JPH11108921A - オーステナイト系ステンレス鋼材の経年損傷評価法 - Google Patents
オーステナイト系ステンレス鋼材の経年損傷評価法Info
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- JPH11108921A JPH11108921A JP9287614A JP28761497A JPH11108921A JP H11108921 A JPH11108921 A JP H11108921A JP 9287614 A JP9287614 A JP 9287614A JP 28761497 A JP28761497 A JP 28761497A JP H11108921 A JPH11108921 A JP H11108921A
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 オーステナイト系ステンレス鋼材の経年損傷
を比較的簡単な操作により、高い精度で客観的に評価す
ることができる経年損傷評価法を提供すること。 【解決手段】 高温状態で長時間使用されたオーステナ
イト系ステンレス鋼材のミクロ組織を写真撮影し、撮影
された画像を二値化処理してσ相の面積率を算出し、こ
の面積率を予め作成したσ相の面積率とラーソン・ミラ
ー・パラメータとの関係を示すグラフに当てはめて相当
するラーソン・ミラー・パラメータを求め、次に予め作
成したラーソン・ミラー・パラメータと材料の衝撃値低
下率との関係を示すグラフから衝撃値低下率を求め、こ
の値により材料の経年損傷の程度を定量的に評価するこ
とを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼材の経年
損傷評価法。
を比較的簡単な操作により、高い精度で客観的に評価す
ることができる経年損傷評価法を提供すること。 【解決手段】 高温状態で長時間使用されたオーステナ
イト系ステンレス鋼材のミクロ組織を写真撮影し、撮影
された画像を二値化処理してσ相の面積率を算出し、こ
の面積率を予め作成したσ相の面積率とラーソン・ミラ
ー・パラメータとの関係を示すグラフに当てはめて相当
するラーソン・ミラー・パラメータを求め、次に予め作
成したラーソン・ミラー・パラメータと材料の衝撃値低
下率との関係を示すグラフから衝撃値低下率を求め、こ
の値により材料の経年損傷の程度を定量的に評価するこ
とを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼材の経年
損傷評価法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボイラ部材の過熱器
管及び再熱器管などに適用されるオーステナイト系ステ
ンレス鋼材の経年損傷評価法に関する。
管及び再熱器管などに適用されるオーステナイト系ステ
ンレス鋼材の経年損傷評価法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボイラ用管材は高温長時間使用されて経
年劣化損傷を受けたり、また、異常運転などのトラブル
により損傷を受ける場合がある。このような履歴を受け
た管材がどのような組織変化を生じて材料の強度、延性
及び靱性が低下したかを知ることは管材の余寿命や取り
替え時期の決定あるいは過熱温度を評価する上で重要で
ある。従来、この種の組織変化の評価は写真比較法によ
って行われていた。すなわち、現有の限られた写真デー
タとの比較であったため、対象範囲のごく一部しか評価
することができず、また、判断に時間を要するばかりで
なく、主観的要素が入り、信頼性を欠くおそれがあっ
た。
年劣化損傷を受けたり、また、異常運転などのトラブル
により損傷を受ける場合がある。このような履歴を受け
た管材がどのような組織変化を生じて材料の強度、延性
及び靱性が低下したかを知ることは管材の余寿命や取り
替え時期の決定あるいは過熱温度を評価する上で重要で
ある。従来、この種の組織変化の評価は写真比較法によ
って行われていた。すなわち、現有の限られた写真デー
タとの比較であったため、対象範囲のごく一部しか評価
