JPH02132346A - 脆化度検出試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は例えば蒸気タービン、ボイラ等の発電プラント
機器あるいは反応器などの化学プラント機器等に使用さ
れる高温部材の脆化度を測定するための脆化度検出試験
方法に関する。

（従来の技術》 例えば蒸気タービン等の高温機器に使用されている耐熱
鋼は、高温環境中で長時間使用された場合に組織変化を
生じ、経年的に材質が劣化することが知られており、こ
のうち特に経年焼戻し脆化が問題となっている。

従来、このような脆化度を測定するために、被検出物で
ある試験対象部品から試験片を切り出し、破壊試験によ
り部品構成材料の脆化度を測定する脆化度検出試験が行
なわれている。

従来の脆化度検出試験方法としては、Ｖノツチシャルピ
ー衝撃試験により破面遷移温度（ＦＡＴＴ）を求めるの
が一般的であるが、この方法では多量の試験片切り出し
が必要となり、部品性能に影響を与える可能性がある。

このため、シャルピー衝撃試験片よりも小さい試験片を
用いて脆化度を計測する試験方法、例えば「クロム・モ
リブデン耐熱鋼（タービンロータ鋼）の新しい経年劣化
診断技術」　（機械学会論文講演前刷、ＮＱ　８Ｇ−１
０７５Ａ，昭和６２年９月１１日講演）に記載された方
法が提案されている。この方法では、第４図に示すよう
に、薄板状の試験片１として例えば１　０ｍＸ　１　０
＃ｌＩ＋ｌＸ　０　．　５ｍの微小片（ＳＰ試験片）を
切り出し、これを試験装置にセットする。試験装置は第
５図に示すように、ねじ２によって締付けられる試験片
挟持用の上部治具３および下部治具４と、上部治具３に
あけた孔５に上方から挿入される押し棒６とを有してい
る。

この押し棒６を下部治具３にあけた孔７側に押動するこ
とによって試験片１を打抜く。この際に得られる荷重・
変位曲線に基づいて破壊に要した破壊エネルギ（ＳＰエ
ネルギ）を算出する。なお、ＳＰエネルギは試験温度に
より変化するので、試験温度を低温から高温まで変化さ
せて試験を行なうことにより、第６図に示すような破壊
エネルギの遷移曲線を求める。破壊エネルギは、低温域
で比較的小さなほぼ一定の値（以下、下部棚域破壊エネ
ルギという）を有し、また、高温域では比較的大きなほ
ぼ一定の値（以下、上部棚域破壊エネルギという）を有
する。下部棚域破壊エネルギ（ＳＰＩＩｌｉ．）と上部
棚域破壊エネルギ（ＳＰｍａｘ）との間でエネルギが急
変する領域が遷移領域である。破壊遷移温度”ｓｐはＳ
ＰｌｎａｘとＳＰｏ１１．の相加平均（　Ｓ　Ｐ　　　
十Ｓ　Ｐ　　・　）／２を与える温度ｍａｘ　　　　　
　　　ｍａｎ をもって定められる。

このようにして得られたＴ８，はシャルピー衝撃試験で
得られる破面遷移温度ＦΔＴＴと次式の関係を有してい
る。

Ｔｓｐ一α・ＦＡＴＴ　　　　　　　・・・・・・（１
）ここでα（’Ｋ／’Ｋ）は材料に依存する定数である
。（１）式の関係を用いることにより、破壊試験によっ
て得られる丁．，からシャルピー試験の「ＡＴＴが算定
ざれ、脆化度が評価される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の方法では、第６図に示す
ように、下部棚域から上部棚域にわたる広い温度範囲で
試験を行なう必要があるため、試験片数が８枚程度以上
必要である。ところが、実際に稼動中の機械構造部材か
ら切り出ざれる試験片の採取数には制約を受けることが
多く、例えば２〜３枚程度が望ましいが、これでは脆化
度を精度よく測定することが困難となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、２〜
３枚程度の少数の微小試験片で精度よく脆化度を検出す
ることができる脆化度検出試験方法を提供することを目
的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するだめの手段と作用） 本発明による脆化度検出試験方法は、発明者が新たに見
出した硬さとＳＰ　　　．ＳＰ１ｎの相ｍａ× 関関係を利用し、非破壊的に計測した硬さからＳＰ，Ｓ
ＰＩｌｌｉｏを推定することにより、上部棚ｍａ× 域、下部棚域での破壊試験を省略し、遷移温度近傍での
試験だけででＴ８，を求めるものである。

即ら、本発明は、被検出物から切出した簿板状の微小試
験片を、異なる温度条件下で厚さ方向に加圧変形させ、
その過程で検出される荷重一変位曲線に基づいて破壊エ
ネルギを算出し、この破壊エネルギにより被検出物の脆
化度を検出する脆化麿検出試験方法において、予め破壊
エネルギの遷移温度対シ１７ルビー衝撃破面遷移温度の
関係を求めておき、この関係値に前記の惇出破壊エネル
ギ値をあてはめてシャルピー衝撃破面遷移渇瓜を決定す
ることを特徴とする。

