JPS60179628A - 金属部品のクリ−プ寿命決定方法 - Google Patents

金属部品のクリ−プ寿命決定方法

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JPS60179628A
JPS60179628A JP3648184A JP3648184A JPS60179628A JP S60179628 A JPS60179628 A JP S60179628A JP 3648184 A JP3648184 A JP 3648184A JP 3648184 A JP3648184 A JP 3648184A JP S60179628 A JPS60179628 A JP S60179628A
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JP
Japan
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hardness
creep
creep life
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computer
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Pending
Application number
JP3648184A
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English (en)
Inventor
Yoshio Nakayama
義夫 中山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058Kind of property studied
    • G01N2203/0069Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0071Creep

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

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】 〔発明考案の技術分野〕 本発明は、高温下で使用されるタービンブレードなど金
属部品の寿命を決定づ゛るための金属部品のクリープ寿
命決定方法に関する。
〔発明の技術的背頭とその問題点〕
一般に高温で使用されるフェライト系耐熱鋼からなる金
属部品は、長時間使用されることにより材料内部の炭化
物の凝集粗大化現象がおこり部品材料自身の硬度低下が
おこる。このいわゆる経年劣化現象は使用温度が高く使
用時間が長いほど進行する。また作用応力も硬度低T促
進因子として働くため、高温で長時間使用された部品は
、まず応力集中部が寿命となる。
たとえば発電用蒸気タービンの場合、538°C(10
00F)や566℃(1050’F)の蒸気が用いられ
るので、これらの蒸気に直接接触している部品は熱的に
最も厳しい状態におかれる。
しかも3000 rpmとか3600 ppmで高速回
転するタービンロータや、このロータに組み込まれるタ
ービンブレードは、応力集中部をもち、その部分から破
損する危検を有している。これらの部品は高速回転ゆえ
一度破損がおこれば2次的な被害に発展する可能性が大
で最も注意を要するものである。したがって、タービン
は定期的に開放点検するように義務づけられており、通
常4年毎におこなわれる定期検査は、超音波探傷検査、
磁粉探傷検査、染色探傷検査などの非破壊検査に加え硬
度測定も行なわれるのが普通である。
ところで近年発電プラントには老朽化したものがでてき
ており、部品の破損を未然に防止するために定期検査時
の部品硬度から寿命を決定することが望まれている。と
ころがタービンブレードの場合、第1図に示すようにそ
の植込部1がタービンロータホイール2に植込まれ、し
かも矢印でまず蒸気のあたるタービンブレード有効部3
の先端にはテノン4が形成され、タービンブレード数枚
に一括してシュラウド5をかぶせた後にテノン4がかし
められる構造となっているため、定期検査時にタービン
ブレードをタービンロータから抜き取ることができず最
も硬度が低下している応力集中部であるフック部6の硬
度は測定が不可能である。そのためタービンブレードの
寿命の決定は定期検査時にシュラウド5で数枚結合され
ているタービンブレード一群をタービンロータから抜き
取り、材料調査を実施した上で行なっていた。しかしな
がらこの場合一群のタービンブレードはテノン4を壊さ
なければならないので新品交換せざるを得なく、また、
定期検査の日程が延びるので経済的な損失が大きかった
〔発明の目的〕
本発明は前述した従来のものの欠点を解決するためにな
されたもので、定期検査時、タービンブレードを抜き取
ることなく、フック部のような応力集中部のクリープ寿
命を決定することができる金属゛部品のクリープ寿命決
定方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、金属部品のうち直接硬度が測定できずしかも
クリープ寿命の評価が必要な部位の局部応力を予めめて
コンピュータに記憶させるとともに、前記金属部品のう
ち直接硬度が測定できる部位の硬度とそれまで使用され
てきた温度、時間をコンピュータに入力し、直接硬度が
測定できない部位のクリープ寿命を推定するようにした
ものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。
第2図は、フェライト系耐熱鋼からなるタービンブレー
ド材料の硬度をラーソンミラーパラメータを用いて整理
したものである。このラーソンミラーパラメータは熱的
な損傷を表わすパラメータとして用いられるものであり
、通常P=T (20+l0(lt)で表わされる。こ
こにおいて、Tは絶対温度(’K)、tはその温度に曝
された時間(hr)である。第2図において横軸はラー
