JP4865741B2

JP4865741B2 - 鋼管の曲げ部の損傷評価方法

Info

Publication number: JP4865741B2
Application number: JP2008019689A
Authority: JP
Inventors: 伸彦齋藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2028-01-30
Also published as: JP2009180610A

Description

本発明は、オーステナイト系耐熱鋼等の鋼管の曲げ加工を行うに際し、鋼管の曲げ部の状況を、鋼管を破損することなく評価可能にした鋼管の曲げ部の損傷評価方法に関する。

火力発電プラント等の高温応力下で用いられているオーステナイト系耐熱鋼のクリープ、クリープ疲労等の高温損傷を評価する方法としては、従来下記の手法が用いられてきた。
１）使用されている材料を抜管し（切り出し）、クリープ破断試験、クリープ疲労試験等の破壊試験を行って、未使用状態からの強度低下度を評価する破壊試験法。
２）使用された温度、応力、時間から未使用材の強度を用いて、損傷度を推定する応力解析法。
３）実際に使用されたオーステナイト系耐熱鋼において、高温探傷と直接関係する粒界析出物及びボイドを定量化して探傷評価する非破壊法（ＳＵＳ材等は、簡易的な寿命評価技術をして、ボイド線密度またはボイド面密度などの非破壊手法が確立されている）。
尚、かかる非破壊手法には、特許文献１（特開平６−３４６２５号公報）および特許文献２（特開平６−５０９６６号公報）等の技術も含まれる。

前記１）〜３）の方法を、図４のブロック図に示し、前記１）は図４の（１）、前記２）は図４の（２）、前記３）は図４の（３）にそれぞれ対応する。

特開平６−３４６２５号公報特開平６−５０９６６号公報

しかしながら、前記１）〜３）の手法には、次のような問題がある。
１）の破壊試験法では、使用材を抜管する必要があり、その後の運転のためには、切断工事に加えて、復旧工事の費用、工期がかかってしまう。また、長時間使用された傷を評価するには、運転条件に近い状態で試験を実施する必要があり、評価に時間を要する。また、曲げ部によってはクリープ破断試験片を採取できないという問題もある。
２）の強度評価法では、使用材を抜管する必要はないが、評価に実際に使用された材料ではなく、同じ種類の材料データを用いることから、実際に使用された材料強度データと応力解析の評価に用いた材料強度との差に起因した誤差が生じることがあった。

３）の非破壊法は比較的有効な手法であるが、ボイド自体のばらつきが大きく、精度が低い。また、曲げ部の挙動がそれと同じかどうかの検証もできていない。
また、前記特許文献１（特開平６−３４６２５号公報）および特許文献２（特開平６−５０９６６号公報）等の技術も同様な問題を有している。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、抜管や精密研磨を必要としない非破壊方法であって、鋼管の曲げ部の外径、管厚、扁平率を計測するだけの簡単な評価方法で以って、高精度の探傷評価が可能な鋼管の曲げ部の損傷評価方法を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、次の２つの手法を特徴としている。
（１）鋼管の曲げ加工を行うに際し、鋼管の曲げ後における扁平率：Ｓ０（（鋼管の最大外径−鋼管の最小外径）／（公称外径））×１００に設定し、さらに高温応力下で使用中の扁平変化率：Ｓ１（使用中途時の扁平率Ｓ／未使用材の扁平率Ｓ０）×１００に設定し、該扁平変化率Ｓ１が、予め設定された一定値よりも小さくなったとき、前記鋼管に異常が発生したものと判定することを特徴とする（請求項１）。

（２）鋼管の曲げ加工を行うに際し、鋼管の曲げ後における扁平率：Ｓ０を（（鋼管の最大外径−鋼管の最小外径）／（公称外径））×１００、扁平変化率：Ｓ１を（使用中途時の扁平率Ｓ／未使用材の扁平率Ｓ０）×１００とし、鋼管の曲げ後における外径変化率：Ｕを（使用中途時の外径／未使用材の外径））×１００に設定し、鋼管の曲げ後における管厚変化率：Ｔを（使用中途時の肉厚／未使用材の肉厚）×１００とし、Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕが予め設定された一定値よりも小さくなったとき、前記鋼管に異常が発生したものと判定することを特徴とする（請求項２）。

本発明によれば、
１）鋼管の扁平変化率：Ｓ１を（使用中途時の扁平率Ｓ／未使用材の扁平率Ｓ０）×１００に設定し、さらに該扁平率：Ｓ０を（（鋼管の最大外径−鋼管の最小外径）／（公称外径））×１００に設定して、かかる扁平変化率：Ｓ１の実績データを、前記鋼管の曲げ部の内圧クリープ中途止め試験により蓄積して、許容の一定値を実績として設定しておく。
そして、任意の試験鋼管で曲げ部の内圧クリープ試験を行い、その試験結果から扁平変化率：Ｓ１を求めて、この扁平変化率：Ｓ１を前記許容の一定値と比較する。そして該扁平変化率：Ｓ１が前記許容の一定値よりも小さくなったとき、前記鋼管に異常が発生したものと判定することができる。

