WO2020065711A1 - 余寿命診断曲線作成方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for creating a remaining life diagnosis curve.
- the present invention relates to a method for creating a highly accurate remaining life diagnostic curve for a member of a welded portion of a boiler pipe.
- Patent Document 1 discloses a method of obtaining a remaining life diagnostic curve by subjecting a creep test specimen to a uniaxial tensile creep test.
- Patent Document 2 discloses a method in which a test piece is appropriately stopped while being heated to 900 K or more in an electric furnace, and a remaining life diagnosis curve is created using parameters obtained at each stop. doing.
- JP 2014-134417 A International Publication WO2005 / 124315
- the conventional remaining life diagnosis curve indicates that the creep voids and cracks appear more slowly than when the member to be evaluated is used in actual equipment. Was slow. That is, the remaining life when the creep voids and cracks appeared was short.
- the present invention provides a method for creating a remaining life diagnosis curve capable of diagnosing the remaining life of a welded portion of a boiler pipe with higher accuracy.
- the evaluation target member is heated in a range from a use temperature in the actual machine to a temperature obtained by adding 50 degrees to a use temperature in the actual machine,
- the remaining life diagnosis curve may be created.
- the test object may be 1 / to 1 times the size of the actual machine.
- the damage parameter may be at least one of a void area ratio, a void number density, an A parameter, and a crack length.
- FIG. 1 is a configuration example of a creep test device used in an embodiment of the present invention.
- 1 is a configuration example of a creep test device used in an embodiment of the present invention.
- It is an example and a comparative example of the remaining life diagnosis curve created by the remaining life diagnosis curve creation method according to the embodiment of the present invention.
- Non-Patent Document 1 discloses that fracture mechanisms in a creep region are mainly classified into intragranular creep fracture, fracture due to generation of a grain boundary triple point crack, and fracture due to generation of a grain boundary cavity.
- FIG. 3 shows a flowchart of a method for creating a remaining life diagnosis curve in the embodiment.
- step S1 a test piece at a welded portion of a boiler pipe is set in a creep test apparatus, and the test piece is heated by a heating device provided on an outer periphery of the test piece.
- the test piece is a pipe or elbow actually used in the actual machine, or a test piece having a size of 1/2 to 1 times the size of the actual machine. Is heated up to a temperature obtained by adding 50 ° C. to the operating temperature in the above.
- the creep test device for example, a creep test device which is not affected by each displacement due to the thermal expansion of the test piece as disclosed in JP-A-2009-109356 may be used.
- FIG. 4A is a front view of the creep test apparatus 1
- FIG. 4B is a side view of the creep test apparatus 1.
- the load loading apparatus 10 ie, the connection beam 40 which has the screw jack 20, the load cell 30, the guide roller 41, the intermediate spacer 50, and the slide.
- the support columns 2 and 3 are omitted because the support device 60 and the spacer 70 are hidden.
- the lower end face of the test piece P is supported by a pair of support pedestals 6, and a support 7 is provided on the upper surface of the support pedestal 6.
- An abutable cylindrical seat 9 is provided.
- the magnitude of the multiaxial stress is up to twice as large as the stress on the member to be evaluated in the actual machine.
- the damage parameter for example, at least one of a void area ratio, a void number density, an A parameter, and a crack length can be used.
- the void area ratio is calculated by calculating the void occupied area in the evaluation visual field in the test piece P and calculating the ratio of the void occupied area to the evaluation visual field area after a predetermined test time has elapsed. It is possible to get.
- the void number density can be obtained by calculating the void generation amount in the evaluation visual field and calculating the ratio of the void generation amount to the area of the evaluation visual field after a predetermined test time has elapsed. It is.
- step S3 the life time of the specimen P is obtained.
- a creep test apparatus may be used to apply a force until the test piece P breaks, and the length of time from the start of the test to the time when the test piece P is broken may be used as the life time.
- the test time until the value of these parameters becomes “1” may be set as the life time.
- the remaining life diagnosis curve can be created in a shorter time than when the test piece P is actually destroyed, particularly in a shorter time than when a destructive test is performed by a full-scale test.
- the life time of the specimen may be calculated using a known theoretical formula. Also in this case, it is possible to create the remaining life diagnosis curve in a shorter time than when the test piece P is actually broken, particularly in a shorter time than when a full-size test is performed.
