WO2016051558A1 - 高クロム鋼管の余寿命を推定する余寿命推定方法 - Google Patents

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西田　秀高
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Definitions

  • the present invention relates to a remaining life estimation method for estimating the remaining life of a high chromium steel pipe that circulates a high-temperature and high-pressure fluid (for example, power steam) used in a boiler or the like.
  • a high-temperature and high-pressure fluid for example, power steam
  • Steam pipes are used in power plant boilers and steam turbines.
  • high-temperature and high-pressure steam having a temperature of 280 ° C. or higher and a pressure of 6 Mpa or higher is used as the power steam flowing in the steam pipe.
  • steam having higher temperature and pressure tends to be used to improve power generation efficiency.
  • piping for high-temperature and high-pressure fluid such as steam piping is exposed to high temperature and pressure for a long time, it is subject to creep fatigue due to thermal stress.
  • high chrome steel such as 9 chrome steel and 12 chrome steel (chromium molybdenum steel having a higher chromium content than a general one) is preferably used for the piping.
  • the pipe is integrated by bending a plate-shaped base member made of high chromium steel into a circular shape and welding the base members together.
  • a high chromium steel weld is difficult to cause cracks and other damage until the end of its life, and it is difficult to estimate the remaining life.
  • the remaining life is diagnosed (estimated) using creep elongation and creep strain. Further, in the method described in Patent Document 2, the constant in the Monk Mungrant method is obtained using a steel pipe sample simulating a high chromium steel pipe.
  • the remaining life evaluation by the Monk Mungrant method enables early diagnosis of remaining life. And since the method described in patent document 2 has calculated
  • the constant value is extremely important in the remaining life evaluation by the Monkuman Grant method.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to accurately determine the value of a constant used in the Monkuman Grant method.
  • the present invention is a remaining life estimation method for estimating the remaining life of a high chromium steel pipe that is integrated by welding base members made of high chromium steel and in which a high temperature and high pressure fluid flows.
  • a sensor attached to the base member on both sides sandwiching the welding material on the outer surface by measuring the distance between two points on the outer surface, a strain measuring step for measuring strain on the steel pipe surface, From the strain information recording step of recording the strain information indicating the strain on the tube surface a plurality of times in association with the time information indicating the measurement time point, a plurality of sets of the strain information and the time information, and the constant, the high chromium steel pipe And a remaining life estimating step of estimating the remaining life of the first and second lifespans.
  • the constants used in the Monkuman Grant method are obtained from the uniaxial fracture ductility using the first coefficient to the third coefficient. Can do.
  • a pedestal joined to one of the base members sandwiching the welding material, a reflector joined to the other base member, and detachable from the pedestal The distance between two points on the outer surface of the high chromium steel pipe can be measured using a laser displacement meter attached and irradiating a laser beam toward the reflecting plate and receiving reflected light from the reflecting plate. preferable. In this method, it is possible to realize measurement with high accuracy using a laser displacement meter.
  • the remaining life estimation method in the remaining life estimation step, the remaining life of the high chromium steel pipe is estimated from a plurality of sets of the strain information, the time information, and the constant, and the estimated remaining life is at the end of life.
  • the end of life is estimated by the Monkuman Grant method
  • the remaining life is calculated by the ⁇ method, so that the remaining life estimation accuracy at the end of life can be improved.
  • this remaining life estimation method first, in a creep acceleration test (S1), measurement is performed with a sample of a high chromium steel pipe (described later). That is, the sample is exposed to the test environment at the test temperature and the test pressure, and heating and pressurization of the sample are stopped every time a specified time elapses, and strain and creep voids are measured. And the constant, L parameter, etc. which are used with the Monkuman Grant method are acquired from the obtained measured value. Therefore, this creep acceleration test corresponds to a constant acquisition step.
  • the pedestal and the reflector are attached to the high chromium steel pipe to be measured.
  • this pedestal is for detachably attaching the laser displacement meter.
  • the reflector is for reflecting the laser beam emitted from the laser displacement meter toward the laser displacement meter.
  • step S5a the distance of a predetermined section in the high chromium steel pipe at the regular inspection time is measured by a laser displacement meter attached to the pedestal. The measured distance information is recorded together with the measurement date information. The distance measured in this step represents the strain in the high chromium steel pipe. For this reason, the strain acquisition step of step S5a corresponds to the strain measurement step and strain information recording step according to the present invention.
  • the void measurement step of step S5b creep voids formed near the welded portion of the high chromium steel pipe are measured. The measurement results (creep void position, area, number, etc.) are recorded together with time information.
  • step S5c the ultrasonic inspection by the phased array ultrasonic inspection device is performed on the boundary portion between the base member and the welding material in the high chromium steel pipe. And the measurement results (height, length, position, etc. of the scratch) are recorded together with the time information.
  • the remaining life estimation step (S6) first, the remaining life of the high chromium steel pipe is estimated in accordance with the Monkuman Grant method. In that case, the constant acquired by the creep promotion test of step S1, and a plurality of sets of strain information and time information are used.
