JPS6327731A - 金属材料の寿命予知方法 - Google Patents
金属材料の寿命予知方法Info
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- JPS6327731A JPS6327731A JP17104786A JP17104786A JPS6327731A JP S6327731 A JPS6327731 A JP S6327731A JP 17104786 A JP17104786 A JP 17104786A JP 17104786 A JP17104786 A JP 17104786A JP S6327731 A JPS6327731 A JP S6327731A
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Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は金属材料の寿命予知方法に係り、特にボイラや
化学プラントなどに使用される金属材料のように、高温
・高圧下で使用され、クリープ損傷を受ける金属材料を
使用状態のままで余寿命を予知する方法に関するもので
ある。
化学プラントなどに使用される金属材料のように、高温
・高圧下で使用され、クリープ損傷を受ける金属材料を
使用状態のままで余寿命を予知する方法に関するもので
ある。
（従来の技術）
ボイラや化学装置など高温・高圧下で使用される機器の
材料は、長時間使用する間にクリープ１員傷を受け、材
料劣化することは良（知られた事実である。このような
材質劣化は、メタル温度、作用応力および使用時間によ
って支配されるものであり、火力発電用ボイラではこれ
らの因子を考慮し、通常１０万時間（連続運転で約１２
年）の寿命を有するように使用材料の材質および寸法形
状を決めている。しかし、このようなボイラにおいて設
計寿命以下の致方時間で材料が破損する事故がしばしば
発生している。また最近では設計寿命である１０万時間
を越えた発電プラントが増加してきており、さらに中間
負荷運転や毎日起動停止を行なうなど使用条件が苛酷に
なってきている。
材料は、長時間使用する間にクリープ１員傷を受け、材
料劣化することは良（知られた事実である。このような
材質劣化は、メタル温度、作用応力および使用時間によ
って支配されるものであり、火力発電用ボイラではこれ
らの因子を考慮し、通常１０万時間（連続運転で約１２
年）の寿命を有するように使用材料の材質および寸法形
状を決めている。しかし、このようなボイラにおいて設
計寿命以下の致方時間で材料が破損する事故がしばしば
発生している。また最近では設計寿命である１０万時間
を越えた発電プラントが増加してきており、さらに中間
負荷運転や毎日起動停止を行なうなど使用条件が苛酷に
なってきている。
このようなことから材料の余寿命を的確に予測し、補修
、取り換え時期を決定できる技術を確立することが必要
不可欠となってきている。
、取り換え時期を決定できる技術を確立することが必要
不可欠となってきている。
（発明が解決しようとする問題点）
クリープ損傷量を予測するために種々の方法があるが、
使用中のボイラ管群から抜管してクリープ試験をするの
が最も確実である。
使用中のボイラ管群から抜管してクリープ試験をするの
が最も確実である。
ボイラや化学プラントなどの実際に稼動している機器か
ら試験片を採取してクリープ試験を行なうことは多くの
問題がある。すなわち、試験片を加工できるに足る大き
さの部材を、稼動中の機器から切り取ることは、小径の
伝熱管などについては可能であるが、ボイラ用過熱管な
どの管寄せ（ヘッダ）のように直径が大きく、しかも厚
肉管では、試験片の切り出しとその後の補修が非常に困
雑であり、通用することは事実上不可能である。
ら試験片を採取してクリープ試験を行なうことは多くの
問題がある。すなわち、試験片を加工できるに足る大き
さの部材を、稼動中の機器から切り取ることは、小径の
伝熱管などについては可能であるが、ボイラ用過熱管な
どの管寄せ（ヘッダ）のように直径が大きく、しかも厚
肉管では、試験片の切り出しとその後の補修が非常に困
雑であり、通用することは事実上不可能である。
しかも、クリープ試験は数千時間にわたって行なう試験