- step S4 the life time consumption rate corresponding to each damage parameter is calculated by dividing the test time corresponding to each damage parameter obtained in step S2 by the life time obtained in step S3.
- step S5 a remaining life diagnosis curve is created with the value of each damage parameter on the vertical axis and the life consumption rate corresponding to each damage parameter on the horizontal axis.
- step S3 for example, when the life time is calculated using a known theoretical formula, the execution order of step S3 can be advanced to step S1 or step S2.
- the solid line in the graph of FIG. 4 shows an example of the remaining life diagnostic curve generated by using the above test method. More specifically, a test for applying a multiaxial stress to a 0.5 ⁇ 4m ⁇ t38mm test specimen made of a boiler / turbine material such as STPA24 or STPA22 at a temperature of 630 ° C., a bending force of 100 KN, and an internal vapor pressure of about 10 MPa. was done.
- a remaining life diagnosis curve was created by using the methods described in Patent Documents 1 and 2 described above. Specifically, a test piece taken from a welded portion of an actual machine and having a length of 150 mm, a narrowest central portion including the welded portion having a length of 50 mm, and a thickness of 15 mm was obtained at 575 ° C. (848. A remaining life diagnostic curve was created by performing a short-time rupture test with a uniaxial stress of 125 MPa while heating to 15 K) while appropriately stopping the process. The remaining life diagnosis curve of this comparative example is shown as a dotted line in FIG.
- the remaining life diagnosis curve of the embodiment has a form in which the creep life consumption rate rises from a low time and then gradually rises.
- the creep life consumption rate at a specific void number density takes a smaller value than that of the comparative example, and it can be said that the degree of reflection of the evaluation target member in the actual use mode or the degree of actual deterioration is high.
- a remaining life diagnostic curve is created by performing a destructive test under conditions where creep rupture occurs due to grain boundary cavities. This makes it possible to create a remaining life diagnosis curve reflecting the situation where the boiler pipe weld is used in the actual machine, and to diagnose the remaining life of the boiler pipe weld with higher accuracy. .