  • the remaining life estimated in accordance with the Monk Mungrant method indicates the end of life of the high chromium steel pipe
  • the remaining life estimation based on the ⁇ method is performed. That is, strain-strain rate data (see FIG. 6) in which strain and strain rate are associated is used, and the remaining life is calculated by the ⁇ method.
  • the remaining life estimated by the Monkuman Grant method does not indicate the end of life of the high chromium steel pipe, the L parameter, the void number density, and the information on the flaws were obtained by applying to the master curve.
  • the remaining life is estimated based on the ⁇ method.
  • the remaining life estimated in the remaining life estimation step is notified. For example, it is displayed on a display of a computer system or printed on paper.
  • the remaining life after the correction is notified together with information (message or the like) indicating the end of life.
  • step S4 If it is determined in step S4 that it is not the periodic inspection time, or if the remaining life is notified in step S7, it is determined whether or not the replacement time of the high chromium steel pipe has arrived (S8), and the replacement time. Has arrived, the high chromium steel pipe is replaced with a new one in the replacement step (S9). Thereafter, in step S2, the processes after the pedestal mounting process are repeatedly performed. On the other hand, if the replacement time has not come, a determination is made in step S4 as to whether the periodic inspection time has come.
  • a sample of high chromium steel pipe is used. This sample is used for circulation of high-temperature and high-pressure steam in a power generation facility, cut out from the replaced steam pipe, and the use time until replacement is known. Then, as shown in FIGS. 2A and 2B, the sample 1 is cut out so that the base member 3 is located on both sides of the welding material 2. That is, the base member 3 is cut out so that the portion of the base member 3 has a substantially rectangular shape in plan view, and the welding material 2 and the heat affected zone 4 have a prismatic shape. Further, metal support portions 5 are welded to the edge portions of the respective base members 3 on the side opposite to the welding material 2. 2A and 2B, a member denoted by reference numeral 6 is a welding material for welding the support portion 5 and the base member 3.
  • a base 7 is welded to the surface of the base member 3 on one side with the welding material 2 interposed therebetween, and a reflector 8 is welded to the surface of the base member 3 on the other side.
  • the pedestal 7 is for detachably attaching the laser displacement meter 9 and is made of the same metal material as the pedestal 17 welded to the target high chromium steel in the pedestal attachment step (S2) and has the same shape. It is said that.
  • the reflection plate 8 is a metal plate material for reflecting the laser beam LX emitted from the laser displacement meter 9 toward the laser displacement meter 9.
  • the reflecting plate 8 is also made of the same metal material as the reflecting plate 18 to be welded in the pedestal mounting step and has the same shape.
  • the distance W between the pedestal 7 (laser displacement meter 9) and the reflecting plate 8 is set to a specified value, and is set to the same value in the pedestal mounting step described later.
  • the measurement at the start of the acceleration test is performed.
  • a laser displacement meter 9 is attached to the pedestal 7, and the distance is measured for a predetermined section up to the reflecting plate 8.
  • the sample 1 is also measured for creep voids and scratches generated inside.
  • the creep void is measured by, for example, collecting a replica on the outer surface of the sample 1 and observing the replica with a microscope.
  • the sample 1 is heated and pressurized.
  • a sample is arrange
  • the sample 1 is heated and pressurized again. Also here, the sample 1 in a state where a tensile force of a predetermined stress is applied is placed in the furnace, and then the inside of the furnace is adjusted to a predetermined temperature. If the specified time is maintained in this state, the second halfway stop is performed, and the measurement value at the time of the second halfway stop is recorded together with the elapsed time information as in the first time. Thereafter, heating, pressurization, and measurement on the sample 1 are repeatedly performed until the sample 1 is broken. As a result, the measured value at the third and subsequent breaks is recorded.
  • a constant used in the Monkuman Grant method that is, a constant indicating the product of the strain rate and the break time is calculated. As shown in Expression (1), this constant is calculated using the uniaxial fracture ductility and the first to third coefficients.
  • Constant X uniaxial fracture ductility CR x first factor x second factor x third factor (1)
  • the uniaxial fracture ductility is obtained by measurement in a creep acceleration test.
  • the first coefficient is a coefficient for converting a uniaxial fracture ductility into a multiaxial fracture ductility.
  • the second coefficient is a coefficient for correcting the consumption life of the sample 1.
  • the third coefficient is a coefficient for correcting the measured pressure to the evaluation pressure.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the creep life consumption rate (t / tr) and the strain in the creep acceleration test, in which the horizontal axis indicates the creep life consumption rate of sample 1 and the vertical axis indicates the strain. Show.
  • the creep life consumption rate is 0 at the start of the accelerated test and 1 at the break.
  • the strain is calculated based on the distance at the start of the accelerated test.
  • a set of strain and creep life consumption rate is linearly approximated, and CR [%] is obtained as the fracture ductility.
  • the first coefficient is a coefficient for converting the uniaxial fracture ductility into the multiaxial fracture ductility as described above. This first coefficient is calculated based on the Mises equivalent stress and the hydrostatic pressure stress, for example, 0.5.
  • the second coefficient is a coefficient for correcting the consumption life of the sample 1 as described above.