することができず、また、判断に時間を要するばかりで
なく、主観的要素が入り、信頼性を欠くおそれがあっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来技術の実状に鑑み、オーステナイト系ステンレス鋼材
の経年損傷を比較的簡単な操作により、高い精度で客観
的に評価することができる経年損傷評価法を提供しよう
とするものである。
来技術の実状に鑑み、オーステナイト系ステンレス鋼材
の経年損傷を比較的簡単な操作により、高い精度で客観
的に評価することができる経年損傷評価法を提供しよう
とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は高温状態で長時
間使用されたオーステナイト系ステンレス鋼材のミクロ
組織を写真撮影し、撮影された画像を二値化処理してσ
相の面積率を算出し、この面積率を予め作成したσ相の
面積率とラーソン・ミラー・パラメータとの関係を示す
グラフに当てはめて相当するラーソン・ミラー・パラメ
ータを求め、次に予め作成したラーソン・ミラー・パラ
メータと材料の衝撃値低下率との関係を示すグラフから
衝撃値低下率を求め、この値により材料の経年損傷の程
度を定量的に評価することを特徴とするオーステナイト
系ステンレス鋼材の経年損傷評価法である。
間使用されたオーステナイト系ステンレス鋼材のミクロ
組織を写真撮影し、撮影された画像を二値化処理してσ
相の面積率を算出し、この面積率を予め作成したσ相の
面積率とラーソン・ミラー・パラメータとの関係を示す
グラフに当てはめて相当するラーソン・ミラー・パラメ
ータを求め、次に予め作成したラーソン・ミラー・パラ
メータと材料の衝撃値低下率との関係を示すグラフから
衝撃値低下率を求め、この値により材料の経年損傷の程
度を定量的に評価することを特徴とするオーステナイト
系ステンレス鋼材の経年損傷評価法である。
【０００５】オーステナイト系ステンレス鋼材のミクロ
組織はオーステナイト組織からなっており、鋼管を高温
長時間使用することにより、炭化物とσ相が析出してく
る。このσ相はエッチングにより容易に区分され現出さ
せることができる。このσ相の組織を写真撮影し、それ
を二値化処理することにより画像全体のσ相面積率を求
めることができる。本発明者らはオーステナイト系ステ
ンレス鋼材の経年損傷の評価方法につて種々検討を重
ね、オーステナイト系ステンレス鋼材では、上記σ相の
面積率は加熱温度Ｔ（Ｋ）、加熱時間ｔ（ｈ）を用いた
次式（１）により示されるラーソン・ミラー・パラメー
タ（以下、ＬＭＰと略称）との間に相関性があることを
見出した。 ＬＭＰ＝Ｔ（Ｃ＋ｌｏｇｔ） （１） ここでＣは定数であり、一般に２０である。
組織はオーステナイト組織からなっており、鋼管を高温
長時間使用することにより、炭化物とσ相が析出してく
る。このσ相はエッチングにより容易に区分され現出さ
せることができる。このσ相の組織を写真撮影し、それ
を二値化処理することにより画像全体のσ相面積率を求
めることができる。本発明者らはオーステナイト系ステ
ンレス鋼材の経年損傷の評価方法につて種々検討を重
ね、オーステナイト系ステンレス鋼材では、上記σ相の
面積率は加熱温度Ｔ（Ｋ）、加熱時間ｔ（ｈ）を用いた
次式（１）により示されるラーソン・ミラー・パラメー
タ（以下、ＬＭＰと略称）との間に相関性があることを
見出した。 ＬＭＰ＝Ｔ（Ｃ＋ｌｏｇｔ） （１） ここでＣは定数であり、一般に２０である。
【０００６】さらに、オーステナイト系ステンレス鋼材
の靱性の低下の目安となる衝撃値低下率が、前記ＬＭＰ
と相関性があることを見出した。すなわち、測定対象と
するオーステナイト系ステンレス鋼材についてσ相の面
積率を測定することにより、予め作成したσ相の面積率
とＬＭＰとの関係図から鋼材の運転温度又は運転時間の
予測が可能となり、さらにＬＭＰと衝撃値低下率との関
係図から鋼材の衝撃値低下率を求めることができ、これ
により材料の余寿命評価が可能である。
の靱性の低下の目安となる衝撃値低下率が、前記ＬＭＰ
と相関性があることを見出した。すなわち、測定対象と
するオーステナイト系ステンレス鋼材についてσ相の面