- a test specimen having a size of 1/2 to 1 times the size of the actual machine is added with 50 degrees from the operating temperature of the actual machine to the operating temperature of the actual machine.
- a remaining life diagnostic curve is created by applying a multiaxial stress having a magnitude of up to twice the stress applied when used in an actual machine to a test body while heating to a temperature range. This makes it possible to perform a destruction test under the conditions where creep destruction occurs due to the grain boundary cavity.
- the remaining life diagnosis curve can be created earlier than when the remaining life diagnosis curve is created by a full-scale test reflecting the actual use situation.
- the remaining life diagnosis curve created by the remaining life diagnosis curve creation method of the present invention at least one of the void area ratio, the void number density, the A parameter, and the crack length is used as a damage parameter.
- the void area ratio, the void number density, or the A parameter is used as the damage parameter, and the test time until the value of these parameters becomes “1” is defined as the life time, Can create a remaining life diagnostic curve without waiting for the destruction of the test body.
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Abstract
ボイラ配管溶接部の余寿命を、より高精度に診断することが可能な余寿命診断曲線の作成方法を提供する。 試験体に対しクリープ試験をすることにより得られたデータを用いて、ボイラ配管溶接部の損傷パラメータとクリープ寿命消費率との関係を示す余寿命診断曲線を作成する余寿命診断曲線作成方法であって、前記クリープ試験において、粒界キャビティによるクリープ破壊が発生する条件で破壊試験をすることにより、前記余寿命診断曲線を作成する。
Description
本発明は、余寿命診断曲線作成方法に関する。とりわけ、本発明は、ボイラ配管溶接部の部材における高精度な余寿命診断曲線の作成方法に関する。
従来、クリープ破壊を想定した場合の、金属材料の余寿命診断曲線（マスターカーブ）を作成する際には、コスト削減の観点から、試験体を高温に熱した上で、試験体に対し高い単軸応力を短時間かけるクリープ試験を行っていた。
例えば、特許文献１においては、クリープ試験片を単軸引張りクリープ試験に供することにより、余寿命診断曲線を得る方法を開示している。また、特許文献２においては、試験片を電気炉内で９００Ｋ以上まで加熱しながら、適宜中途止めを行い、各中途止め時において求めたパラメータを用いて、余寿命診断曲線を作成する方法を開示している。
「クリープ破壊機構領域図」新谷紀雄（日本金属学会会報 第２６巻 第８号（１９８７））
しかし、従来技術の余寿命診断曲線の作成方法においては、上記のようにコストを削減するため、あるいは、より早く余寿命診断曲線を得るため、試験体に対し、実機で用いられる状況に比較して、はるかに厳しい温度や応力を与えていた。これにより、実機で用いられる状況を反映していることが想定される余寿命診断曲線に比較して、余裕度が高く精度が低い余寿命診断曲線が作成されていた。この余寿命診断曲線からは、余裕度の高さに由来して、実際よりも短く余寿命が算出されていた。