  • This second coefficient is determined on the basis of the actual use time in which the high chromium steel pipe used as the basis of Sample 1 was actually used and the test time (time from the start of the test to breakage) in this accelerated test.
  • the third coefficient is a coefficient for correcting the measured pressure to the evaluation pressure as described above. This third coefficient is calculated from the relationship between the test stress and the limit strain.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the test stress and the limit strain.
  • the horizontal axis represents test stress [MPa]
  • the horizontal axis represents critical strain [%].
  • Each point indicated by the upward triangle symbol is a measurement point of 9Cr steel, and each point indicated by a downward triangle symbol is a measurement point of 12Cr steel.
  • FIG. 5 is an example of the relationship (master curve) between the product of the usage time and the creep strain rate (t ⁇ ⁇ ′ min ) and the creep life consumption rate (t / tr).
  • the product (t ⁇ ⁇ ′ min ) of the use time and the creep strain rate when the creep life consumption rate is 1 corresponds to the constant X.
  • the ⁇ method is a law that the product of the slope ( ⁇ ) of the creep strain rate, the creep strain rate, and the remaining life is always constant (constant). For this reason, by using two or more sets of creep strain rate information, the constant of the ⁇ method can be deleted and the remaining life can be estimated.
  • the slope of the creep strain rate with respect to the strain is used. For this reason, as shown in FIG. 6, the horizontal axis represents the strain, the vertical axis represents the creep strain rate, and the plot is obtained to obtain the inclination.
  • a master curve of L parameter (void connection density parameter) and void number density is also created based on the information of the creep void obtained by measurement.
  • a master curve of the flaw height (depth) is also created based on the flaw information obtained by the measurement.
  • the pedestal mounting step (S2) will be described.
  • the pedestal 17 and the reflector 18 are joined to the high chromium steel pipe 11 to be measured.
  • This pedestal 17 is for detachably attaching the laser displacement meter 9 as described in the creep promotion test in step S1.
  • the reflection plate 18 is a metal plate material for reflecting the laser beam LX irradiated from the laser displacement meter 9 toward the laser displacement meter 9.
  • the base 17 is joined by welding to one base member 13 sandwiching the welding material 12, as shown in FIG.
  • the reflector 18 is joined to the other base member 3 sandwiching the welding material 2 by welding. That is, the reflection plate 18 and the laser displacement meter 9 attached to the pedestal 17 are attached to the base members 13 and 13 on both sides of the welding material 12. At that time, the distance W of the predetermined section between the laser displacement meter 9 and the reflecting plate 18 is made equal to the distance W of the predetermined section in the sample 1.
  • the remaining life estimation step (S6) the remaining life of the high chromium steel pipe 11 is estimated in accordance with the Monkuman Grant method. In addition, the remaining lifetime based on the L parameter, the void number density, and the information on the scratches is also estimated. When at least one of the remaining lives estimated by the respective methods indicates the end of life of the high chromium steel pipe 11, the remaining life estimation based on the ⁇ method is performed.
  • the remaining life is notified in the notification step (S7). Based on the notified remaining life, the replacement time of the high chromium steel pipe 11 is determined (S8). If it is the replacement time, the high chromium steel pipe 11 is replaced with a new one in the replacement step (S9).
  • the first coefficient for converting to multiaxial fracture ductility, the second coefficient for correcting the consumption life of the sample 1, and the third coefficient for correcting the measurement pressure to the evaluation pressure are multiplied.
  • the constant X indicating the product of the strain rate and the rupture time in the Monkuman Grant method is obtained, the constant X can be determined with high accuracy.
  • step S5 the bases 7 and 17 joined to the base members 3 and 13 sandwiching the welding materials 2 and 12, and the other The reflectors 8 and 18 joined to the base members 3 and 13 and the pedestals 7 and 17 are detachably attached.
  • the laser beams LX are radiated toward the reflectors 8 and 18, and the reflectors 8 and 18 Since the distance between two points on the outer surface of the sample 1 and the high chromium steel pipe 11 is measured using the laser displacement meter 9 that receives the reflected light, the measurement with high accuracy by the laser displacement meter 9 can be realized.
  • the remaining life of the high chromium steel pipe 11 is estimated from a plurality of sets of strain information and time information and a constant, and when the estimated remaining life is a period corresponding to the end of life, Since the remaining life is calculated by the ⁇ method using strain-strain rate data in which strain and strain rate are associated with each other from multiple sets of strain information and time information, the estimation accuracy of the remaining life at the end of life is improved. Can do.
  • the steam for power is exemplified in the above-described embodiment, but the present invention can be similarly applied to any high-chromium steel pipe through which a fluid having a temperature and pressure equivalent to that of power steam is circulated.
  • the laser displacement meter 9 has been exemplified in the above-described embodiment, but other apparatuses may be used as long as the surface strain can be measured.
  • a resistance type strain sensor or a capacitance type strain sensor may be used.
  • the sensor is attached to the base member 13 on both sides sandwiching the welding material 12.

