JPS63281043A - ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置 - Google Patents
ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置Info
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- JPS63281043A JPS63281043A JP62116572A JP11657287A JPS63281043A JP S63281043 A JPS63281043 A JP S63281043A JP 62116572 A JP62116572 A JP 62116572A JP 11657287 A JP11657287 A JP 11657287A JP S63281043 A JPS63281043 A JP S63281043A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ボイラ、原子力、化学プラントにおける鋼材
の余寿命診断に係り、材質の劣化度合を超音波反射波の
振幅値と関連づけて検出する方法及びその装置に関する
。
の余寿命診断に係り、材質の劣化度合を超音波反射波の
振幅値と関連づけて検出する方法及びその装置に関する
。
高温・高圧環境下で長時間使用される設備で起きる損傷
事故の大半は、材料のクリープによるものである。クリ
ープ損傷は、金属中の析出物や転位など組織の変化に関
連があり、その析出物はレプリカ法などによりｌｌ察で
きる０例えば、ステンレス鋼では、クリープ速度とシグ
マ相といわれる鉄とクロムの金属間化合物の面積率との
相関を、クリープ試験片により事前に求めておき、被検
査材のシグマ相の面積率からそのクリープ速度を求める
方法がある。第５図は、この方法にょる５ＵＳ３２１Ｈ
ＴＢ材の一例であり、残寿命りは（１）式で求められる
。
事故の大半は、材料のクリープによるものである。クリ
ープ損傷は、金属中の析出物や転位など組織の変化に関
連があり、その析出物はレプリカ法などによりｌｌ察で
きる０例えば、ステンレス鋼では、クリープ速度とシグ
マ相といわれる鉄とクロムの金属間化合物の面積率との
相関を、クリープ試験片により事前に求めておき、被検
査材のシグマ相の面積率からそのクリープ速度を求める
方法がある。第５図は、この方法にょる５ＵＳ３２１Ｈ
ＴＢ材の一例であり、残寿命りは（１）式で求められる
。
ｔ：使用時間、Ｓσｔ：使用材のシグマ相面積率（％）
、Ｓσｒ：クリープ破断材のシグマ相面積率（％）、Ｃ
：定数 また、硬さ測定によるクリープ損傷率を確定する方法も
試みられている。電磁気的手段では渦電流試験法、超音
波音速法、超音波減衰法、電気抵抗法、Ｘ線回折法など
数多の方法が試みられ、タービンロータ、ケーシングに
は一部適用されている。
、Ｓσｒ：クリープ破断材のシグマ相面積率（％）、Ｃ
：定数 また、硬さ測定によるクリープ損傷率を確定する方法も
試みられている。電磁気的手段では渦電流試験法、超音
波音速法、超音波減衰法、電気抵抗法、Ｘ線回折法など
数多の方法が試みられ、タービンロータ、ケーシングに
は一部適用されている。
しかしながら、上記のような従来方法では単一手法によ
る評価は困難であり、最終的にはレプリカ法などによる
組織観察が決め手とされているが労力と熟練を要するも
のである６例えば、第６図は５ＵＳ３２１鋼の新材と寿
命限界を超える１２万時間使用材との、超音波透過法で
周波数分析による減衰特性図と金属組織を表わす写真で
あり、第７図は１２万時間使用材の走査透過電子顕微鏡
写真である。新材に比べ、１２万時間使用材は結晶界三
重点にシグマ相が析出し、シグマ相に隣接してシグマ型
のキャビティ即ち亀裂が発生しているため、これらキャ
ビティ部分で超音波の散恥、反射が繰り返され、超音波
は約２９％減衰している。超音波透過法は、超音波減衰
装置とシグマ相の面積率との関係を試験片ベースで事前
に求めておけば、減衰特性からクリープ損傷の程度を推
定することが可能であるが、実機伝熱管の劣化診断にお
いては、探触子の取付方法に制約があり適用できないと
いう欠点があった。
る評価は困難であり、最終的にはレプリカ法などによる
組織観察が決め手とされているが労力と熟練を要するも
のである６例えば、第６図は５ＵＳ３２１鋼の新材と寿
命限界を超える１２万時間使用材との、超音波透過法で
周波数分析による減衰特性図と金属組織を表わす写真で
あり、第７図は１２万時間使用材の走査透過電子顕微鏡
写真である。新材に比べ、１２万時間使用材は結晶界三
重点にシグマ相が析出し、シグマ相に隣接してシグマ型
のキャビティ即ち亀裂が発生しているため、これらキャ
ビティ部分で超音波の散恥、反射が繰り返され、超音波
は約２９％減衰している。超音波透過法は、超音波減衰