とりわけ、クリープ損傷の評価対象部材が火力発電設備で用いられることを想定した際、従来の余寿命診断曲線では、評価対象部材が実機で使用される場合に比べて、クリープボイドや亀裂が現れる時間が遅かった。すなわち、クリープボイドや亀裂が現れた時点での余寿命が短かった。
これにより、例えば、火力発電設備のボイラ配管溶接部に対し、従来の余寿命診断曲線を用いて余寿命を診断した場合、実際にはまだ十分な余寿命が存在するにもかかわらず、余寿命が残り少ないと判定し、使用部材を交換することがあった。延いては、クリープ試験のコストの削減分を、火力発電設備の設備コストが上回ることがあった。
そこで、本発明は、ボイラ配管溶接部の余寿命を、より高精度に診断することが可能な余寿命診断曲線の作成方法を提供する。
前記目的を達成するため、本発明は、次に記載する構成を備えている。
（１） 試験体に対しクリープ試験をすることにより得られたデータを用いて、ボイラ配管溶接部の損傷パラメータとクリープ寿命消費率との関係を示す余寿命診断曲線を作成する余寿命診断曲線作成方法であって、前記クリープ試験において、粒界キャビティによるクリープ破壊が発生する条件で破壊試験をすることにより、前記余寿命診断曲線を作成する、余寿命診断曲線作成方法。
（１） 試験体に対しクリープ試験をすることにより得られたデータを用いて、ボイラ配管溶接部の損傷パラメータとクリープ寿命消費率との関係を示す余寿命診断曲線を作成する余寿命診断曲線作成方法であって、前記クリープ試験において、粒界キャビティによるクリープ破壊が発生する条件で破壊試験をすることにより、前記余寿命診断曲線を作成する、余寿命診断曲線作成方法。
（２） 上記の余寿命診断曲線作成方法では、前記クリープ試験において、前記試験体に対し、前記試験体が実機において使用される場合にかかる応力の２倍までの大きさの多軸応力をかけることにより、前記余寿命診断曲線を作成してもよい。
（３） 上記の余寿命診断曲線作成方法では、前記クリープ試験において、前記評価対象部材を、実機における使用温度から、実機における使用温度に５０度を加算した温度までの範囲で加熱することにより、前記余寿命診断曲線を作成してもよい。
（４） 上記の余寿命診断曲線作成方法では、前記試験体は、実機サイズの１／２倍～１倍の大きさであってよい。
（５） 上記の余寿命診断曲線作成方法では、前記損傷パラメータは、ボイド面積率、ボイド個数密度、Ａパラメータ、及び亀裂長さのうち少なくとも１つであってよい。
本発明によれば、ボイラ配管溶接部の余寿命を、より高精度に診断することが可能となる。
〔１．発明の概要〕
上記のように、従来の余寿命診断曲線では、クリープ損傷の評価対象部材が実機で使用される場合に比べて、クリープボイドや亀裂が現れる時間が遅かった。これは、試験体に対し単軸応力をかけていること、及び、クリープボイドの成長が難しいほど、試験体を高温に熱した上で、試験体に高い応力をかけていることに由来する。
上記のように、従来の余寿命診断曲線では、クリープ損傷の評価対象部材が実機で使用される場合に比べて、クリープボイドや亀裂が現れる時間が遅かった。これは、試験体に対し単軸応力をかけていること、及び、クリープボイドの成長が難しいほど、試験体を高温に熱した上で、試験体に高い応力をかけていることに由来する。
例えば非特許文献１は、クリープ領域での破壊機構は、主として、粒内クリープ破壊、粒界三重点クラック生成による破壊、及び粒界キャビティ生成による破壊とに分けられることを開示している。
なお、粒内クリープ破壊とは結晶粒の粒内における破壊であり、主として高応力の状況下で発生する。
また、粒界三重点クラック生成とは、３本の粒界から構成される粒界三重点において、亀裂が生成されることである。
また、粒界キャビティとは、クリープの進行に従って、結晶粒の粒界に発生する微小な孔のことである。図１に示すように、時間経過に伴い、粒界キャビティ同士が連結してクリープボイドと呼ばれる数μｍ径の孔となる。やがてクリープボイド同士が連結してクリープボイドの連結合体となり、ミクロ亀裂、更にはマクロ亀裂となる。
また、粒界三重点クラック生成とは、３本の粒界から構成される粒界三重点において、亀裂が生成されることである。
また、粒界キャビティとは、クリープの進行に従って、結晶粒の粒界に発生する微小な孔のことである。図１に示すように、時間経過に伴い、粒界キャビティ同士が連結してクリープボイドと呼ばれる数μｍ径の孔となる。やがてクリープボイド同士が連結してクリープボイドの連結合体となり、ミクロ亀裂、更にはマクロ亀裂となる。
非特許文献１は、図２に示すような、発電設備で用いられる頻度の高い１Ｃｒ－１Ｍｏ－０．２５Ｖ鍛鋼の、応力と破断時間との関係を示す曲線と、クリープ領域での温度や応力により種々変化する破壊の様相と、この温度・応力の領域との対応関係を示すクリープ破壊機構領域図を開示している。
概して、この鋼種が実際に使用される温度が７７３～８２３Ｋ、応力が５０ＭＰａであることを考慮すると、図２は、領域Ｃに見られるように、クリープによって生じ得る破壊が、粒界キャビティ生成による破壊であることを示している。（なお、図２のグラフには、「再結晶ラプチャー」の領域Ｒが存在するが、「再結晶ラプチャー」とは、再結晶を伴う破断のことである。）