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Abstract

　本発明の目的は、高温高圧流体を流通させる高クロム鋼管の余寿命を推定するに際し、モンクマングラント法で用いる定数の値を精度良く定めることにある。　本発明に係る余寿命推定方法では、特に、高クロム鋼管のサンプルから取得された単軸での破断延性に対し、多軸での破断延性に変換するための第１係数と、サンプルの消費寿命を補正するための第２係数と、測定圧力を評価圧力に補正するための第３係数とを乗じることで、モンクマングラント法におけるひずみ速度と破断時間との積を示す定数を取得する定数取得工程（クリープ促進試験Ｓ１）を行うことを特徴としている。

Description

高クロム鋼管の余寿命を推定する余寿命推定方法
　本発明は、ボイラー等で用いられる高温高圧流体（例えば動力用蒸気）を流通させる高クロム鋼管について、その余寿命を推定する余寿命推定方法に関する。
　発電プラントのボイラーや蒸気タービンでは蒸気配管が用いられている。蒸気配管を流れる動力用蒸気には、例えば温度が２８０℃以上であって圧力が６Ｍｐａ以上とされた高温高圧の蒸気が用いられる。そして、火力発電プラントでは、発電効率を向上させるために、より高い温度と圧力の蒸気が用いられる傾向にある。
　蒸気配管をはじめとする高温高圧流体用の配管は、高温高圧下に長時間に亘って曝されるため、熱応力によってクリープ疲労を受ける。クリープ疲労の耐力を向上させるため、配管には、９クロム鋼や１２クロム鋼といった高クロム鋼（一般的なものよりもクロム含有率が高められたクロムモリブデン鋼）が好適に用いられる。この配管は、高クロム鋼からなる板状の母部材を円形に湾曲させ、母部材同士を溶接することで一体化される。しかし、高クロム鋼の溶接部は、寿命末期まで亀裂等の損傷が生じ難く、余寿命の推定が困難である。
　そこで、特許文献１に記載の方法では、クリープ伸びとクリープひずみを用いて余寿命を診断（推定）している。また、特許文献２に記載の方法では、高クロム鋼管を模擬した鋼管サンプルを用いてモンクマングラント法における定数を求めている。
特開２００８－１２２３４５号公報 特開２０１３－１１７４８５号公報
　モンクマングラント法による余寿命評価は、早期からの余寿命診断を可能とするものである。そして、特許文献２に記載された方法は、高クロム鋼管を模擬した鋼管サンプルを用いて定数を求めていることから、モンクマングラント法による余寿命評価を行う上で有用な手法を提案している。ここで、モンクマングラント法による余寿命評価では、定数の値が極めて重要である。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モンクマングラント法で用いる定数の値を精度良く定めることにある。
　前述の目的を達成するため、本発明は、高クロム鋼からなる母部材同士を溶接することで一体化され、高温高圧流体を流通させる高クロム鋼管の余寿命を推定する余寿命推定方法であって、前記高クロム鋼管のサンプルから取得された単軸での破断延性に対し、多軸での破断延性に変換するための第１係数と、前記サンプルの消費寿命を補正するための第２係数と、測定圧力を評価圧力に補正するための第３係数とを乗じることで、モンクマングラント法におけるひずみ速度と破断時間との積を示す定数を取得する定数取得工程と、前記高クロム鋼管の外表面であって溶接材を挟む両側の前記母部材に取り付けられたセンサを用い、前記外表面における２点間の距離を測定することで、鋼管表面のひずみを測定するひずみ測定工程と、前記鋼管表面のひずみを示すひずみ情報を、測定時点を示す時刻情報と対応付けて複数回記録するひずみ情報記録工程と、複数組の前記ひずみ情報及び前記時刻情報と、前記定数とから前記高クロム鋼管の余寿命を推定する余寿命推定工程とを行うことを特徴とする。
　本発明によれば、定数取得工程にて、第１係数～第３係数を用いて単軸での破断延性からモンクマングラント法で用いる定数を取得しているので、この定数を精度良く定めることができる。
　前述の余寿命推定方法において、前記ひずみ測定工程では、前記溶接材を挟む一方の前記母部材に接合された台座と、他方の前記母部材に接合された反射板と、前記台座に着脱可能に取り付けられ、前記反射板に向けてレーザー光線を照射するとともに、前記反射板からの反射光を受光するレーザー変位計とを用い、前記高クロム鋼管の外表面における２点間の距離を測定することが好ましい。この方法では、レーザー変位計による高い精度での測定が実現できる。
　前述の余寿命推定方法において、前記余寿命推定工程では、複数組の前記ひずみ情報及び前記時刻情報と前記定数とから前記高クロム鋼管の余寿命を推定するとともに、推定した余寿命が寿命末期に相当する期間の場合に、複数組の前記ひずみ情報及び前記時刻情報からひずみとひずみ速度とが対応付けられたひずみ―ひずみ速度データを用い、Ω法によって余寿命を算出することが好ましい。この方法では、モンクマングラント法で寿命末期と推定された場合に、Ω法による余寿命算出が行われるので、寿命末期における余寿命の推定精度を高めることができる。
