JPH06148049A - 金属材の寿命評価方法 - Google Patents
金属材の寿命評価方法Info
- Publication number
- JPH06148049A JPH06148049A JP31624992A JP31624992A JPH06148049A JP H06148049 A JPH06148049 A JP H06148049A JP 31624992 A JP31624992 A JP 31624992A JP 31624992 A JP31624992 A JP 31624992A JP H06148049 A JPH06148049 A JP H06148049A
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- Japan
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- measured
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温高圧で使用される金属の寿命を非破壊で
高精度で評価する。 【構成】 評価対象と同一材料のサンプルを種々の条件
で時効熱処理し、処理したものの硬度を測定し、測定硬
度を各熱処理のラルソン−ミラー値等の時間・熱パラメ
ータと関連づけておく。実際の評価対象につき硬度を測
定し、測定硬度とサンプルについての硬度，ラルソン−
ミラー値の関係とから実評価対象のラルソン−ミラー値
を推定し、これにより寿命評価をする。
高精度で評価する。 【構成】 評価対象と同一材料のサンプルを種々の条件
で時効熱処理し、処理したものの硬度を測定し、測定硬
度を各熱処理のラルソン−ミラー値等の時間・熱パラメ
ータと関連づけておく。実際の評価対象につき硬度を測
定し、測定硬度とサンプルについての硬度，ラルソン−
ミラー値の関係とから実評価対象のラルソン−ミラー値
を推定し、これにより寿命評価をする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は火力発電設備のボイラー
管等の高温，高圧の条件で使用される金属材の寿命評価
方法に関する。
管等の高温，高圧の条件で使用される金属材の寿命評価
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】火力発
電設備のボイラー管等、高温，高圧下で使用されている
金属材は、長期の使用によりクリープ破断するので、安
全運転のために適宜交換する必要があり、無駄のない交
換のためにその寿命評価をすることが必要である。即ち
予測寿命と、安全性とを考慮して可及的に交換時期を遅
らせるのが望ましいからである。
電設備のボイラー管等、高温，高圧下で使用されている
金属材は、長期の使用によりクリープ破断するので、安
全運転のために適宜交換する必要があり、無駄のない交
換のためにその寿命評価をすることが必要である。即ち
予測寿命と、安全性とを考慮して可及的に交換時期を遅
らせるのが望ましいからである。
【０００３】従来使用されている寿命評価方法には破壊
試験法と、非破壊評価法とがある。前者は評価対象の中
から一部の管を抜き出し、これに対してクリープ破断試
験を行い、同材料の新材のクリープ破断試験値との対比
で消費寿命を算出し、又は余命を予測する方法である。
この方法は比較的正確に評価することが可能ではある
が、管の抜き出し、その代替品の装着に多大の工数を要
するし、それが不可能な大径のヘッダー管には適用でき
ない。
試験法と、非破壊評価法とがある。前者は評価対象の中
から一部の管を抜き出し、これに対してクリープ破断試
験を行い、同材料の新材のクリープ破断試験値との対比
で消費寿命を算出し、又は余命を予測する方法である。
この方法は比較的正確に評価することが可能ではある
が、管の抜き出し、その代替品の装着に多大の工数を要
するし、それが不可能な大径のヘッダー管には適用でき
ない。
【０００４】このために後者の非破壊評価法が重視され
ている。従来の非破壊評価法としては、クリープに伴っ
て生じるボイドを検出して評価する方法があるが、ボイ
ド発生まで、即ち全寿命の30〜40％を消費する迄はボイ
ドが現れず適用できない。またボイドはレプリカ法によ
り検出するのであるが、計測者により検出ボイドのバラ
ツキが大きくこのために評価の精度が低いという問題が
ある。
ている。従来の非破壊評価法としては、クリープに伴っ
て生じるボイドを検出して評価する方法があるが、ボイ
ド発生まで、即ち全寿命の30〜40％を消費する迄はボイ
ドが現れず適用できない。またボイドはレプリカ法によ
り検出するのであるが、計測者により検出ボイドのバラ
ツキが大きくこのために評価の精度が低いという問題が
ある。
【０００５】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたものであり、評価対象と実質的に同一の材質
のサンプル複数に相異なる熱履歴を与えて、その硬度を
測定し、測定硬度と熱履歴に係る時間・温度パラメータ
との関係を予め求めておき、実評価時には評価対象物の
硬度を測定し、これを前記関係にあてはめて時間・温度
パラメータを求めることにより、非破壊的に、また個人
差なく、また余命が長い段階においても高精度に寿命評
価ができる金属材の寿命評価方法を提供することを目的
とする。