ソンミラーパラメータ、縦軸は材料のビッカース硬度で
あり、また曲線aは無負荷で500〜620℃の温度範
囲内に長時間加熱したタービンブレード材料の軟化曲線
、曲線すは種々の温度(500〜620℃)および応力
(10〜30に97mm2)条件でクリープ破断したも
のの軟化曲線である。これらの両曲線a、bとも、ラー
ソンミラーパラメータPが大きくなると、すなわち加熱
保持時間が長くなるかクリープ破断時間が長くなる−と
硬度が低下することを示している。また、両曲線a、b
間にある3本の曲線c、d、eは、それぞれ3様の試験
温度および応力条件でクリープ試験を行ない、クリープ
破断に至る前の所定の時間でクリープ試験を中断したい
くつかの試験片の硬度を測定した結果を整理したもので
、クリープ材の軟化曲線である。
さらに、各曲線c、d、eと曲線すとの交点cl 。
d l 、 e / は、それぞれのクリープ試験条件
でのクリープ破断を示している。
このような第2図によれば;熱的な損傷が大きくなると
フェライト系耐熱鋼の硬度は低下し、さらに応力が作用
すると、その軟化傾向が加速されることがわかる。
第3図は、クリープ損傷の程度を示すパラメータとして
φ。なる概念を導入して、第2図のクリープを中断した
材料の軟化曲線上にφ。−0,2゜0.4,0.6,0
.8となる点を示したものである。φ は時間分数を示
すもので /lrと定義される。ここでtrはある試験
温度、応力条件下でのクリープ破断時間、tはこの温度
、応力条件に保持された時間を示す。したがって、φ 
−〇はクリープ損傷が全くないことを意味しており、第
2図の曲線aがこれに相当する。またφ。=1はクリー
プ寿命を完全に消費したことを意味しており、第2図の
曲線すがこれに相当する。クリープ中断材はφ −〇か
らφc−1までの間をクリ−プ損傷を受けつつ材料自体
の硬度を下げながらクリープ損傷度φc=0.2,0.
4.0.6゜0.8の点をそれぞれ通過していく。
これらの点は以下のようにしてめられる。それぞれのク
リープ温度、応力条件で破断する時間trを算出し、0
.2tr、0.4tr、0.6tr、0,8trをラー
ソンミラーパラメータP=T (20+IO(] t 
)のtに代入してP値をめる。このP値とそれぞれのク
リープ中断材の交点がφc=0.2,0.4,0.6,
0.8となる。
第3図はこれを示したものである。
第4図は第3図において同じφ。値となる点を結線した
ものであり、等クリープ損傷線図である。
この第4図によると定期検査時の部品の硬度の測定値(
たて軸)と使用時間、温度から算出されるラーソンミラ
ーパラメータ(よこ軸)の両者を知ることによりその検
査時期における部品のφ。値が判明しクリープ寿命が決
定される。
前述した第2図ないし第4図のグラフによりクリープ寿
命を決定する方法は特開昭57−104837号公報に
より既に知られており、このクリープ寿命決定法は硬度
測定値から直接クリープ寿命が判明することから非常に
有効な手法であるが、直接硬度が測定できる部位の評価
しかできないため、前述したタービンブレードのフック
部6のような応力集中部に対しては評価をすることがで
きない、そこで本発明においてはこのクリープ寿命決定
法をさらに発展させ、タービン植込部1の両側の傾斜部
たるタービンブレード肩部7の硬度を定期検査時に測定
し、フック部6の硬度を推定してクリープ寿命を決定す
るようにした。
通常タービンブレードは、その形状が数種類に分類され
るので、予めそれぞれの形状の′タービンブレードに対
して計算により、フック部6の局部応力σ1をめておく
。?ぎにタービンブレード椙料が応力σ でクリープ破
断するラーソンミラ一パラメータP値をめP とする。
第5図の曲線tはタービンブレード材のクリープ破断曲
線であり、種々の試験温度、応力でクリープ破断試験を
行ない、破断時間を得、その破断時間と試験温度からラ
ーソンミラーパラメータ値P=T(20+logt)を
算出し、この値と試験応力を整理して得た曲線である。
この第5図から特定の局部応力σ におけるタービンブ
レード材のラーソンミラーパラメータ値P1が判明する
。この曲線はクリープ破断の状態をあられしているので
φ。=1の状態である。つぎにラーソンミラーパラメー
タP1値とタービンブレードの使用温度、■を用いてP
 =T、(20+logt )よりPlに対応す1す る破断時間t をめ、0.2t 、0.4t1゜1 0.6t 、0.8t1にそれぞれ対応するP値PO,
2,PO,4” 0.6.PO,8をめる。これらはク
リープ損傷度φ。=0.2,0.4,0゜6.0.8の
状態をあられしている。第4図上で(Pl、φo=1)
、(P o、2.φo’=0.2)、(P o、a、φ
o=0.4)、(P o、e、φC−0゜6)、(Po
、8.φo=0.8)の点をそれぞれめ、これらの点を
結線したものが第6図である。
すなわち第6図における結線7は評価しようとするター
ビンブレードのフック部6の軟化曲線ということになる
つぎに第6図を用いて実際に測定できないタービンブレ
ードのフック部6のクリープ寿命を決定する例を第7図
に示す。まず、タービンブレードの肩部1の硬度を定期
検査時に測定し、ビッカース硬度H1を得る。肩部7の
作用応力は通常無視できるほど小さい値なので長時間使
用されていてもクリープ損傷φ はOである。したがっ
てト11C とφ。=Oの曲線との交点a′が測定した時点での肩部
7の状態である。ところで評価するタービンブレードフ
ック部6は肩部7と使用温度および使用時間が同一であ
るので同じP値となる。したがって点a′から真下に下
ろした線とタービンブレードのフック部7の軟化曲線j
との交点q′に対応するビッカース硬度H2,が測定不
可能なタービンブレードフック部6の硬度推定値で交点
7′の等クリープ寿命曲線図中の位置よりフック部6の
クリープ寿命φ が決定される。この例の場合φC=0
.6である。
このようにしてタービンブレードフック部6のような硬
度を測定できない部位のクリープ寿命φ0を決定するこ