　本発明によれば、高温高圧流体を流す高クロム鋼管について、その余寿命を推定するための定数を精度良く定めることができる。
余寿命推定方法を説明するフローチャートである。 クリープ促進試験での測定サンプルとレーザー変位計を説明する図であり、（ａ）は平面方向から見た図、（ｂ）は側面方向から見た図である。 クリープ促進試験でのクリープ寿命消費率（ｔ／ｔｒ）とひずみの関係を説明する図である。 試験応力と限界ひずみの関係を説明する図である。 使用時間とクリープひずみ速度の積（ｔ・ε’ｍｉｎ）とクリープ寿命消費率（ｔ／ｔｒ）の関係（マスターカーブ）を説明する図である。 Ω法で使用されるひずみとひずみ速度の関係を説明する図である。 他の手法で使用されるマスターカーブを説明する図である。 定期点検時におけるレーザー変位計の取り付け態様を説明する図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の余寿命推定方法では、図１に示すように、クリープ促進試験（Ｓ１）、台座取付工程（Ｓ２）、第１測定工程（Ｓ３）、第２測定工程（Ｓ５）、余寿命推定工程（Ｓ６）、報知工程（Ｓ７）、及び、交換工程（Ｓ９）が行われる。
　余寿命推定方法の概略を説明する。この余寿命推定方法では、最初に、クリープ促進試験（Ｓ１）で、高クロム鋼管のサンプル（後述）による測定が行われる。すなわち、試験温度及び試験圧力とされた試験環境下にサンプルが曝され、規定時間が経過する毎にサンプルに対する加熱及び加圧が停止され、ひずみやクリープボイドが測定される。そして、得られた測定値からモンクマングラント法で用いる定数やＬパラメータ等が取得される。従って、このクリープ促進試験は、定数取得工程に相当する。
　次に、台座取付工程（Ｓ２）にて、測定対象の高クロム鋼管に対して台座と反射板とが取り付けられる。後述するが、この台座は、レーザー変位計を着脱可能に取り付けるためのものである。反射板は、レーザー変位計から照射されたレーザー光線を、レーザー変位計に向けて反射させるためのものである。台座が取り付けた後、第１測定工程（Ｓ３）にて、高クロム鋼管における所定区間の距離、クリープボイド、内部に生じた傷の初期状態が測定される。各種初期値が測定されると、定期点検時期が到来したか否かが判定され（Ｓ４）、定期点検時期が到来したならば、第２測定工程（Ｓ５）に移行される。この第２測定工程では、ひずみ取得工程（Ｓ５ａ）、ボイド測定工程（Ｓ５ｂ）、及び傷測定工程（５ｃ）が行われる。
　ステップＳ５ａのひずみ取得工程では、定期点検時期における高クロム鋼管における所定区間の距離が、台座に取り付けられたレーザー変位計によって測定される。測定された距離の情報は、測定日時の情報とともに記録される。この工程で測定された距離は、高クロム鋼管におけるひずみを表す。このため、ステップＳ５ａのひずみ取得工程は、本発明に係るひずみ測定工程、並びにひずみ情報記録工程に相当する。ステップＳ５ｂのボイド測定工程では、高クロム鋼管の溶接部付近に形成されたクリープボイドが測定される。そして、測定結果（クリープボイドの位置、面積、数等）については、時刻情報とともに記録される。ステップＳ５ｃの傷測定工程では、フェーズドアレイ超音波探傷装置による超音波探傷が、高クロム鋼管における母部材と溶接材との境界部分に対して行われる。そして、測定結果（傷の高さ、長さ、位置等）については、時刻情報とともに記録される。
　余寿命推定工程（Ｓ６）では、まずモンクマングラント法に則って高クロム鋼管の余寿命が推定される。その際、ステップＳ１のクリープ促進試験で取得した定数と、複数組のひずみ情報及び時刻情報とが用いられる。そして、モンクマングラント法に則って推定された余寿命が高クロム鋼管の寿命末期を示した場合には、Ω法に基づく余寿命推定が行われる。すなわち、ひずみとひずみ速度とが対応付けられたひずみ―ひずみ速度データ（図６を参照）が用いられ、Ω法によって余寿命が算出される。また、モンクマングラント法で推定した余寿命が、高クロム鋼管の寿命末期を示していない場合であっても、Ｌパラメータ、ボイド個数密度、及び、傷の情報をマスターカーブにあてはめて得られた余寿命の少なくとも１つが、高クロム鋼管の寿命末期を示す場合には、Ω法に基づく余寿命推定が行われる。
　報知工程（Ｓ７）では、余寿命推定工程で推定された余寿命が報知される。例えば、コンピュータシステムのディスプレイに表示させたり、用紙に印刷されたりする。なお、モンクマングラントで算出された余寿命が、他の方法で算出された余寿命に修正された場合には、寿命末期を示す情報（メッセージ等）と共に、修正後の余寿命を報知する。