になされたものであり、評価対象と実質的に同一の材質
のサンプル複数に相異なる熱履歴を与えて、その硬度を
測定し、測定硬度と熱履歴に係る時間・温度パラメータ
との関係を予め求めておき、実評価時には評価対象物の
硬度を測定し、これを前記関係にあてはめて時間・温度
パラメータを求めることにより、非破壊的に、また個人
差なく、また余命が長い段階においても高精度に寿命評
価ができる金属材の寿命評価方法を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る金属材の寿
命評価方法は、熱履歴を表す時間・温度パラメータと破
断応力との関係に基づき金属材の寿命を評価する方法に
おいて、評価対象と実質的に同一の材質のサンプル複数
に異なる熱履歴を経させた上で各サンプルの硬度を測定
し、測定結果に基づきその硬度と各熱履歴に対応する時
間・温度パラメータとの関係を予め求めておき、評価対
象の硬度を測定し、測定硬度と前記関係とにより評価対
象に係る時間・温度パラメータを特定し、特定した時間
・温度パラメータに基づいてその寿命を評価することを
特徴とする。
命評価方法は、熱履歴を表す時間・温度パラメータと破
断応力との関係に基づき金属材の寿命を評価する方法に
おいて、評価対象と実質的に同一の材質のサンプル複数
に異なる熱履歴を経させた上で各サンプルの硬度を測定
し、測定結果に基づきその硬度と各熱履歴に対応する時
間・温度パラメータとの関係を予め求めておき、評価対
象の硬度を測定し、測定硬度と前記関係とにより評価対
象に係る時間・温度パラメータを特定し、特定した時間
・温度パラメータに基づいてその寿命を評価することを
特徴とする。
【０００７】
【作用】金属の硬度は消費寿命又は時間・温度パラメー
タと関連を有するので、サンプルについて予め求めてお
いた関係を利用して評価対象の時間・温度パラメータを
特定できる。この時間・温度パラメータと評価対象の使
用時間 (既知) からその時間で連続使用したと看做せる
使用等価温度が求められ、この使用等価温度から寿命が
求められる。ところで、ボイラー管等に用いられる金属
のうち、特に炭素鋼、低合金鋼の時効または使用中に生
じる硬度変化は、母材部に比べて溶接部（溶着金属部，
熱影響部）の方が遙かに大きい。従って、評価対象と実
質的に同一の材料のサンプルとしては溶接部を有するも
のを用いるのが望ましく、また硬度は溶接部の硬度を測
定することとするのが望ましい。
タと関連を有するので、サンプルについて予め求めてお
いた関係を利用して評価対象の時間・温度パラメータを
特定できる。この時間・温度パラメータと評価対象の使
用時間 (既知) からその時間で連続使用したと看做せる
使用等価温度が求められ、この使用等価温度から寿命が
求められる。ところで、ボイラー管等に用いられる金属
のうち、特に炭素鋼、低合金鋼の時効または使用中に生
じる硬度変化は、母材部に比べて溶接部（溶着金属部，
熱影響部）の方が遙かに大きい。従って、評価対象と実
質的に同一の材料のサンプルとしては溶接部を有するも
のを用いるのが望ましく、また硬度は溶接部の硬度を測
定することとするのが望ましい。
【０００８】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する評価対象の鋼管がSTBA24，STPA24を素材とす
るものである場合、同素材からなるサンプルにつき表１
に示す温度（550,600,650 及び700 ℃) 、時間(100,100
0,3000及び10000 時間) の条件で時効熱処理を行う。評
価対象が溶接部を有しているのでサンプルも同様の溶接
を行ったものを用いる。
て詳述する評価対象の鋼管がSTBA24，STPA24を素材とす
るものである場合、同素材からなるサンプルにつき表１
に示す温度（550,600,650 及び700 ℃) 、時間(100,100
0,3000及び10000 時間) の条件で時効熱処理を行う。評
価対象が溶接部を有しているのでサンプルも同様の溶接
を行ったものを用いる。
【０００９】
【表１】
【００１０】表１内の数値は前記時間・熱パラメータと
して採用したラルソン−ミラー値である。ラルソン−ミ
ラー値は Ｔ（Ｋ＋log ｔ） 但し、Ｔ：温度（Ｋ） ｔ：時間（Hr) Ｋ：定数 で表わされる。Ｋはここでは20を採用した。
して採用したラルソン−ミラー値である。ラルソン−ミ
ラー値は Ｔ（Ｋ＋log ｔ） 但し、Ｔ：温度（Ｋ） ｔ：時間（Hr) Ｋ：定数 で表わされる。Ｋはここでは20を採用した。
【００１１】時間・温度パラメータとしてはラルソン−
ミラー値に限らず従来から知られているものが用いられ
る。例えばOrr−Srerby−Dorn法, Manson−Succop法, M
anson−Haferd法, 及びManson−Brown 法のパラメータ
が挙げられる。
ミラー値に限らず従来から知られているものが用いられ
る。例えばOrr−Srerby−Dorn法, Manson−Succop法, M
anson−Haferd法, 及びManson−Brown 法のパラメータ
が挙げられる。
【００１２】時効熱処理の後、溶着金属部, 細粒の熱影
響部、粗粒の熱影響部の３箇処についてビッカース硬さ
(Hv)の測定を行う。測定硬度はビッカース硬さに限ら
ず、他のものでもよいが実際の評価対象をその設置場所
で測定できる方法を採り得るものである必要がある。図