装置とシグマ相の面積率との関係を試験片ベースで事前
に求めておけば、減衰特性からクリープ損傷の程度を推
定することが可能であるが、実機伝熱管の劣化診断にお
いては、探触子の取付方法に制約があり適用できないと
いう欠点があった。
従って、本発明はこの点を改善するために、超音波反射
法による実用的なオーステナイト系ステンレス鋼の材質
劣化診断方法及びその装置を提案するものである。
法による実用的なオーステナイト系ステンレス鋼の材質
劣化診断方法及びその装置を提案するものである。
上記問題点は、超音波送受信器により、５０〜７５ＭＨ
ｚの超音波を発する探触子を被検査体表面に当て、入射
した該超音波の反射エコーを受信し、第１反射エコーの
ピークを測定し、所定の基準試験片と比較して、材質の
劣化程度を推定する方法及びまたはその装置により解決
できる。
ｚの超音波を発する探触子を被検査体表面に当て、入射
した該超音波の反射エコーを受信し、第１反射エコーの
ピークを測定し、所定の基準試験片と比較して、材質の
劣化程度を推定する方法及びまたはその装置により解決
できる。
オーステナイト系ステンレス鋼は、結晶粒径が２５〜１
００μｍの範囲にあるので、半波長がそれとほぼ同じ約
３０μｍである５０〜７５ＭＩｋの超音波を発する探触
子を、該ステンレス鋼の新材表面に当て超音波を入射す
ると、顕著な反射エコーが戻ってくる。該ステンレス鋼
は、高温・高圧環境で長時間負荷を受けると、時間と共
に結晶粒界にシグマ相と呼ばれる金属間化合物が析出し
成長して、これらシグマ相に隣接して２〜５μｍのキャ
ビティつまり亀裂が発生して、材質の劣化が進行する。
００μｍの範囲にあるので、半波長がそれとほぼ同じ約
３０μｍである５０〜７５ＭＩｋの超音波を発する探触
子を、該ステンレス鋼の新材表面に当て超音波を入射す
ると、顕著な反射エコーが戻ってくる。該ステンレス鋼
は、高温・高圧環境で長時間負荷を受けると、時間と共
に結晶粒界にシグマ相と呼ばれる金属間化合物が析出し
成長して、これらシグマ相に隣接して２〜５μｍのキャ
ビティつまり亀裂が発生して、材質の劣化が進行する。
このような使用材に、前記５０〜７５ＭＨｚの超音波を
入射すると、結晶粒界の多くのシグマ相及びキャビティ
部分で散乱・反射が繰り返されるので、接触子に戻って
くる反射エコーは、新材の場合より減少する。
入射すると、結晶粒界の多くのシグマ相及びキャビティ
部分で散乱・反射が繰り返されるので、接触子に戻って
くる反射エコーは、新材の場合より減少する。
以下、本発明の実施例を第１図〜第４図により説明する
。第１図で、被検査体１に５０ＭＨｚ広帯域特性を有す
る超音波探触子２をグリセリン等の音響カッブラント即
ち接触媒質を介して密着させ、超音波は１例えば日本パ
ナメトリック入社のウルトラソニック・アナライザ３で
送信し、受信される反射エコーのピーク電圧値をシンク
ロスコープ４で観察する。第２図は、このような超音波
反射法による測定装置により、ＳＵＳ ３２１ステンレ
ス鋼の実機使用材について、使用時間ベースの反射エコ
ー電圧値の変化を求めた結果である。未使用材である基
準試験片は、ボイラの予備パネルに取付けられ高温雰囲
気にさらされてはいるが、圧力はかからない状態にあっ
たもので、使用材は、ボイラ伝熱管として寿命限界を超
す１２万時間使用されたものである。その金属組織は第
６図及び第７図に示すように、結晶粒界にシグマ相が多
数析出しその回りにキャビティが発生している０反射エ
コーのピーク電圧を比較すると、１２万時間使用材は基
準試験片即ち未使用材に比べ１／２に低下し、超音波が
金属内の多くのキャビティ部分で散乱・反射するため透
過しにくいことを示している。第３図は、反射エコーの
第１波形を拡大して示したものである。エコー波形は被
検査体１の中を何回も反射し、受信感度を上げれば第５
〜第８波まで観察される。エコー波形は超音波探触子の
特性に大きく左右され、ダンピングの最もきいた探触子
を用いても４〜５回程度の減衰振動を伴なうものである
。従って、第１波形のピーク電圧値が最も信頼できる情
報を含んでいるので、材質劣化の程度を推定するための
サンプルとしてこの第１波形のピーク電圧値を採用する
。第６図に示すような周波数分析を行なう場合も、この
第１波形の１サイクル分だけ分析している。こうして、
第２図のように基準試験片と実機使用材との超音波反射
エコーの振幅値の関係を事前に求めておけば、材質の劣
化程度の推定が容易にできる。
。第１図で、被検査体１に５０ＭＨｚ広帯域特性を有す
る超音波探触子２をグリセリン等の音響カッブラント即
ち接触媒質を介して密着させ、超音波は１例えば日本パ
ナメトリック入社のウルトラソニック・アナライザ３で
送信し、受信される反射エコーのピーク電圧値をシンク
ロスコープ４で観察する。第２図は、このような超音波
反射法による測定装置により、ＳＵＳ ３２１ステンレ
ス鋼の実機使用材について、使用時間ベースの反射エコ