　ステップＳ４で定期点検時期ではないと判定された場合、又は、ステップＳ７で余寿命が報知された場合には、高クロム鋼管の交換時期が到来したか否かが判定され（Ｓ８）、交換時期が到来したならば、交換工程（Ｓ９）にて高クロム鋼管が新しいものに交換される。その後、ステップＳ２にて、台座取付工程以下の処理が繰り返し行われる。一方、交換時期が到来していなければ、ステップＳ４にて、定期点検時期が到来したか否かの判断が行われる。
　次に、余寿命推定方法における特徴について説明する。この余寿命推定方法では、クリープ促進試験（Ｓ１）に特徴を有しているため、この促進試験を中心に説明する。
　クリープ促進試験（Ｓ１）では、高クロム鋼管のサンプルが用いられる。このサンプルは、発電設備で高温高圧蒸気の流通用に使用され、交換された蒸気配管から切り出されたものであり、交換までの使用時間が既知である。そして、図２（ａ），（ｂ）に示すように、サンプル１は、溶接材２を挟んで両側に母部材３が位置するように切り出される。すなわち、母部材３の部分が平面視略長方形状をし、溶接材２及び熱影響部４が角柱状をするように切り出される。また、各母部材３における溶接材２とは反対側の縁部には、それぞれ金属製の支持部５が溶接されている。なお、図２（ａ），（ｂ）に符号６で示す部材は、支持部５と母部材３とを溶接する溶接材である。
　また、溶接材２を挟んで一側の母部材３の表面には台座７が溶接され、他側の母部材３の表面には反射板８が溶接されている。台座７は、レーザー変位計９を着脱可能に取り付けるためのものであり、台座取付工程（Ｓ２）にて対象の高クロム鋼に溶接される台座１７と同じ金属材料で作製され、かつ、同じ形状とされている。反射板８は、レーザー変位計９から照射されたレーザー光線ＬＸを、レーザー変位計９に向けて反射させるための金属板材である。この反射板８もまた、台座取付工程にて溶接される反射板１８と同じ金属材料で作製され、かつ、同じ形状とされている。そして、台座７（レーザー変位計９）と反射板８の距離Ｗは規定値とされ、後述する台座取付工程でも同じ値に定められる。
　台座７及び反射板８を取り付けたならば、促進試験の開始時点における測定が行われる。ここでは、台座７にレーザー変位計９が取り付けられ、反射板８までの所定区間について距離が測定される。また、このサンプル１について、クリープボイド及び内部に生じた傷も測定される。クリープボイドについては、例えば、サンプル１の外表面でレプリカが採取され、このレプリカを顕微鏡にて観察することで測定される。また、傷については、例えば、サンプル１に対する超音波探傷を行うことで測定される。
　開始時点における測定を行ったならば、サンプル１に対する加熱及び加圧が行われる。ここでは、両側の支持部５に対して所定応力の引っ張り力を付与した状態でサンプルが炉の中に配置される。その後、炉の中が所定温度に調整される。この状態が規定時間維持されたならば中途止めが行われる。すなわち、炉の温度を下げられ、サンプル１が取り出される。そして、取り出されたサンプル１に対し、レーザー変位計９による距離測定、レプリカによるクリープボイドの測定、及び、超音波探傷による内部に生じた傷の測定が行われる。そして、各測定値が第１回中途止め時の測定値として、経過時間の情報とともに記録される。
　第１回中途止め時の測定値が記録されたならば、再度サンプル１に対する加熱及び加圧が行われる。ここでも、所定応力の引っ張り力を付与した状態のサンプル１が炉の中に配置され、その後、炉の中が所定温度に調整される。この状態で規定時間維持されたならば、第２回の中途止めが行われ、第１回と同様に第２回中途止め時の測定値が経過時間の情報とともに記録される。以後は、サンプル１に対する加熱及び加圧と測定とが、サンプル１が破断するまで繰り返し行われる。これにより、第３回以降の中途止め時の測定値が記録される。
　サンプル１が破断するまで、このサンプル１に対する加熱と測定とが繰り返し行われたならば、モンクマングラント法で用いる定数、すなわちひずみ速度と破断時間との積を示す定数が算出される。式（１）に示すように、この定数は、単軸での破断延性と、第１係数～第３係数とを用いて算出される。
　定数Ｘ＝単軸での破断延性ＣＲ×第１係数×第２係数×第３係数　・・・　（１）
　式（１）において、単軸での破断延性は、クリープ促進試験における測定で取得される。第１係数は、単軸での破断延性を多軸での破断延性に変換するための係数である。第２係数は、サンプル１の消費寿命を補正するため係数である。第３係数は、測定圧力を評価圧力に補正するための係数である。
　単軸での破断延性は、レーザー変位計９によって測定された距離、すなわち台座７及び反射板８の接合位置によって規定される所定区間の距離に基づいて取得される。ここで、図３は、クリープ促進試験でのクリープ寿命消費率（ｔ／ｔｒ）とひずみの関係を説明する図であり、横軸がサンプル１のクリープ寿命消費率を示し、縦軸がひずみを示している。そして、クリープ寿命消費率は、促進試験の開始時点を０とし、破断時点を１としている。また、ひずみは、促進試験の開始時点における距離を基準として算出される。図３の例では、ひずみとクリープ寿命消費率の組が直線近似されており、破断延性としてＣＲ［％］が求められている。