１〜３は横軸にラルソン−ミラー値、縦軸にビッカース
硬さをとって示した測定結果のグラフである。
響部、粗粒の熱影響部の３箇処についてビッカース硬さ
(Hv)の測定を行う。測定硬度はビッカース硬さに限ら
ず、他のものでもよいが実際の評価対象をその設置場所
で測定できる方法を採り得るものである必要がある。図
１〜３は横軸にラルソン−ミラー値、縦軸にビッカース
硬さをとって示した測定結果のグラフである。
【００１３】図４は本発明方法によって寿命評価をする
場合に便利なように作成したノモグラムである。横軸は
ラルソン−ミラー値を示している。下部の縦軸は評価対
象のクリープ破壊応力又は評価対象に加わる応力を示
し、この部分に示す曲線は評価対象の平均クリープラプ
チャー曲線である。この曲線は独自に作成してもよいが
評価対象について公表されている曲線を使用してもよ
い。上部の縦軸は使用等価温度を示しこの使用等価温度
と横軸のラルソン−ミラー値とによって定まる時間をパ
ラメータとして直線で描いてある。
場合に便利なように作成したノモグラムである。横軸は
ラルソン−ミラー値を示している。下部の縦軸は評価対
象のクリープ破壊応力又は評価対象に加わる応力を示
し、この部分に示す曲線は評価対象の平均クリープラプ
チャー曲線である。この曲線は独自に作成してもよいが
評価対象について公表されている曲線を使用してもよ
い。上部の縦軸は使用等価温度を示しこの使用等価温度
と横軸のラルソン−ミラー値とによって定まる時間をパ
ラメータとして直線で描いてある。
【００１４】以上のような資料の準備を行っておいた上
で実際の評価対象についての寿命評価を行う。評価対象
のビッカース硬さを溶着金属部、細粒，粗粒の熱影響部
の３箇処につきその設置現場で測定する。この測定値の
夫々を図１〜３を用いてラルソン−ミラー値Ｐx を決定
する。火力発電設備においては評価対象の管の使用時間
ｔC を厳重に管理しているのでこれを Ｐx ＝Ｔx (20＋log ｔC ) ×10-3 に代入してこのｔC の間の使用等価温度Ｔx を算出す
る。
で実際の評価対象についての寿命評価を行う。評価対象
のビッカース硬さを溶着金属部、細粒，粗粒の熱影響部
の３箇処につきその設置現場で測定する。この測定値の
夫々を図１〜３を用いてラルソン−ミラー値Ｐx を決定
する。火力発電設備においては評価対象の管の使用時間
ｔC を厳重に管理しているのでこれを Ｐx ＝Ｔx (20＋log ｔC ) ×10-3 に代入してこのｔC の間の使用等価温度Ｔx を算出す
る。
【００１５】図４ではその上部を使用してＴx を読取る
ことができる。即ちｔC の直線を用いてＰx に対応する
温度の座標値がＴx となる。一方図４のグラフの下部よ
り評価対象に作用している応力σx からそのラルソン−
ミラー値Ｐt を求める。これはその応力が印加され続け
た場合に破壊することになる時間, 熱によって定まるラ
ルソン−ミラー値、つまりその応力下での全寿命を表す
ラルソン−ミラー値であるということになる。
ことができる。即ちｔC の直線を用いてＰx に対応する
温度の座標値がＴx となる。一方図４のグラフの下部よ
り評価対象に作用している応力σx からそのラルソン−
ミラー値Ｐt を求める。これはその応力が印加され続け
た場合に破壊することになる時間, 熱によって定まるラ
ルソン−ミラー値、つまりその応力下での全寿命を表す
ラルソン−ミラー値であるということになる。
【００１６】このＰt とＴx との交点を求める。この交
点の直線の並記方向の位置は使用等価温度Ｔx で応力σ
x を受け続けた場合の全寿命（時間）を表すことにな
る。図示の例ではこれはｔx に相当する。消費寿命はｔ
C 時間であるから両者の差ｔx−ｔC が余命となる。な
おＰt ，Ｔx をラルソン−ミラー値の計算式に代入して
対応する時間ｔx を算出してもよいことは勿論である。
点の直線の並記方向の位置は使用等価温度Ｔx で応力σ
x を受け続けた場合の全寿命（時間）を表すことにな
る。図示の例ではこれはｔx に相当する。消費寿命はｔ
C 時間であるから両者の差ｔx−ｔC が余命となる。な
おＰt ，Ｔx をラルソン−ミラー値の計算式に代入して
対応する時間ｔx を算出してもよいことは勿論である。
【００１７】以上２種類の金属 (低合金鋼) を例にとっ
て示したが、本発明は前記金属の他、例えばSTB42,STB5
2 等の炭素鋼、STBA22,STBA23,STPA22,STPA23 等の低合
金鋼にも適用することが可能である。即ち、本発明は、
時効または使用中に硬度変化が生じる金属であれば適用
可能で、特に母材部の硬度変化に比べて溶接部の硬度変
化が大きい金属に適用して有用である。
て示したが、本発明は前記金属の他、例えばSTB42,STB5
2 等の炭素鋼、STBA22,STBA23,STPA22,STPA23 等の低合
金鋼にも適用することが可能である。即ち、本発明は、
時効または使用中に硬度変化が生じる金属であれば適用
可能で、特に母材部の硬度変化に比べて溶接部の硬度変
化が大きい金属に適用して有用である。
【００１８】
【発明の効果】表２は各種評価対象につき本発明方法と
従来方法とを適用して求めた寿命消費率を対比したもの
である。従来法(1) はクリープ破断試験、従来法(2) は
ボイド面積率法による。破壊試験で直接的に寿命評価を
する従来法(1) は最も正確であろうがそれでもバラツキ