概して、この鋼種が実際に使用される温度が７７３～８２３Ｋ、応力が５０ＭＰａであることを考慮すると、図２は、領域Ｃに見られるように、クリープによって生じ得る破壊が、粒界キャビティ生成による破壊であることを示している。（なお、図２のグラフには、「再結晶ラプチャー」の領域Ｒが存在するが、「再結晶ラプチャー」とは、再結晶を伴う破断のことである。）
すなわち、ボイラ配管溶接部が実機で使用される状況を反映して余寿命診断曲線を作成するためには、評価対象部材としての試験体に、粒界キャビティによる破壊を起こすクリープ試験を実施する必要がある。
そこで、本発明においては、クリープ損傷の評価対象部材が、粒界キャビティによるクリープ破壊を起こす条件でクリープ試験を実施し、このクリープ試験によって得られるデータを用いて、余寿命診断曲線を作成する。
〔２．実施例〕
図３は、実施例における余寿命診断曲線作成方法のフローチャートを示す。
ステップＳ１において、ボイラ配管溶接部の試験体をクリープ試験装置に設置し、試験体の外周に設けられた加熱装置により、この試験体を加熱する。
図３は、実施例における余寿命診断曲線作成方法のフローチャートを示す。
ステップＳ１において、ボイラ配管溶接部の試験体をクリープ試験装置に設置し、試験体の外周に設けられた加熱装置により、この試験体を加熱する。
試験体は、実機で実際に用いられている配管やエルボ、又は、実機サイズの１／２～１倍の大きさの試験体であると共に、この試験体を、実機での使用温度から、実機での使用温度に５０℃を加算した温度までの範囲に加熱する。
また、クリープ試験装置としては、例えば、特開２００９－１０９３５６号に開示されるような、試験体の熱膨張による各変位の影響を受けることがないクリープ試験装置を用いてもよい。
以下、図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら、特開２００９－１０９３５６号に開示されるクリープ試験装置の概要について説明する。図４Ａは、クリープ試験装置１の正面図を、図４Ｂはクリープ試験装置１の側面図を示す。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、クリープ試験装置１は、一対の支柱２及び３と、これら支柱２及び３の上端部に設置される固定梁４と、支柱２、３の中央部に設けられる接合柱部５とを備える。固定梁４の所定位置には、試験体Ｐに所定の荷重を作用させる一対の荷重負荷装置１０が設置される。
荷重負荷装置１０は、スクリュージャッキ２０、ロードセル３０、ガイドローラ４１を有する連結ビーム４０、中間スペーサ５０、スペーサ７０、及び、中間スペーサ５０とスペーサ７０との間に嵌装されるスライド支承装置６０を備える。
なお、図４Ａにおいて支柱２及び３を記載した場合、支柱２及び３の真後ろに、荷重負荷装置１０、すなわち、スクリュージャッキ２０、ロードセル３０、ガイドローラ４１を有する連結ビーム４０、中間スペーサ５０、スライド支承装置６０、及びスペーサ７０が隠れる図面となってしまうため、図４Ａにおいては、支柱２及び３は省略する。
荷重負荷装置１０は、スクリュージャッキ２０、ロードセル３０、ガイドローラ４１を有する連結ビーム４０、中間スペーサ５０、スペーサ７０、及び、中間スペーサ５０とスペーサ７０との間に嵌装されるスライド支承装置６０を備える。
なお、図４Ａにおいて支柱２及び３を記載した場合、支柱２及び３の真後ろに、荷重負荷装置１０、すなわち、スクリュージャッキ２０、ロードセル３０、ガイドローラ４１を有する連結ビーム４０、中間スペーサ５０、スライド支承装置６０、及びスペーサ７０が隠れる図面となってしまうため、図４Ａにおいては、支柱２及び３は省略する。
連結ビーム４０により、荷重負荷装置１０が傾斜することが抑止される。
また、連結ビーム４０の外側に、ガイドローラ支持部材４３が取り付けられ、ガイドローラ支持部材４３の端部４２が支柱２、３に固定されることにより、曲げ荷重により角変位が発生した場合でも、中間スペーサ５０の水平位置が保持される。
更に、スライド支承装置６０が存在することにより、試験体Ｐの熱膨張によりスペーサ７０が動いた場合、及び曲げ荷重による角変位が発生した場合でも、荷重負荷装置１０の平衡状態が保持される。
また、連結ビーム４０の外側に、ガイドローラ支持部材４３が取り付けられ、ガイドローラ支持部材４３の端部４２が支柱２、３に固定されることにより、曲げ荷重により角変位が発生した場合でも、中間スペーサ５０の水平位置が保持される。
更に、スライド支承装置６０が存在することにより、試験体Ｐの熱膨張によりスペーサ７０が動いた場合、及び曲げ荷重による角変位が発生した場合でも、荷重負荷装置１０の平衡状態が保持される。
なお、試験体Ｐは、一対の支持架台６により下端面が支持されると共に、支持架台６の上面にはサポート７が設けられ、サポート７の内端面８には、試験体Ｐの外周面と当接自在な円筒座９が設けられる。
ステップＳ２において、クリープ試験装置により、試験体Ｐに対し、例えば曲げと内圧を加えることにより、多軸応力をかけながら、断続的に損傷パラメータを取得する。