　第１係数は、前述したように、単軸での破断延性を多軸での破断延性に変換するための係数である。この第１係数は、ミーゼス相当応力及び静水圧応力に基づき算出され、例えば０．５とされる。
　第２係数は、前述したように、サンプル１の消費寿命を補正するため係数である。この第２係数は、サンプル１の基となった高クロム鋼管が実際に使用された実使用時間と、この促進試験での試験時間（試験開始から破断までの時間）に基づいて定められる。例えば、促進試験の試験時間に試験温度や試験圧力を加味し、高クロム鋼管の使用環境下での試験時間が算出される。そして、算出された試験時間と実試験時間とから、破断までに要した破断時間、及び、破断時間に占める試験時間の割合が算出される。さらに、破断時間に占める試験時間の割合から、第２係数が算出される。例えば、破断時間を１とした場合における試験時間が０．２である場合、第２係数は１／０．２＝５となる。
　第３係数は、前述したように、測定圧力を評価圧力に補正するための係数である。この第３係数は、試験応力と限界ひずみの関係から算出される。ここで、図４は、試験応力と限界ひずみの関係を示す図である。同図において、横軸は試験応力［ＭＰａ］であり、横軸は限界ひずみ［％］である。そして、上向き三角形の記号で示す各点は９Ｃｒ鋼の測定点であり、下向き三角形の記号で示す各点は１２Ｃｒ鋼の測定点である。
　同種金属の測定点を一次近似することで、その金属毎に試験応力と限界ひずみの関係を示す一次式が取得される。そして、取得された一次式を用いて評価圧力に対応する限界ひずみが取得され、さらに、試験応力に対応する限界ひずみと評価圧力に対応する限界ひずみから第３係数が取得される。例えば、試験応力Ｐ１に対応する限界ひずみＳＴ１が０．６５％、評価圧力Ｐ２に対応する限界ひずみＳＴ２が０．６０％である場合、第３係数は０．６０％／０．６５％＝０．９２となる。
　式（１）に基づき、モンクマングラント法で用いる定数Ｘが取得されると、マスターカーブが作成される。ここで、図５は、使用時間とクリープひずみ速度の積（ｔ・ε’ｍｉｎ）とクリープ寿命消費率（ｔ／ｔｒ）の関係（マスターカーブ）の一例である。同図に示すように、クリープ寿命消費率が１の時点における、使用時間とクリープひずみ速度の積（ｔ・ε’ｍｉｎ）が定数Ｘに相当する。
　なお、この定数Ｘを取得するに際し、この実施形態のように、交換された高クロム鋼管から溶接部分を切り出したサンプル１を用いる他、高クロム鋼管を模擬した鋼管サンプルを用いてもよい。
　また、このクリープ促進試験（Ｓ１）では、測定結果に基づき、Ω法の評価基準も作成される。ここで、Ω法とは、クリープひずみ速度のひずみに対する傾き（Ω）とクリープひずみ速度と余寿命の積は、常に一定（定数）になるという法則である。このため、２組以上のクリープひずみ速度情報を用いることで、Ω法の定数を削除でき、余寿命を推定することができる。このΩ法では、クリープひずみ速度のひずみに対する傾きを用いている。このため、図６に示すように、横軸にひずみをとり、縦軸にクリープひずみ速度をとってプロットし、傾きを取得する。
　あわせて、このクリープ促進試験（Ｓ１）では、図７に示すように、測定で得られたクリープボイドの情報に基づいて、Ｌパラメータ（ボイド連結密度パラメータ）及びボイド個数密度のマスターカーブも作成される。さらに、測定で得られた傷の情報に基づいて傷高さ（深さ）のマスターカーブも作成される。
　次に、台座取付工程（Ｓ２）について説明する。台座取付工程では、測定対象の高クロム鋼管１１に対し、台座１７と反射板１８が接合される。この台座１７は、ステップＳ１のクリープ促進試験で説明したように、レーザー変位計９を着脱可能に取り付けるためのものである。また、反射板１８は、レーザー変位計９から照射されたレーザー光線ＬＸを、レーザー変位計９に向けて反射させるための金属板材である。
　台座１７と反射板１８を高クロム鋼管１１の外表面に接合するに際しては、図８に示すように、溶接材１２を挟む一方の母部材１３に対し、台座１７を溶接によって接合する。同様に、溶接材２を挟む他方の母部材３に対し、反射板１８を溶接によって接合する。すなわち、反射板１８と台座１７に取り付けられたレーザー変位計９とが、溶接材１２を挟んで両側の母部材１３，１３に取り付けられる。その際、レーザー変位計９と反射板１８までの所定区間の距離Ｗを、サンプル１における所定区間の距離Ｗに揃える。
　その後は、前述した各工程が行われる。簡単に説明すると、第１測定工程（Ｓ３）にて各種初期値が測定され、定期点検時期が到来する毎に第２測定工程（Ｓ５）にて所定区間の距離、クリープボイド、内部に生じた傷が測定される（Ｓ５ａ～Ｓ５ｃ）。また、余寿命推定工程（Ｓ６）にて、モンクマングラント法に則って高クロム鋼管１１の余寿命が推定される。あわせて、Ｌパラメータ、ボイド個数密度、及び、傷の情報に基づく余寿命も推定される。そして、各方法で推定された余寿命のうちの少なくとも１つが高クロム鋼管１１の寿命末期を示す場合には、Ω法に基づく余寿命推定が行われる。余寿命が推定されたならば、報知工程（Ｓ７）にて余寿命が報知される。報知された余寿命に基づき、高クロム鋼管１１の交換時期が判定され（Ｓ８）、交換時期である場合には交換工程（Ｓ９）にて高クロム鋼管１１が新しいものに交換される。