であり、コストと時間がかかるという問題があった。
であり、コストと時間がかかるという問題があった。
本発明の目的は、ボイラ用ヘッダ等の被測定機器材料を
機器から切り取ることなく、そのままの状態で機器を構
成する金属材料の寿命を短時間で予知する方法を提供す
ることにある。
機器から切り取ることなく、そのままの状態で機器を構
成する金属材料の寿命を短時間で予知する方法を提供す
ることにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明者らは、上記目的を達成するために、試験片が破
断するまで実験を行なうことなく、短期間で余寿命を予
知できる方法について検討した。
断するまで実験を行なうことなく、短期間で余寿命を予
知できる方法について検討した。
第４図はクリープ損傷を受けていない正常材についてク
リープ試験を行ない、定常クリープ速度と破断時間の関
係を求めたものであるが、定常クリープ速度の増加に伴
い破断時間が短くなっていることが分かる。なお、この
関係は材質に依存しないことが知られている。
リープ試験を行ない、定常クリープ速度と破断時間の関
係を求めたものであるが、定常クリープ速度の増加に伴
い破断時間が短くなっていることが分かる。なお、この
関係は材質に依存しないことが知られている。
第４図の関係が、ボイラ等で使用中であってクリープ損
傷を受けている材料について成り立つか検討したところ
、損傷を受けてクリープ破断寿命が短くなった材料は、
定常クリープ速度が速くなり、第４図の関係が成り立つ
ことを確かめた。第５図に損傷率φＣと定常クリープ速
度の関係の一例を示すが、良好な相関関係にあり、定常
クリープ速度から寿命の推定が可能であることがわかる
。
傷を受けている材料について成り立つか検討したところ
、損傷を受けてクリープ破断寿命が短くなった材料は、
定常クリープ速度が速くなり、第４図の関係が成り立つ
ことを確かめた。第５図に損傷率φＣと定常クリープ速
度の関係の一例を示すが、良好な相関関係にあり、定常
クリープ速度から寿命の推定が可能であることがわかる
。
なおここで定常クリープ速度とは、材料に引張り力など
の荷重をかけてクリープ変位を与えた場合、変位量と、
荷重をかけている時間の関係が一定の比例関係にあると
きの、クリープ変位速度のことをいう。
の荷重をかけてクリープ変位を与えた場合、変位量と、
荷重をかけている時間の関係が一定の比例関係にあると
きの、クリープ変位速度のことをいう。
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、被測
定金属材料を加熱装置により所定温度に加熱し、先端の
尖った圧子を負荷装置により所定の押し付け力で上記金
属材料に押し付け、圧子の金属材料への圧入の定常圧入
速度を求め、予め求めておいたクリープ損傷率と定常圧
入速度の関係を参照して、前記被測定金属材料の寿命を
予知することを特徴とする。典型的には、本発明は、被
測定物を所定温度に加熱し、ダイヤモンドなどの先端の
尖った圧子を被測定物に所定の押し付け力で押し付け、
圧子が被測定物に侵入する深さく変位量）の、押し付け
時間に対する変化速度（正大変位速度）を求め、あらか
じめ求めておいた変位速度とクリープ損傷率の関係から
、被測定物材料の余寿命を求めるものである。
定金属材料を加熱装置により所定温度に加熱し、先端の
尖った圧子を負荷装置により所定の押し付け力で上記金
属材料に押し付け、圧子の金属材料への圧入の定常圧入
速度を求め、予め求めておいたクリープ損傷率と定常圧
入速度の関係を参照して、前記被測定金属材料の寿命を
予知することを特徴とする。典型的には、本発明は、被
測定物を所定温度に加熱し、ダイヤモンドなどの先端の
尖った圧子を被測定物に所定の押し付け力で押し付け、
圧子が被測定物に侵入する深さく変位量）の、押し付け
時間に対する変化速度（正大変位速度）を求め、あらか
じめ求めておいた変位速度とクリープ損傷率の関係から
、被測定物材料の余寿命を求めるものである。
（実施例）
第１図は本発明になる金属材料の寿命予知方法を説明す
るだめのブロック図である。寿命予知装置は、金属材料
からなる被測定物６に圧接する圧子１と、該圧子ｌと被
測定物を加熱する装置２と、圧子１を被測定物６に押し