が±10％程度であるとされている。これを考慮すると本
願発明は従来法(1) と略一致しており、従来法(2) 比し
て格段に高精度であると言うことができる。
従来方法とを適用して求めた寿命消費率を対比したもの
である。従来法(1) はクリープ破断試験、従来法(2) は
ボイド面積率法による。破壊試験で直接的に寿命評価を
する従来法(1) は最も正確であろうがそれでもバラツキ
が±10％程度であるとされている。これを考慮すると本
願発明は従来法(1) と略一致しており、従来法(2) 比し
て格段に高精度であると言うことができる。
【００１９】
【表２】
【００２０】以上のように本発明によれば非破壊試験な
がら高精度の寿命評価が可能となり、本発明は高温, 高
圧設備の保守業務に寄与する処多大である。
がら高精度の寿命評価が可能となり、本発明は高温, 高
圧設備の保守業務に寄与する処多大である。
【図１】ラルソン−ミラー値と硬度との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図２】ラルソン−ミラー値と硬度との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図３】ラルソン−ミラー値と硬度との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図４】寿命評価用ノモグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 稔 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 大北 芳久 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 川上 繁幸 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 押川 辰也 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 渡邉 肇 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 太田 邦雄 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属テ クノロジー株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 熱履歴を表す時間・温度パラメータと破
断応力との関係に基づき金属材の寿命を評価する方法に
おいて、 評価対象と実質的に同一の材質のサンプル複数に異なる
熱履歴を経させた上で各サンプルの硬度を測定し、測定
結果に基づきその硬度と各熱履歴に対応する時間・温度
パラメータとの関係を予め求めておき、評価対象の硬度
を測定し、測定硬度と前記関係とにより評価対象に係る
時間・温度パラメータを特定し、 特定した時間・温度パラメータに基づいてその寿命を評
価することを特徴とする金属材の寿命評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31624992A JPH06148049A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 金属材の寿命評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31624992A JPH06148049A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 金属材の寿命評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06148049A true JPH06148049A (ja) | 1994-05-27 |
Family
ID=18074992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31624992A Withdrawn JPH06148049A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 金属材の寿命評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06148049A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103267683A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-28 | 扬州大学 | 一种确定耐热金属材料剩余使用寿命的方法 |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP31624992A patent/JPH06148049A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103267683A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-28 | 扬州大学 | 一种确定耐热金属材料剩余使用寿命的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000104 |