積率を測定することにより、予め作成したσ相の面積率
とＬＭＰとの関係図から鋼材の運転温度又は運転時間の
予測が可能となり、さらにＬＭＰと衝撃値低下率との関
係図から鋼材の衝撃値低下率を求めることができ、これ
により材料の余寿命評価が可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明のオーステナイト系ステン
レス鋼材の経年損傷測定法においては、高温状態で使用
されたオーステナイト系ステンレス鋼材の試料を採取
し、必要によりエッチング処理したのち表面のミクロ組
織を写真撮影する。この撮影された画像を二値化処理
し、全画像中のσ相の面積率を算出する。一方、予め種
々の温度と時間で過熱履歴を付与した、測定対象と同じ
オーステナイト系ステンレス鋼の加熱材の試験片につい
てσ相の面積率を求め、これらの値とＬＭＰから、図１
に示すようなσ相の面積率とＬＭＰとの関係図を作成し
ておく。そして、前記により算出した測定対象試料のσ
相の面積率を、予め作成したσ相の面積率とＬＭＰとの
関係図に当てはめることによってＬＭＰを求めることが
できる。これにより、鋼材の運転温度又は運転時間を予
測することができる。
レス鋼材の経年損傷測定法においては、高温状態で使用
されたオーステナイト系ステンレス鋼材の試料を採取
し、必要によりエッチング処理したのち表面のミクロ組
織を写真撮影する。この撮影された画像を二値化処理
し、全画像中のσ相の面積率を算出する。一方、予め種
々の温度と時間で過熱履歴を付与した、測定対象と同じ
オーステナイト系ステンレス鋼の加熱材の試験片につい
てσ相の面積率を求め、これらの値とＬＭＰから、図１
に示すようなσ相の面積率とＬＭＰとの関係図を作成し
ておく。そして、前記により算出した測定対象試料のσ
相の面積率を、予め作成したσ相の面積率とＬＭＰとの
関係図に当てはめることによってＬＭＰを求めることが
できる。これにより、鋼材の運転温度又は運転時間を予
測することができる。
【０００８】また、予め種々の温度と時間で加熱履歴を
付与した、測定対象と同じオーステナイト系ステンレス
鋼の加熱材の試験片について衝撃値低下率を測定し、図
２に示すようなＬＭＰと衝撃値低下率との関係図を作成
しておき、前記により求めた測定対象試料のＬＭＰをこ
の関係図に当てはめることによって衝撃値低下率を求め
ることができる。この値により材料の経年損傷の程度を
定量的に評価することができる。なお、衝撃値低下率は
加熱履歴材から２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片を
採取して、室温にて衝撃試験を行って衝撃値を求め、非
加熱材の衝撃値と比較し求めたものであり、単位は無次
元である。
付与した、測定対象と同じオーステナイト系ステンレス
鋼の加熱材の試験片について衝撃値低下率を測定し、図
２に示すようなＬＭＰと衝撃値低下率との関係図を作成
しておき、前記により求めた測定対象試料のＬＭＰをこ
の関係図に当てはめることによって衝撃値低下率を求め
ることができる。この値により材料の経年損傷の程度を
定量的に評価することができる。なお、衝撃値低下率は
加熱履歴材から２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片を
採取して、室温にて衝撃試験を行って衝撃値を求め、非
加熱材の衝撃値と比較し求めたものであり、単位は無次
元である。
【０００９】
【実施例】以下実施例により本発明の方法をさらに具体
的に説明する。 （実施例１）この実施例は、本発明の方法をオーステナ
イト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３２１鋼管に適用した
ものである。
的に説明する。 （実施例１）この実施例は、本発明の方法をオーステナ
イト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３２１鋼管に適用した
ものである。
【００１０】先ず、σ相の面積率とＬＭＰとの関係図の
作成方法について説明する。σ相の面積率とＬＭＰとの
関係を示す図１のグラフは加熱温度と加熱時間の異なる