つける負荷装置３と、圧子１の経時的な変位を測定する
変位測定装置４と、これらの機器を制御するコンピュー
タ５とから構成される。
るだめのブロック図である。寿命予知装置は、金属材料
からなる被測定物６に圧接する圧子１と、該圧子ｌと被
測定物を加熱する装置２と、圧子１を被測定物６に押し
つける負荷装置３と、圧子１の経時的な変位を測定する
変位測定装置４と、これらの機器を制御するコンピュー
タ５とから構成される。
圧子１は、ダイヤモンド製であり、例えば通常のビッカ
ース硬さ試験機と同一の四角錐形状のものが用いられる
。加熱装置２は被測定物６と圧子１の部分を加熱できれ
ばよく、温度測定とそれに基づく温度制御により、所定
温度に保持できるようになっている。温度はクリープ現
象の起こる温度域でかつ変態しない温度であれば良く、
通常５００〜８００℃である。圧子１も加熱するのは、
測定中に圧子１の影響による被測定物６の温度低下を防
止するためである。ボイラや化学プラントなどの実際の
機器に適用する場合は、リボンヒータ、高周波加熱、レ
ーザ等各種の加熱手段が使用できる。圧子１を押し付け
る負荷装置３は公知のバネ式負荷機構または油圧機構な
どにより、測定中は常に一定荷重を圧子１に負荷できる
ようになっている。変位測定装置４は、圧子１の変位を
自動的に測定できるものであればよく、作動トランスな
どが使用される。加熱装置からの温度、負荷装置からの
荷重、変位測定装置からの変位はコンピュータ５に記憶
され、時間経過に伴う変位量から自動的に変位速度を計
算し、あらかじめインプットされている変位速度とクリ
ープ損傷率の関係から被測定物の寿命が算出される。
ース硬さ試験機と同一の四角錐形状のものが用いられる
。加熱装置２は被測定物６と圧子１の部分を加熱できれ
ばよく、温度測定とそれに基づく温度制御により、所定
温度に保持できるようになっている。温度はクリープ現
象の起こる温度域でかつ変態しない温度であれば良く、
通常５００〜８００℃である。圧子１も加熱するのは、
測定中に圧子１の影響による被測定物６の温度低下を防
止するためである。ボイラや化学プラントなどの実際の
機器に適用する場合は、リボンヒータ、高周波加熱、レ
ーザ等各種の加熱手段が使用できる。圧子１を押し付け
る負荷装置３は公知のバネ式負荷機構または油圧機構な
どにより、測定中は常に一定荷重を圧子１に負荷できる
ようになっている。変位測定装置４は、圧子１の変位を
自動的に測定できるものであればよく、作動トランスな
どが使用される。加熱装置からの温度、負荷装置からの
荷重、変位測定装置からの変位はコンピュータ５に記憶
され、時間経過に伴う変位量から自動的に変位速度を計
算し、あらかじめインプットされている変位速度とクリ
ープ損傷率の関係から被測定物の寿命が算出される。
この装置を用い２ ’Ａ Ｃｒ −Ｉ Ｍ ｏ ｍの未
使用材およびクリープ損傷材の試験を行なった。試験温
度６００℃、荷重１ｋｇで試験した。第２図はこの未使
用材の試験時間と変位の関係を示した図であるが、５〜
１０分後には傾きが一定となり、定常クリープ状態とな
ることがわかる。そこで１０分から３０分までの変位の
変化から変位速度を算出し、クリープ損傷量との関係を
求めた。その結果を第３図に示す。クリープ損傷量の増
加とともに変位速度が大きくなっており、変位速度が分
かれば寿命が推定できる。
使用材およびクリープ損傷材の試験を行なった。試験温
度６００℃、荷重１ｋｇで試験した。第２図はこの未使
用材の試験時間と変位の関係を示した図であるが、５〜
１０分後には傾きが一定となり、定常クリープ状態とな
ることがわかる。そこで１０分から３０分までの変位の
変化から変位速度を算出し、クリープ損傷量との関係を
求めた。その結果を第３図に示す。クリープ損傷量の増
加とともに変位速度が大きくなっており、変位速度が分
かれば寿命が推定できる。
ここでは２％Ｃｒ−ｌＭｏ、５００ ”Ｃのデータを示
したが、この他に種々の温度、種々の鋼種で試験した。
したが、この他に種々の温度、種々の鋼種で試験した。
その結果、温度の影響は若干あるものの、鋼種の影響は
ほとんどなく、温度が一定であれば１本のマスクカーブ
が利用できることが分かった。
ほとんどなく、温度が一定であれば１本のマスクカーブ
が利用できることが分かった。
本方法を実機に適用する場合、被測定物に与える圧こん