具体的には、試験体Ｐ内に給水装置で給水すると共に、ステップＳ１で実行される加熱により水蒸気を発生させて、試験体Ｐに内圧をかける。この状態で、上記の荷重負荷装置１０を用いて試験体Ｐに対し荷重を加えることにより、試験体Ｐに曲げ力を加える。これらにより、試験体Ｐに多軸応力が加えられる。
具体的には、試験体Ｐ内に給水装置で給水すると共に、ステップＳ１で実行される加熱により水蒸気を発生させて、試験体Ｐに内圧をかける。この状態で、上記の荷重負荷装置１０を用いて試験体Ｐに対し荷重を加えることにより、試験体Ｐに曲げ力を加える。これらにより、試験体Ｐに多軸応力が加えられる。
上記のように、従来の余寿命診断曲線作成方法においては、試験体に対し、単軸応力を加えていた。しかし、ボイラの溶接部の実際の使用状況においては、溶接部に対し、単軸応力ではなく、曲げ応力と内圧による２軸（多軸）の応力がかかる。本発明の余寿命診断曲線作成方法においては、この溶接部の実際の使用状況を反映するよう、試験体に対し曲げ応力と内圧による２軸（多軸）の応力を加えることにより、より精度の高い余寿命診断曲線を作成することが可能となる。
なお、多軸応力の大きさは、実機において評価対象部材に係る応力の２倍までの大きさである。
また、損傷パラメータとしては、例えば、ボイド面積率、ボイド個数密度、Ａパラメータ、及び亀裂長さのうち少なくとも１つを用いることが可能である。
また、損傷パラメータとしては、例えば、ボイド面積率、ボイド個数密度、Ａパラメータ、及び亀裂長さのうち少なくとも１つを用いることが可能である。
ボイド面積率としては、所定の試験時間経過時において、試験体Ｐ内の評価視野中のボイド占有面積を算定し、評価視野の面積に対するボイド占有面積の割合を算出することにより、ボイド面積率を取得することが可能である。
ボイド個数密度としては、所定の試験時間経過時において、評価視野中のボイド発生量を算定し、評価視野の面積に対するボイド発生量の割合を算出することにより、ボイド個数密度を取得することが可能である。
Ａパラメータとしては、所定の試験時間経過時において、試験体Ｐの表面に対し、アセチルセルロースフィルム等を用いて金属組織を写し取って顕微鏡で検視する。その際、最大応力方向と平行な平行線を横切る粒界の総数と、ボイド発生粒界数をカウントする。そして、粒界総数に対するボイド発生粒界数を算出することにより、Ａパラメータを取得することが可能である。
亀裂長さとしては、評価視野内の最長の亀裂の長さを取得することが可能である。更に、亀裂が寸断されている場合、寸断箇所の長さが、隣接する両亀裂のうち長い方の長さに対して所定の割合以下であれば、これら両亀裂及び寸断箇所は繋がった１つの亀裂であるとみなして、亀裂の長さを求めてもよい。
ステップＳ３において、試験体Ｐの寿命時間を取得する。
具体的には、試験体Ｐがクリープ破壊するまで、クリープ試験装置で加力し、試験開始から、試験体Ｐが破壊された時間までの長さを、寿命時間としてもよい。
あるいは、ステップＳ２における損傷パラメータとして、ボイド面積率、ボイド個数密度、又はＡパラメータを用いた場合、これらのパラメータの値が「１」となった時点までの試験時間を、寿命時間としてもよい。この場合には、試験体Ｐを実際に破壊するよりも短い時間、とりわけ実大試験による破壊試験をするよりも短い時間で、余寿命診断曲線を作成することが可能となる。
あるいは、公知の理論式を用いて、試験体の寿命時間を算出してもよい。この場合にも、試験体Ｐを実際に破壊するよりも短い時間、とりわけ実大試験による破壊試験をするよりも短い時間で、余寿命診断曲線を作成することが可能となる。
具体的には、試験体Ｐがクリープ破壊するまで、クリープ試験装置で加力し、試験開始から、試験体Ｐが破壊された時間までの長さを、寿命時間としてもよい。
あるいは、ステップＳ２における損傷パラメータとして、ボイド面積率、ボイド個数密度、又はＡパラメータを用いた場合、これらのパラメータの値が「１」となった時点までの試験時間を、寿命時間としてもよい。この場合には、試験体Ｐを実際に破壊するよりも短い時間、とりわけ実大試験による破壊試験をするよりも短い時間で、余寿命診断曲線を作成することが可能となる。
あるいは、公知の理論式を用いて、試験体の寿命時間を算出してもよい。この場合にも、試験体Ｐを実際に破壊するよりも短い時間、とりわけ実大試験による破壊試験をするよりも短い時間で、余寿命診断曲線を作成することが可能となる。
ステップＳ４において、ステップＳ２で取得した各損傷パラメータに対応する試験時間を、ステップＳ３で取得した寿命時間で除算することにより、各損傷パラメータに対応する寿命消費率を算出する。
ステップＳ５において、各損傷パラメータの値を縦軸、各損傷パラメータに対応する寿命消費率を横軸として、余寿命診断曲線を作成する。
なお、ステップＳ３において、例えば、公知の理論式を用いて寿命時間を算出する場合には、ステップＳ３の実施順を、ステップＳ１又はステップＳ２以前に繰り上げることが可能である。
図４のグラフ中の実線は、上記の試験方法を用いることにより生成された余寿命診断曲線の実施例を示す。より詳細には、ＳＴＰＡ２４やＳＴＰＡ２２等のボイラー・タービン材料からなる０．５×４ｍ×ｔ３８ｍｍの試験体に対し、温度６３０℃、曲げ力１００ＫＮ、内部蒸気圧１０ＭＰａ程度で、多軸応力を加える試験を行った。