　以上の説明から判るように、本実施形態の余寿命推定方法によれば、ステップＳ１のクリープ促進試験（定数取得工程）にて、高クロム鋼管のサンプル１から取得された単軸での破断延性に対し、多軸での破断延性に変換するための第１係数と、サンプル１の消費寿命を補正するための第２係数と、測定圧力を評価圧力に補正するための第３係数とを乗じることで、モンクマングラント法におけるひずみ速度と破断時間との積を示す定数Ｘを取得しているので、この定数Ｘを精度良く定めることができる。
　また、ステップＳ１のクリープ促進試験、及び、ステップＳ５の第２測定工程（ひずみ測定工程）では、溶接材２，１２を挟む一方の母部材３，１３に接合された台座７，１７と、他方の母部材３，１３に接合された反射板８，１８と、台座７，１７に着脱可能に取り付けられ、反射板８，１８に向けてレーザー光線ＬＸを照射するとともに、反射板８，１８からの反射光を受光するレーザー変位計９とを用い、サンプル１や高クロム鋼管１１の外表面における２点間の距離を測定しているので、レーザー変位計９による高い精度での測定が実現できる。
　また、ステップＳ６の余寿命推定工程では、複数組のひずみ情報及び時刻情報と定数とから高クロム鋼管１１の余寿命を推定するとともに、推定した余寿命が寿命末期に相当する期間の場合に、複数組のひずみ情報及び時刻情報からひずみとひずみ速度とが対応付けられたひずみ―ひずみ速度データを用い、Ω法によって余寿命を算出しているので、寿命末期における余寿命の推定精度を高めることができる。
　なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれるものである。
　例えば、高温高圧流体に関し、前述の実施形態では動力用蒸気を例示したが、動力用蒸気と同等の温度及び圧力の流体を流通させる高クロム鋼管であれば、同様に本発明を適用できる。
　また、高クロム鋼管１１の表面ひずみを測定するための装置に関し、前述の実施形態ではレーザー変位計９を例示したが、表面ひずみを測定できれば他の装置を使ってもよい。例えば、抵抗型のひずみセンサや静電容量型のひずみセンサを用いてもよい。この場合も、センサは、溶接材１２を挟む両側の母部材１３に取り付けられる。
１…高クロム鋼管のサンプル
２…溶接材
３…母部材
４…熱影響部
５…支持部
６…溶接材
７…台座
８…反射板
９…レーザー変位計
１１…高クロム鋼管
１２…溶接材
１３…母部材
１７…台座
１８…反射板
ＬＸ…レーザー光線
Ｗ…台座（レーザー変位計）と反射板の距離

Claims (3)

  1. 　高クロム鋼からなる母部材同士を溶接することで一体化され、高温高圧流体を流通させる高クロム鋼管の余寿命を推定する余寿命推定方法であって、
    　前記高クロム鋼管のサンプルから取得された単軸での破断延性に対し、多軸での破断延性に変換するための第１係数と、前記サンプルの消費寿命を補正するための第２係数と、測定圧力を評価圧力に補正するための第３係数とを乗じることで、モンクマングラント法におけるひずみ速度と破断時間との積を示す定数を取得する定数取得工程と、
    　前記高クロム鋼管の外表面であって溶接材を挟む両側の前記母部材に取り付けられたセンサを用い、前記外表面における２点間の距離を測定することで、鋼管表面のひずみを測定するひずみ測定工程と、
    　前記鋼管表面のひずみを示すひずみ情報を、測定時点を示す時刻情報と対応付けて複数回記録するひずみ情報記録工程と、
    　複数組の前記ひずみ情報及び前記時刻情報と、前記定数とから前記高クロム鋼管の余寿命を推定する余寿命推定工程とを行うことを特徴とする余寿命推定方法。
  2. 　前記ひずみ測定工程では、前記溶接材を挟む一方の前記母部材に接合された台座と、他方の前記母部材に接合された反射板と、前記台座に着脱可能に取り付けられ、前記反射板に向けてレーザー光線を照射するとともに、前記反射板からの反射光を受光するレーザー変位計とを用い、前記高クロム鋼管の外表面における２点間の距離を測定することを特徴とする請求項１に記載の余寿命推定方法。
  3. 　前記余寿命推定工程では、複数組の前記ひずみ情報及び前記時刻情報と前記定数とから前記高クロム鋼管の余寿命を推定するとともに、推定した余寿命が寿命末期に相当する期間の場合に、複数組の前記ひずみ情報及び前記時刻情報からひずみとひずみ速度とが対応付けられたひずみ―ひずみ速度データを用い、Ω法によって余寿命を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の余寿命推定方法。
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