多数のＳＵＳ３２１鋼試験片を用いてデータを収集して
作成したものである。以下にＳＵＳ３２１鋼の７００℃
で３０００時間加熱した加熱材と７３０℃で５０００時
間加熱した加熱材の２点について測定及びデータ処理方
法を説明する。これらの７００℃×３０００時間加熱材
と７３０℃×５０００時間加熱材の試験片について、そ
のミクロ組織（５００倍）を写真撮影した。これらの写
真をそれぞれ図３の（ａ）及び（ｂ）に示す。図中の塊
状部はσ相を示しており、高温長時間加熱するほどその
部分が増大している。次に、それぞれの塊状部と無地部
の２種類の色の差を二値化処理する。この処理後の画像
の顕微鏡写真がそれぞれ図４の（ａ）及び（ｂ）であ
る。
作成方法について説明する。σ相の面積率とＬＭＰとの
関係を示す図１のグラフは加熱温度と加熱時間の異なる
多数のＳＵＳ３２１鋼試験片を用いてデータを収集して
作成したものである。以下にＳＵＳ３２１鋼の７００℃
で３０００時間加熱した加熱材と７３０℃で５０００時
間加熱した加熱材の２点について測定及びデータ処理方
法を説明する。これらの７００℃×３０００時間加熱材
と７３０℃×５０００時間加熱材の試験片について、そ
のミクロ組織（５００倍）を写真撮影した。これらの写
真をそれぞれ図３の（ａ）及び（ｂ）に示す。図中の塊
状部はσ相を示しており、高温長時間加熱するほどその
部分が増大している。次に、それぞれの塊状部と無地部
の２種類の色の差を二値化処理する。この処理後の画像
の顕微鏡写真がそれぞれ図４の（ａ）及び（ｂ）であ
る。
【００１１】次に、二値化処理したσ相の大きさを１０
分級に分割して面積分布を求めた後、全体面積に対する
σ相の面積率を計算した。この結果、７００℃×３００
０時間加熱材のσ相面積率１．０４％、７３０℃×５０
００時間加熱材のσ相面積率は２．６３％であった。
分級に分割して面積分布を求めた後、全体面積に対する
σ相の面積率を計算した。この結果、７００℃×３００
０時間加熱材のσ相面積率１．０４％、７３０℃×５０
００時間加熱材のσ相面積率は２．６３％であった。
【００１２】また、７００℃×３０００時間加熱材と７
３０℃×５０００時間加熱材のＬＭＰについては、それ
ぞれの加熱温度と加熱時間を前記（１）式に代入するこ
とにより一元化することができ、各々２２．８４×１０
3 、２３．７７×１０3 であった。このようにして得ら
れたσ相面積率とＬＭＰの値を、σ相面積率を縦軸にＬ
ＭＰを横軸にとってプロットし、さらに他の加熱条件の
試験片についてもσ相面積率とＬＭＰ値を求めてそのポ
イントをプロットすることにより図１の関係図を作成し
た。
３０℃×５０００時間加熱材のＬＭＰについては、それ
ぞれの加熱温度と加熱時間を前記（１）式に代入するこ
とにより一元化することができ、各々２２．８４×１０
3 、２３．７７×１０3 であった。このようにして得ら
れたσ相面積率とＬＭＰの値を、σ相面積率を縦軸にＬ
ＭＰを横軸にとってプロットし、さらに他の加熱条件の
試験片についてもσ相面積率とＬＭＰ値を求めてそのポ
イントをプロットすることにより図１の関係図を作成し
た。
【００１３】一方、前記と同様に加熱温度と加熱時間の
異なる多数のＳＵＳ３２１鋼試験片から２ｍｍＶノッチ
シャルピー衝撃試験片を採取して、室温にて衝撃試験を
行って衝撃値を求め、非加熱材の衝撃値と比較して衝撃
値低下率を求め、図２に示すＬＭＰと衝撃値低下率との
関係図を作成した。
異なる多数のＳＵＳ３２１鋼試験片から２ｍｍＶノッチ
シャルピー衝撃試験片を採取して、室温にて衝撃試験を
行って衝撃値を求め、非加熱材の衝撃値と比較して衝撃
値低下率を求め、図２に示すＬＭＰと衝撃値低下率との
関係図を作成した。
【００１４】オーステナイト系ステンレス鋼材であるＳ
ＵＳ３２１鋼管について、本発明の方法により経年損傷
を評価する場合には、測定対象である高温状態で使用さ
れた鋼管のミクロ組織（σ相）を写真撮影し、この像を
二値化処理し、処理した画像についてσ相の大きさを１
０分級に分割して面積分布を求め、画像全体に対するσ
相の面積率を求める。次に、この面積率を前記により予
め作成した図１に示すσ相の面積率とＬＭＰとの関係図
に当てはめてＬＭＰ値を求め、使用温度又は使用時間を