〔３．比較例〕
比較例として、上記の特許文献１及び２に記載の方法を用いることにより、余寿命診断曲線を作成した。
具体的には、実機の溶接部から採取した試験片であって、長さ１５０ｍｍ、溶接部を含む最も細い中央部の長さが５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍである試験体を、５７５℃（８４８．１５Ｋ）に加熱しつつ、適宜中途止めをしながら、１２５ＭＰａの単軸応力で、短時間引っ張る破断試験を行うことにより、余寿命診断曲線を作成した。この比較例の余寿命診断曲線を、図４の点線として示す。
比較例として、上記の特許文献１及び２に記載の方法を用いることにより、余寿命診断曲線を作成した。
具体的には、実機の溶接部から採取した試験片であって、長さ１５０ｍｍ、溶接部を含む最も細い中央部の長さが５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍである試験体を、５７５℃（８４８．１５Ｋ）に加熱しつつ、適宜中途止めをしながら、１２５ＭＰａの単軸応力で、短時間引っ張る破断試験を行うことにより、余寿命診断曲線を作成した。この比較例の余寿命診断曲線を、図４の点線として示す。
〔４．実施例と比較例との比較〕
実施例を比較例と比較すると、実施例の余寿命診断曲線は、クリープ寿命消費率が低い時間から立ち上がり、その後、緩やかに上昇する形態を有する。すなわち、特定のボイド個数密度におけるクリープ寿命消費率は、比較例に比べて小さな値を取り、評価対象部材の実機での使用態様や、実際の劣化の度合いを反映する度合いが高いと言える。
実施例を比較例と比較すると、実施例の余寿命診断曲線は、クリープ寿命消費率が低い時間から立ち上がり、その後、緩やかに上昇する形態を有する。すなわち、特定のボイド個数密度におけるクリープ寿命消費率は、比較例に比べて小さな値を取り、評価対象部材の実機での使用態様や、実際の劣化の度合いを反映する度合いが高いと言える。
〔５．発明の効果〕
本発明の余寿命診断曲線作成方法においては、粒界キャビティによるクリープ破壊が発生する条件で破壊試験をすることにより、余寿命診断曲線を作成する。
これにより、ボイラ配管溶接部が実機で使用される状況を反映して余寿命診断曲線を作成することが可能となり、ボイラ配管溶接部の余寿命を、より高精度に診断することが可能となる。
本発明の余寿命診断曲線作成方法においては、粒界キャビティによるクリープ破壊が発生する条件で破壊試験をすることにより、余寿命診断曲線を作成する。
これにより、ボイラ配管溶接部が実機で使用される状況を反映して余寿命診断曲線を作成することが可能となり、ボイラ配管溶接部の余寿命を、より高精度に診断することが可能となる。
また、本発明の余寿命診断曲線作成方法は、クリープ試験において、実機サイズの１／２倍～１倍の大きさの試験体を、実機における使用温度から実機における使用温度に５０度を加算した温度までの範囲で加熱しながら、試験体に対し、実機において使用される場合にかかる応力の２倍までの大きさの多軸応力をかけることにより、余寿命診断曲線を作成する。
これにより、上記の粒界キャビティによるクリープ破壊が発生する条件で破壊試験をすることが可能となる。更に、実機サイズよりも小さな試験体を用いた場合、試験体を実機における使用温度よりも高い温度まで加熱した場合、及び、試験体に対し実機において使用される場合に係る応力よりも高い応力を加えた場合には、実際の使用状況を反映した実大試験によって余寿命診断曲線を作成する場合よりも早く、余寿命診断曲線を作成することが可能となる。
これにより、上記の粒界キャビティによるクリープ破壊が発生する条件で破壊試験をすることが可能となる。更に、実機サイズよりも小さな試験体を用いた場合、試験体を実機における使用温度よりも高い温度まで加熱した場合、及び、試験体に対し実機において使用される場合に係る応力よりも高い応力を加えた場合には、実際の使用状況を反映した実大試験によって余寿命診断曲線を作成する場合よりも早く、余寿命診断曲線を作成することが可能となる。
また、本発明の余寿命診断曲線作成方法によって作成される余寿命診断曲線は、ボイド面積率、ボイド個数密度、Ａパラメータ、及び亀裂長さのうち少なくとも１つを損傷パラメータとする。
これにより、実機において、熟練者でなくても高精度のクリープ寿命消費率の評価を行うことができる。また、上記のように、損傷パラメータとして、ボイド面積率、ボイド個数密度、又はＡパラメータを用い、これらのパラメータの値が「１」となった時点までの試験時間を、寿命時間とした場合には、試験体の破壊を待たずして、余寿命診断曲線を作成することが可能となる。
これにより、実機において、熟練者でなくても高精度のクリープ寿命消費率の評価を行うことができる。また、上記のように、損傷パラメータとして、ボイド面積率、ボイド個数密度、又はＡパラメータを用い、これらのパラメータの値が「１」となった時点までの試験時間を、寿命時間とした場合には、試験体の破壊を待たずして、余寿命診断曲線を作成することが可能となる。
１ クリープ試験装置