の深さは高々３０μｍ（０，０３ｍｍ）であり、測定後
の使用に問題はない。また、このように微小な領域での
試験であるため、実機から採取した数ｍｍの大きさのミ
ニチュアサンプルでも試験できる。
の深さは高々３０μｍ（０，０３ｍｍ）であり、測定後
の使用に問題はない。また、このように微小な領域での
試験であるため、実機から採取した数ｍｍの大きさのミ
ニチュアサンプルでも試験できる。
前記実施例では変位測定装置を用い、変位速度を測定し
たが、変位測定装置の代わりに圧こんの大きさを自動的
に読み取る装置を用いることも可能である。この場合は
連続的な測定はできず、ある決まった時間ごとに圧子１
を引き上げ、圧こんの大きさを測定することになる。こ
のような装置を用いた場合は、圧こんの大きさくりょう
線の長さ）は前記変位量の約７倍となるため値が太き（
なり、精度が向上する。
たが、変位測定装置の代わりに圧こんの大きさを自動的
に読み取る装置を用いることも可能である。この場合は
連続的な測定はできず、ある決まった時間ごとに圧子１
を引き上げ、圧こんの大きさを測定することになる。こ
のような装置を用いた場合は、圧こんの大きさくりょう
線の長さ）は前記変位量の約７倍となるため値が太き（
なり、精度が向上する。
本発明においては、硬さ試験用のダイヤモンド圧子のか
わりに円錐状で先端の角度が小さい圧子を使用すること
も可能である。先端の角度は９０〜１２０°程度が好ま
しい。先端の角度が小さくなりすぎると被測定物への進
入深さが大きくなり、被測定物の今後の使用に支障がで
る恐れがある。
わりに円錐状で先端の角度が小さい圧子を使用すること
も可能である。先端の角度は９０〜１２０°程度が好ま
しい。先端の角度が小さくなりすぎると被測定物への進
入深さが大きくなり、被測定物の今後の使用に支障がで
る恐れがある。
このような圧子を用いれば、先端角度が小さいためにク
リープ現象による進入深さが大きくなり、精度が向上す
る。
リープ現象による進入深さが大きくなり、精度が向上す
る。
（発明の効果）
本発明によれば、３０分程度の比較的短時間で材料の寿
命推定可能になる。また、被測定物に圧こんを残すが、
その圧こんの深さは高々３０μｍ程度であり、はとんど
非破壊的に検査することができる。さらに材質による差
はほとんど見られず、あらかじめ実験したマスクカーブ
が１本あるだけで寿命の推定が可能である。以上のよう
に本発明の金属材料の寿命予知法の工業的価値は非常に
大きい。
命推定可能になる。また、被測定物に圧こんを残すが、
その圧こんの深さは高々３０μｍ程度であり、はとんど
非破壊的に検査することができる。さらに材質による差
はほとんど見られず、あらかじめ実験したマスクカーブ
が１本あるだけで寿命の推定が可能である。以上のよう
に本発明の金属材料の寿命予知法の工業的価値は非常に
大きい。
第１図は本発明になる金属材料の余寿命予知方法を説明
するためのブロック線図、第２図は、第１図の装置を用
い２ ’Ａ Ｃｒ Ｉ Ｍ ｏ 鋼の未使用材を６０
０°Ｃ１荷重１ｋｇで試験した時の時間と圧子の変位と
の関係図、第３図は、第２図から求めた変位速度とクリ
ープ損傷率の関係を示す図、第４図は、定常クリープ速
度と破断時間の関係を示す図、第５図は、損傷率と定常
クリープ速度の関係を示す図である。 １・・・圧子、２・・・加熱装置、３・・・負荷装置、
４・・・変位測定装置、５・・・コンピュータ、６・・
・被測定物。 代理人 弁理士 川 北 武 長 第１図 第２図 時 間（ｍｉｎ）
するためのブロック線図、第２図は、第１図の装置を用
い２ ’Ａ Ｃｒ Ｉ Ｍ ｏ 鋼の未使用材を６０
０°Ｃ１荷重１ｋｇで試験した時の時間と圧子の変位と
の関係図、第３図は、第２図から求めた変位速度とクリ
ープ損傷率の関係を示す図、第４図は、定常クリープ速
度と破断時間の関係を示す図、第５図は、損傷率と定常
クリープ速度の関係を示す図である。 １・・・圧子、２・・・加熱装置、３・・・負荷装置、
４・・・変位測定装置、５・・・コンピュータ、６・・
・被測定物。 代理人 弁理士 川 北 武 長 第１図 第２図 時 間（ｍｉｎ）
Claims (1)
- （１）被測定金属材料を加熱装置により所定温度に加熱
し、先端の尖った圧子を負荷装置により所定の押し付け
力で上記金属材料に押し付け、圧子の金属材料への圧入