ー電圧値の変化を求めた結果である。未使用材である基
準試験片は、ボイラの予備パネルに取付けられ高温雰囲
気にさらされてはいるが、圧力はかからない状態にあっ
たもので、使用材は、ボイラ伝熱管として寿命限界を超
す１２万時間使用されたものである。その金属組織は第
６図及び第７図に示すように、結晶粒界にシグマ相が多
数析出しその回りにキャビティが発生している０反射エ
コーのピーク電圧を比較すると、１２万時間使用材は基
準試験片即ち未使用材に比べ１／２に低下し、超音波が
金属内の多くのキャビティ部分で散乱・反射するため透
過しにくいことを示している。第３図は、反射エコーの
第１波形を拡大して示したものである。エコー波形は被
検査体１の中を何回も反射し、受信感度を上げれば第５
〜第８波まで観察される。エコー波形は超音波探触子の
特性に大きく左右され、ダンピングの最もきいた探触子
を用いても４〜５回程度の減衰振動を伴なうものである
。従って、第１波形のピーク電圧値が最も信頼できる情
報を含んでいるので、材質劣化の程度を推定するための
サンプルとしてこの第１波形のピーク電圧値を採用する
。第６図に示すような周波数分析を行なう場合も、この
第１波形の１サイクル分だけ分析している。こうして、
第２図のように基準試験片と実機使用材との超音波反射
エコーの振幅値の関係を事前に求めておけば、材質の劣
化程度の推定が容易にできる。
第４図は、ボイラ伝熱管を水浸式斜角接触子を用いて劣
化診断する装置の実施例である。超音波探触子２は送信
用、２′は受信用で、これらはプローブホルダ６によっ
て固定されている。音響カッブラントには水を用いるた
め、水浸用具５を超音波探触子２，２′の先端に取付は
水道へ接続している。超音波は、超音波ビーム路程８で
示すように伝熱管内面で１回反射し、受信用探触子２′
へ到達する。この１回反射で受信された反射エコーの第
１波形のピーク電圧値をシンクロスコープ４で観察する
。このように、水浸式斜角探触子を用いると、伝熱管の
表面状態の影響を受けずに、かつ管径に応じて超音波の
入射角を任意に変えることができるので、実用的な装置
となる。
化診断する装置の実施例である。超音波探触子２は送信
用、２′は受信用で、これらはプローブホルダ６によっ
て固定されている。音響カッブラントには水を用いるた
め、水浸用具５を超音波探触子２，２′の先端に取付は
水道へ接続している。超音波は、超音波ビーム路程８で
示すように伝熱管内面で１回反射し、受信用探触子２′
へ到達する。この１回反射で受信された反射エコーの第
１波形のピーク電圧値をシンクロスコープ４で観察する
。このように、水浸式斜角探触子を用いると、伝熱管の
表面状態の影響を受けずに、かつ管径に応じて超音波の
入射角を任意に変えることができるので、実用的な装置
となる。
オーステナイト系ステンレス鋼の材質劣化を非破壊的に
検出評価する方法及びその装置において、波長の１７２
が該ステンレス鋼の結晶粒径にほぼ等しい５０〜７５Ｍ
Ｈｚの超音波を発する探触子を用いるものであるから、
該ステンレス鋼の新材に該超音波を入射すると顕著な反
射エコーが戻ってくるが、高温・高圧環境下での使用材
に入射した該超音波は、結晶粒界に析出したシグマ相及
びシグマ相に隣接して発生したキャビティ部分で散乱・
反射され、反射エコーは減少する。この反射エコーは、
該ステンレス鋼の材質劣化が進むにつれて減衰が増える
ので、使用材に該超音波を入射して受信した第１反射エ
コーのピーク電圧の値を、新材の基準試験片の場合と比
較することにより、使用材の材質劣化程度を労力・時間
・熟練を必要とせずに簡単に推定することができる。
検出評価する方法及びその装置において、波長の１７２
が該ステンレス鋼の結晶粒径にほぼ等しい５０〜７５Ｍ
Ｈｚの超音波を発する探触子を用いるものであるから、
該ステンレス鋼の新材に該超音波を入射すると顕著な反
射エコーが戻ってくるが、高温・高圧環境下での使用材
に入射した該超音波は、結晶粒界に析出したシグマ相及
びシグマ相に隣接して発生したキャビティ部分で散乱・
反射され、反射エコーは減少する。この反射エコーは、
該ステンレス鋼の材質劣化が進むにつれて減衰が増える
ので、使用材に該超音波を入射して受信した第１反射エ
コーのピーク電圧の値を、新材の基準試験片の場合と比
較することにより、使用材の材質劣化程度を労力・時間
・熟練を必要とせずに簡単に推定することができる。
第１図は本発明の超音波材質劣化診断方法の概念図、第
２図は本発明の原理を示す新材即ち基準試験片と１２万
時間使用材との超音波反射エコー減衰特性図、第３図は
新材と１２万時間使用材との反射エコー波形図、第４図
は水浸式斜角探触子を用いたボイラ伝熱管の劣化診断装
置の概念図、第５図はシグマ相面積率とクリープ速度と
の関係を示す実測データ図、第６図は超音波周波数分析
法による新材と１２万時間使用材との反射エコー減衰特