１０ 荷重負荷装置
２０ スクリュージャッキ
３０ ロードセル
４０ 連結ビーム
４１ ガイドローラ
５０ 中間スペーサ
６０ スライド支承装置
７０ スペーサ
１０ 荷重負荷装置
２０ スクリュージャッキ
３０ ロードセル
４０ 連結ビーム
４１ ガイドローラ
５０ 中間スペーサ
６０ スライド支承装置
７０ スペーサ
Claims (5)
- 試験体に対しクリープ試験をすることにより得られたデータを用いて、ボイラ配管溶接部の損傷パラメータとクリープ寿命消費率との関係を示す余寿命診断曲線を作成する余寿命診断曲線作成方法であって、
前記クリープ試験において、粒界キャビティによるクリープ破壊が発生する条件で破壊試験をすることにより、前記余寿命診断曲線を作成する、余寿命診断曲線作成方法。 - 前記クリープ試験において、前記試験体に対し、前記試験体が実機において使用される場合にかかる応力の２倍までの大きさの多軸応力をかけることにより、前記余寿命診断曲線を作成する、請求項１に記載の余寿命診断曲線作成方法。
- 前記クリープ試験において、前記試験体を、実機における使用温度から、実機における使用温度に５０度を加算した温度までの範囲で加熱することにより、前記余寿命診断曲線を作成する、請求項１又は２に記載の余寿命診断曲線作成方法。
- 前記試験体は、実機サイズの１／２倍～１倍の大きさである、請求項１～３のいずれか１項に記載の余寿命診断曲線作成方法。
- 前記損傷パラメータは、ボイド面積率、ボイド個数密度、Ａパラメータ、及び亀裂長さのうち少なくとも１つである、請求項１～４のいずれか１項に記載の余寿命診断曲線作成方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2018568453A JP6733748B1 (ja) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 余寿命診断曲線作成方法 |
| PCT/JP2018/035372 WO2020065711A1 (ja) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 余寿命診断曲線作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2018/035372 WO2020065711A1 (ja) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 余寿命診断曲線作成方法 |
Publications (1)
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|---|---|
| WO2020065711A1 true WO2020065711A1 (ja) | 2020-04-02 |
Family
ID=69952944
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2018/035372 WO2020065711A1 (ja) | 2018-09-25 | 2018-09-25 | 余寿命診断曲線作成方法 |
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| JP (1) | JP6733748B1 (ja) |
| WO (1) | WO2020065711A1 (ja) |
Citations (5)
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| JPH1164326A (ja) * | 1997-08-25 | 1999-03-05 | Babcock Hitachi Kk | 高Ｃｒフェライト鋼溶接部のクリープ損傷評価方法 |
| WO2005124315A1 (ja) * | 2004-06-21 | 2005-12-29 | The Chugoku Electric Power Co., Inc. | クリープ余寿命の総合評価方法 |
| JP2014071053A (ja) * | 2012-10-01 | 2014-04-21 | Hitachi Ltd | 高温部材のクリープ損傷評価方法および損傷評価システム |
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-
2018
- 2018-09-25 JP JP2018568453A patent/JP6733748B1/ja active Active
- 2018-09-25 WO PCT/JP2018/035372 patent/WO2020065711A1/ja active Application Filing
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|---|---|
| JPWO2020065711A1 (ja) | 2021-01-07 |
| JP6733748B1 (ja) | 2020-08-05 |
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