予測する。さらに、得られたＬＭＰ値を、前記により予
め作成した図２に示すＬＭＰと衝撃値低下率の関係図に
当てはめて経年劣化損傷を定量的に測定する。
ＵＳ３２１鋼管について、本発明の方法により経年損傷
を評価する場合には、測定対象である高温状態で使用さ
れた鋼管のミクロ組織（σ相）を写真撮影し、この像を
二値化処理し、処理した画像についてσ相の大きさを１
０分級に分割して面積分布を求め、画像全体に対するσ
相の面積率を求める。次に、この面積率を前記により予
め作成した図１に示すσ相の面積率とＬＭＰとの関係図
に当てはめてＬＭＰ値を求め、使用温度又は使用時間を
予測する。さらに、得られたＬＭＰ値を、前記により予
め作成した図２に示すＬＭＰと衝撃値低下率の関係図に
当てはめて経年劣化損傷を定量的に測定する。
【００１５】なお、本実施例においてはＳＵＳ３２１鋼
への適用について説明したが、その他ＳＵＳ３０４、３
１６、３４７、３１０鋼等のボイラ用オーステナイト系
ステンレス鋼管についても、それぞれの材料についての
図１及び図２に示すものと同様のグラフを作成すること
により適用可能である。
への適用について説明したが、その他ＳＵＳ３０４、３
１６、３４７、３１０鋼等のボイラ用オーステナイト系
ステンレス鋼管についても、それぞれの材料についての
図１及び図２に示すものと同様のグラフを作成すること
により適用可能である。
【００１６】（実施例２）実施例１と同じ材質の実機ボ
イラーチューブ材よりサンプリングし、衝撃値を測定し
たところ１２ｋｇｆ・ｍ／ｃｍ2 であり、これは衝撃値
低下率（新材料を１．０とした割合）０．４８に相当し
た。一方、この材料について前記の手法によりσ相の面
積率を求めたところ０．４１％であった。これに基づい
て図１からＬＭＰを求めると２２．６×１０3 が得ら
れ、さらにこの値を図２に適用して衝撃値低下率を求め
ると０．５１であった。これらの結果からσ相の面積率
から図１及び図２を用いて評価した衝撃値低下率と実測
値とは、よく一致していることがわかる。
イラーチューブ材よりサンプリングし、衝撃値を測定し
たところ１２ｋｇｆ・ｍ／ｃｍ2 であり、これは衝撃値
低下率（新材料を１．０とした割合）０．４８に相当し
た。一方、この材料について前記の手法によりσ相の面
積率を求めたところ０．４１％であった。これに基づい
て図１からＬＭＰを求めると２２．６×１０3 が得ら
れ、さらにこの値を図２に適用して衝撃値低下率を求め
ると０．５１であった。これらの結果からσ相の面積率
から図１及び図２を用いて評価した衝撃値低下率と実測
値とは、よく一致していることがわかる。
【００１７】
【発明の効果】本発明のオーステナイト系ステンレス鋼
材の経年損傷評価法は高温状態で使用されたオーステナ
イト系ステンレス鋼のミクロ組織を写真撮影した後、二
値化処理してσ相の面積率を算出し、これを予め求めた
σ相の面積率とＬＭＰとの関係曲線と照合してＬＭＰを
求め、そのＬＭＰ値を予め求めたＬＭＰと衝撃値低下率
との関係線図に当てはめて対応する衝撃値低下率を求
め、これをもって経年損傷量とするので、従来よりも客
観的かつ高精度の判定ができ、材料の余寿命予測も可能
である。
材の経年損傷評価法は高温状態で使用されたオーステナ
イト系ステンレス鋼のミクロ組織を写真撮影した後、二
値化処理してσ相の面積率を算出し、これを予め求めた
σ相の面積率とＬＭＰとの関係曲線と照合してＬＭＰを
求め、そのＬＭＰ値を予め求めたＬＭＰと衝撃値低下率
との関係線図に当てはめて対応する衝撃値低下率を求
め、これをもって経年損傷量とするので、従来よりも客
観的かつ高精度の判定ができ、材料の余寿命予測も可能
である。
【図１】ＳＵＳ３２１鋼のσ相面積率とＬＭＰとの関係
図。
図。
【図２】ＳＵＳ３２１鋼の衝撃値低下率とＬＭＰとの関
係図。
係図。
【図３】ＳＵＳ３２１鋼におけるミクロ組織の１例を示
す顕微鏡写真。
す顕微鏡写真。
【図４】図３の画像を二値化処理した顕微鏡写真。
Claims (1)
- 【請求項１】 高温状態で長時間使用されたオーステナ
イト系ステンレス鋼材のミクロ組織を写真撮影し、撮影
された画像を二値化処理してσ相の面積率を算出し、こ