とができるので、タービンブレードの材料のクリープ寿
命度と硬度、湿度、時間の゛関数をコンピュータに記憶
させるとともに、前記フック部6の局部応力σ1をコン
ピュータに記憶させ、他方、フック部6と熱的条件がほ
ぼ同一の肩部7の検査時の硬度とそれまで使用されてき
た温度、時間をコンピュータに入力すれば、直接硬度を
測定できないフック部6のクリープ寿命φ。
をコンピュータの演算により決定することができる。
なお、前述した実施例においてはタービンブレードを用
いて説明したが、他の部品でもその使用材料の軟化傾向
を定量的に把握しておけば他の材料にも適用J−ること
かできる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明に係る金属部品のクリープ
寿命決定方法は、金属部品のうち直接硬度が測定できず
しかもクリープ寿命の評価が必要な部位の局部応力を予
めめてコンピュータに記憶させるとともに、前記金属部
品のうち直接硬度が測定できる部位の硬度とそれまで使
用されてきた温度、時間をコンピュータに入力し、直接
硬度が測定できない部位のクリープ寿命を(W定り゛る
ようにしたので、タービンの定期検査時にタービンブレ
ードを抜き取ることなく測定不可能なフック部の硬度が
測定でき、従来より、より高い精度でクリープ寿命が決
定でき発電用蒸気タービンの運用上、その信頼性向上に
寄与することができるという実用的な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はタービンブレードがタービンロータホイールに
植込まれている部分の一般的な断面図、第2図は長時間
加熱材、クリープ中断材、クリープ破断材の軟化傾向曲
線を示すグラフ、第3図はクリープ中断材の軟化傾向曲
線上にクリープ損傷度をプロットしたグラフ、第4図は
等クリープ−損傷線を示すグラフ、第5図はタービンブ
レード材のクリープ破断曲線を示すグラフ、第6図は等
クリープ損(i線図−上に評価応力が作用したときに考
えられる軟化曲線を示すグラフ、第7図はタービンブレ
ード肩部の硬度からフック部のクリープ寿命を決定する
手順を示すグラフである。 1・・・植込部、2・・・タービンロータホイール、6
・・・フック部、7・・・肩部。 F)l 閃 琵 2 口 2−メシミフーノぐ2〆−/− 汽 3 図 7−7D汐−パ2〆7″ 之−/シミ2−ハロ2メフー+ I′″1 2−/9抄−バ2メー7一 汽6畑 ら7 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 予めめた金属部品のクリープ寿命度と硬度、温度、時間
    の関数をコンピュータに記憶させ、所定検査時に得られ
    る金属部品の硬度とそれまで使用されてきた温度、時間
    をコンピュータに入力することにより金属部品のクリー
    プ寿命を決定するようにした金属部品のクリープ寿命決
    定方法において、前記金属部品のうち直接硬度が測定で
    きずしかもクリープ寿命の評価が必要な部位の局部応力
    を予めめてコンピュータに記憶させるとともに、前記金
    属部品のうち直接硬度が測定できる部位の硬度とそれま
    で使用されてきた温度、時間をコンピュータに入力し、
    直接硬度が測定できない部位のクリープ寿命を推定する
    ようにしたことを特徴とする金属部品のクリープ寿命決
    定方法。
JP3648184A 1984-02-28 1984-02-28 金属部品のクリ−プ寿命決定方法 Pending JPS60179628A (ja)

Priority Applications (1)

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JP3648184A JPS60179628A (ja) 1984-02-28 1984-02-28 金属部品のクリ−プ寿命決定方法

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JP3648184A JPS60179628A (ja) 1984-02-28 1984-02-28 金属部品のクリ−プ寿命決定方法

Publications (1)

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JPS60179628A true JPS60179628A (ja) 1985-09-13

Family

ID=12471007

Family Applications (1)

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JP3648184A Pending JPS60179628A (ja) 1984-02-28 1984-02-28 金属部品のクリ−プ寿命決定方法

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JP (1) JPS60179628A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0205052A2 (en) * 1985-06-14 1986-12-17 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha A method of evaluating the residual life of a turbine rotor by a non destructive procedure
JP2013160580A (ja) * 2012-02-03 2013-08-19 Toshiba Corp 構造物の寿命診断装置、方法及びプログラム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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