性図と金属組織を表わす写真、第７図は１２万時間使用
材の走査透過電子顕微鏡による金属組織を表わす写真、
とを示す。 １・・・被検査体、 ２・・・超音波探触子、３・・
・ウルトラソニックアナライザ。 ４・・・シンクロスコープ。
２図は本発明の原理を示す新材即ち基準試験片と１２万
時間使用材との超音波反射エコー減衰特性図、第３図は
新材と１２万時間使用材との反射エコー波形図、第４図
は水浸式斜角探触子を用いたボイラ伝熱管の劣化診断装
置の概念図、第５図はシグマ相面積率とクリープ速度と
の関係を示す実測データ図、第６図は超音波周波数分析
法による新材と１２万時間使用材との反射エコー減衰特
性図と金属組織を表わす写真、第７図は１２万時間使用
材の走査透過電子顕微鏡による金属組織を表わす写真、
とを示す。 １・・・被検査体、 ２・・・超音波探触子、３・・
・ウルトラソニックアナライザ。 ４・・・シンクロスコープ。
Claims (2)
- （１）オーステナイト系ステンレス鋼の材質劣化を非破
壊的に検出評価する方法において、超音波送受信器によ
り５０〜７０ＭＨｚの超音波を送受信する探触子を、被
検査体表面に当て入射した該超音波の反射エコーを受信
し、第１反射エコーのピークを測定し、所定の基準試験
片と比較して、材質の劣化程度を推定することを特徴と
するステンレス鋼の材質劣化診断方法。 - （２）オーステナイト系ステンレス鋼の材質劣化を非破
壊的に検出評価する装置において、５０〜７５ＭＨｚの
超音波を送受信する探触子と、該探触子を被検査体表面
に当て入射した超音波の第１反射エコーのピーク電圧を
測定する超音波送受信器と、を備えることを特徴とする
ステンレス鋼の材質劣化診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116572A JP2575703B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62116572A JP2575703B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63281043A true JPS63281043A (ja) | 1988-11-17 |
| JP2575703B2 JP2575703B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=14690430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62116572A Expired - Fee Related JP2575703B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | ステンレス鋼の材質劣化診断方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2575703B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104990656A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-10-21 | 广西南南铝加工有限公司 | 一种超声波无损评估铝合金预拉伸板残余应力的方法 |
| CN114324604A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-12 | 吉林省电力科学研究院有限公司 | 一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102044990B1 (ko) * | 2018-04-13 | 2019-11-14 | 주식회사 포스코 | 초음파 탐상 방법 |
-
1987
- 1987-05-13 JP JP62116572A patent/JP2575703B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN104990656A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-10-21 | 广西南南铝加工有限公司 | 一种超声波无损评估铝合金预拉伸板残余应力的方法 |
| CN114324604A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-12 | 吉林省电力科学研究院有限公司 | 一种奥氏体管内显微组织老化的超声检测方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| JP2575703B2 (ja) | 1997-01-29 |
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