の面積率を予め作成したσ相の面積率とラーソン・ミラ
ー・パラメータとの関係を示すグラフに当てはめて相当
するラーソン・ミラー・パラメータを求め、次に予め作
成したラーソン・ミラー・パラメータと材料の衝撃値低
下率との関係を示すグラフから衝撃値低下率を求め、こ
の値により材料の経年損傷の程度を定量的に評価するこ
とを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼材の経年
損傷評価法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9287614A JPH11108921A (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | オーステナイト系ステンレス鋼材の経年損傷評価法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9287614A JPH11108921A (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | オーステナイト系ステンレス鋼材の経年損傷評価法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11108921A true JPH11108921A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17719558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9287614A Withdrawn JPH11108921A (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | オーステナイト系ステンレス鋼材の経年損傷評価法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11108921A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003004549A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-01-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高温部材の温度推定方法 |
| JP2014020821A (ja) * | 2012-07-13 | 2014-02-03 | Fuji Electric Co Ltd | 機械部品の劣化評価方法 |
| CN106323978A (zh) * | 2016-08-23 | 2017-01-11 | 西部金属材料股份有限公司 | 一种核电用奥氏体不锈钢管金相组织的检验方法 |
| JP2018059763A (ja) * | 2016-10-04 | 2018-04-12 | 株式会社Ihi | ステンレス鋼材使用温度推定方法及びステンレス鋼材寿命算出方法 |
| JP6448724B1 (ja) * | 2017-08-10 | 2019-01-09 | 九州電力株式会社 | 余寿命評価方法 |
| JP2019002908A (ja) * | 2017-06-15 | 2019-01-10 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 耐熱部材の検査方法 |
-
1997
- 1997-10-06 JP JP9287614A patent/JPH11108921A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP6448724B1 (ja) * | 2017-08-10 | 2019-01-09 | 九州電力株式会社 | 余寿命評価方法 |
| JP2019035597A (ja) * | 2017-08-10 | 2019-03-07 | 九州電力株式会社 | 余寿命評価方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041207 |