これにより、従来法ではＳＰ　　　，ＳＰ．　　をｍａ
ｘ　　　　　　　　ｍ　＋　ｎ 求めるのに必要であった試験片が不要になるため、遷移
温度近傍の最低２点の実験点だ（ＪでＴ８，が決定でき
るようになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図〜第３図を参照して説明
する。

第１図は本実施例による試験手順を示し、第２図は本実
施例で用いたＣｒＭＯＶ鋳鋼の種々の実機使用材につい
て得られたビッカース硬ざ１」，とＳＰ　　　，ＳＰ１
ｏとの関係を示す特性図である。

ｍａｘ 第２図に示すように、ＳＰ　　　はＨｖが大きくなｍａ
× ？につれて増力［ル、逆にＳＰ　　・　は１−１，が大
きく１１１Ｉｎ なると減少する傾向を持つ。

脆化度評価用の試験片は実際の火力発電プラントで約１
１万時間使用した再熱弁（材質ＯｒＭｏＶ鋳鋼）からく
さび状に切出し、これを角形簿板状（　１　０ｓＸ１　
０ｍＸＯ、５　ｒｔｖｎ　）に形成して３枚の試験片を
採取した。

３枚の試験片の硬さをマイクロビッカース硬度計で計測
したところ、それぞれＨ，＝２１６．２１９．２２０で
あり、平均値として１−ｌｖ−２１８が得られた。これ
を第２図の特性線にあてはめ゛、ＳＰＩＩｌ，ｘ−２０
５．３Ｋｇ・ｍｍ，　ＳＰｍｉｎ　＝２４．５　Ｋｇ・
履を求めた。したがって、ＳＰ遷移温度Ｔ８，を決定す
る特性エネルギは（ＳＰ■ａｘ　＋ＳＰｌｌｌｉｏ）／
２＝１　１　４．　９Ｋ９・履と求められる。

次にこの試験片を第５図に示す治具に取り付【プて破壊
試験を行ない、荷重一変位曲線を求めた。

１枚目の試験片については、ＣｒＭＯＶ鋳鋼の未使用材
の平均的な遷移温度である−１３０℃を試験温度とした
。この結果、ＳＰエネルギは３８．５　Ｋｇ・胴であっ
た。この実験点は第３図に符号１０で示すように、特性
エルネギ１１４．９／（ｙ・Ｍよりも小さな値である。

そこで、次に試験温度を１００℃として２枚目の試験を
行ない、ＳＰエネルギ１３０．１Ｋｇ・ｍを得た。この
値は第３図に１１で示すように、特性エネルギよりも少
し大きな値であった。そこで最後の試験片については、
２枚目の試験片よりも１０℃低い−１１０℃で試験を行
ない、ＳＰエネルギ７２．５Ｋｆｌ・＃ｌＩＩ！（第３
図の１２）が得られた。

以上の実験点のうち、特性エネルギを挟み、かつ特性エ
ネルギに最も近い２点、すなわち１１と１２とを選び、
これらの２点を結んだ直線と特性エネギ値との交点１３
に対応する温度としてＳＰ遷移温度ＴＳ，がＴ８，一−
１０３℃と求められた。

この値を基に（１）式からシャルピー破面遷移温度ＦＡ
ＴＴが算出される。この場合、（１）のαとしてＣｒＭ
．ＯＶ鋳鋼の種々の実機使用材の実験結果からα−０．
３９２が得られており、これを用いるとＦＡＴＴ＝１　
６１℃という評価となった。

以上のように本実施例によれば、実機劣化部材の経年脆
化を微小のサンプルから採取した３枚の試験片によって
正確に評価することができる。

なお前記実施例では試験片を角型薄板状のＳＰ試験片と
したが、板状であれば、例えば円形等の種々の形状のも
のを用いることが可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、実機部材から採取した
少数の板状微小試験片の硬さ計測値と、破壊試験による
破壊エネルギ語測値とに基づいて脆化度を高精度に評価
することができるので、実機部品の性能に影響を与えず
に健全性を高精疫で評価することができるという効果が
奏される。

図は試験片形状、寸法等を示す斜視図、第５図は試験治
具を示す断面図、第６図は従来の方法によって遷移温度
を求める場合に用いるグラフである。

１・・・試験片、２・・・上部治具、３・・・下部治具
、６・・・押し棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検出物から切出した薄板状の微小試験片を、異なる温
   度条件下で厚さ方向に加圧変形させ、その過程で検出さ
   れる荷重−変位曲線に基づいて破壊エネルギを算出し、
   この破壊エネルギにより被検出物の脆化度を検出する脆
   化度検出試験方法において、予め破壊エネルギの遷移温
   度対シャルピー衝撃破面遷移温度の関係を求めておき、
   この関係値に前記の算出破壊エネルギ値をあてはめてシ
   ャルピー衝撃破面遷移温度を決定することを特徴とする
   脆化度検出試験方法。