of damage to the target component.
前記損傷度評価工程では、
前記測定された前記対象部材の磁気特性と、予め前記対象部材と同じ材質の基準部材を使用し、前記基準部材の使用中に磁気特性の測定を実施して得られた磁気特性の変化とを比較して、前記対象部材の損傷度を評価する、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法。 2. A method for evaluating damage to a stable austenitic stainless steel according to claim 1, comprising:
In the damage evaluation step,
A method for evaluating the degree of damage to a stable austenitic stainless steel, comprising: comparing the measured magnetic properties of the target component with changes in the magnetic properties obtained by using a reference component made of the same material as the target component and measuring the magnetic properties while the reference component is in use, thereby evaluating the degree of damage to the target component.
前記磁気特性を測定する工程は、コイルを備える測定装置を使用して、前記コイルの電気抵抗又はインダクタンスを測定することにより行う、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法。 A method for evaluating damage to a stable austenitic stainless steel according to any one of claims 1 to 3, comprising:
A method for evaluating the degree of damage to a stable austenitic stainless steel, wherein the step of measuring the magnetic properties is carried out by measuring the electrical resistance or inductance of the coil using a measuring device equipped with a coil.
前記磁気特性は、透磁率、残留磁化、印加磁場に対する最大磁化、及び磁性体への引力の少なくとも１つである、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価方法。 A method for evaluating damage to a stable austenitic stainless steel according to any one of claims 1 to 4, comprising:
The method for evaluating the degree of damage to a stable austenitic stainless steel, wherein the magnetic property is at least one of magnetic permeability, residual magnetization, maximum magnetization in response to an applied magnetic field, and attraction to a magnetic body.
前記対象部材の磁気特性を測定する測定装置と、
前記測定装置によって測定された前記対象部材の磁気特性に基づいて、前記対象部材の損傷度を評価する演算装置と、を備える、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価装置。 An apparatus for evaluating the progress of creep damage of a target member made of a stable austenitic stainless steel having a Ni equivalent (=Ni+30C+0.5Mn) of 28% by mass or more, comprising:
A measuring device for measuring the magnetic properties of the target member;
A damage evaluation device for a stable austenitic stainless steel comprising: a calculation device that evaluates the damage level of the target component based on the magnetic properties of the target component measured by the measurement device.
予め前記対象部材と同じ材質の試験片に対してクリープ試験を実施して得られた、前記磁気特性と寿命消費率との関係を示す損傷発達曲線が格納された記憶装置をさらに備え、
前記演算装置は、前記測定装置によって測定された前記対象部材の磁気特性と、前記記憶装置に格納された損傷発達曲線とを照合して、前記対象部材の損傷度を評価する、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価装置。 The damage evaluation device for stable austenitic stainless steel according to claim 6,
The method further includes a storage device storing a damage growth curve indicating a relationship between the magnetic properties and a life consumption rate, the damage growth curve being obtained by performing a creep test on a test piece made of the same material as the target member in advance,
The calculation device compares the magnetic properties of the target component measured by the measuring device with the damage development curve stored in the memory device to evaluate the degree of damage to the target component.
予め前記対象部材と同じ材質の基準部材を使用し、前記基準部材の使用中に磁気特性の測定を実施して得られた磁気特性の変化が格納された記憶装置をさらに備え、
前記演算装置は、前記測定装置によって測定された前記対象部材の磁気特性と、前記記憶装置に格納された前記磁気特性の変化とを比較して、前記対象部材の損傷度を評価する、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価装置。 The damage evaluation device for stable austenitic stainless steel according to claim 6,
a storage device that stores changes in magnetic properties obtained by measuring magnetic properties of a reference member made of the same material as the target member while the reference member is in use;
The calculation device compares the magnetic properties of the target component measured by the measuring device with the changes in the magnetic properties stored in the memory device to evaluate the degree of damage to the target component.
前記測定装置は、コイルを備える、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価装置。 The damage evaluation device for a stable austenitic stainless steel according to any one of claims 6 to 8,
The damage assessment device for stable austenitic stainless steel, wherein the measuring device is provided with a coil.
前記磁気特性は、透磁率、残留磁化、印加磁場に対する最大磁化、及び磁性体への引力の少なくとも１つである、安定オーステナイトステンレス鋼の損傷度評価装置。 The damage evaluation device for a stable austenitic stainless steel according to any one of claims 6 to 9,
The damage evaluation device for stable austenitic stainless steel, wherein the magnetic property is at least one of magnetic permeability, residual magnetization, maximum magnetization in response to an applied magnetic field, and attraction to a magnetic body.
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