の定常圧入速度を求め、予め求めておいたクリープ損傷
率と定常圧入速度の関係を参照して、前記被測定金属材
料の寿命を予知することを特徴とする金属材料の寿命予
知方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17104786A JPS6327731A (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | 金属材料の寿命予知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17104786A JPS6327731A (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | 金属材料の寿命予知方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6327731A true JPS6327731A (ja) | 1988-02-05 |
Family
ID=15916096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17104786A Pending JPS6327731A (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | 金属材料の寿命予知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6327731A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013512545A (ja) * | 2009-11-27 | 2013-04-11 | ハイジトロン，インク． | ミクロ電気機械ヒータ |
| US8701854B2 (en) | 2005-08-04 | 2014-04-22 | Borgwarner Inc. | Friction plates and various methods of manufacture thereof |
| JP2014178253A (ja) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高温機械用部品の余寿命評価方法 |
| JP2016099132A (ja) * | 2014-11-18 | 2016-05-30 | 株式会社東芝 | 構造物の寿命診断方法及び構造物の寿命診断装置 |
| KR102601730B1 (ko) * | 2022-09-28 | 2023-11-10 | 박웅비 | 유리유골함 |
-
1986
- 1986-07-21 JP JP17104786A patent/JPS6327731A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8701854B2 (en) | 2005-08-04 | 2014-04-22 | Borgwarner Inc. | Friction plates and various methods of manufacture thereof |
| JP2013512545A (ja) * | 2009-11-27 | 2013-04-11 | ハイジトロン，インク． | ミクロ電気機械ヒータ |
| JP2016029662A (ja) * | 2009-11-27 | 2016-03-03 | ハイジトロン, インク.Hysitron, Inc. | ミクロ電気機械ヒータ |
| JP2014178253A (ja) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高温機械用部品の余寿命評価方法 |
| JP2016099132A (ja) * | 2014-11-18 | 2016-05-30 | 株式会社東芝 | 構造物の寿命診断方法及び構造物の寿命診断装置 |
| KR102601730B1 (ko) * | 2022-09-28 | 2023-11-10 | 박웅비 | 유리유골함 |
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