２）また、係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕ、Ｔは管厚変化率（使用中途時の肉厚／未使用材の肉厚）×１００、Ｕは外径変化率（使用中途時の外径／未使用材の外径））×１００）とし、
かかる係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕの実績データを、前記鋼管の曲げ部の内圧クリープ中途止め試験により蓄積して、許容の係数Ｋの一定値Ｋ０を実績として設定しておく。
そして、任意の試験鋼管で曲げ部の内圧クリープ試験を行い、その試験結果から前記係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕを求めて、この係数Ｋを前記許容の一定値Ｋ０と比較する。そして係数Ｋが前記許容の一定値Ｋ０よりも小さくなったとき、前記鋼管に異常が発生したものと判定することができる。

以上の２つの方法により、鋼管の扁平変化率：Ｓ１あるいは係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕを求めておき、この、鋼管の扁平変化率：Ｓ１あるいは係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕの２つの値のいずれか又は双方が許容の一定値よりも小さくなったとき、鋼管に異常が発生したものと判定するので、抜管や精密研磨を必要としない非破壊方法であって、鋼管の曲げ部の外径、管厚、扁平率を計測するだけの簡単な評価方法で以って、高精度の探傷評価が可能な鋼管の曲げ部の損傷評価方法を得ることができる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１（Ａ）は本発明の実施例にかかるオーステナイト系耐熱鋼からなる鋼管の曲げ試験時の部分図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ断面図である。
図１において、鋼管１００を半径Ｒ０で曲げる。ｔは肉厚である。前記半径Ｒ０で曲げたときの、鋼管１００の曲げ後の各寸法から、次の値を算出する。
尚、Ｄｍｘが最大外径、Ｄｍｎが最小外径である。また、１００ａが曲げ後、１００ｂが未使用時である。

まず、前記鋼管１００において、曲げ後の各寸法から、
扁平率：Ｓ０を（（鋼管の最大外径Ｄｍｘ−鋼管の最小外径Ｄｍｎ）／（公称外径））×１００を測定し、さらに、
扁平変化率：Ｓ１を（使用中途時の扁平率Ｓ／未使用材の扁平率Ｓ０）×１００
を測定する。

即ち、鋼管１００の扁平変化率：Ｓ１を（使用中途時の扁平率Ｓ／未使用材の扁平率Ｓ０）×１００に設定し、この扁平率：Ｓ０を（（鋼管の最大外径−鋼管の最小外径）／（公称外径））×１００に設定する。
そして、かかる扁平変化率：Ｓ１の実績データを下記実施例に示すように、前記鋼管１００の曲げ部の内圧クリープ中途止め試験により実績として蓄積しておき、該扁平変化率：Ｓ１の許容の一定値を実績として設定しておく。
次いで、任意の試験鋼管１００の曲げ部の内圧クリープ試験を行い、その試験結果から扁平変化率：Ｓ１を求めて、この扁平変化率：Ｓ１を下記実施例に対応させ、許容の一定値Ｓ１０よりも小さくなったとき、前記鋼管に異常が発生したものと判定することができる。

また、前記鋼管１００において、
鋼管の曲げ後における外径変化率：Ｕを（使用中途時の外径Ｄ／未使用材の外径））×１００
及び
鋼管の曲げ後における管厚変化率；Ｔ（使用中途時の肉厚ｔ／未使用材の肉厚）×１００
を測定し、これに、
前記扁平変化率：Ｓ１を（使用中途時の扁平率Ｓ／未使用材の扁平率Ｓ０）×１００
を用いて、
Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕ（１）
を算出する。

この場合は、係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕ（１）式は、管厚変化率Ｔ（使用中途時の肉厚／未使用材の肉厚）×１００、外径変化率Ｕ（使用中途時の外径／未使用材の外径））×１００及び
前記扁平変化率：Ｓ１を（使用中途時の扁平率Ｓ／未使用材の扁平率Ｓ０）×１００の関数とする。
そして、かかる係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕの実績データを下記実施例に示すように、前記鋼管１００の曲げ部の内圧クリープ中途止め試験により実績として蓄積しておき、許容の係数Ｋの一定値Ｋ０を実績として設定しておく。
そして、任意の試験鋼管１００の曲げ部の内圧クリープ試験を行い、この係数Ｋを、下記実施例に対応させ、許容の一定値Ｋ０よりも小さくなったとき、前記鋼管に異常が発生したものと判定することができる。

以上の２つの方法により、鋼管１００の扁平変化率：Ｓ１あるいは係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕを求めておき、この、鋼管１００の扁平変化率：Ｓ１あるいは係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕの２つの値のいずれか又は双方が前記許容の一定値よりも小さくなったとき、鋼管１００に異常が発生したものと判定するので、抜管や精密研磨を必要としない非破壊方法であって、鋼管１００の曲げ部の外径Ｄ、管厚ｔ、扁平率Ｓを計測するだけの簡単な評価方法で以って、高精度の探傷評価が可能な鋼管１００の曲げ部の損傷評価方法を得ることができる。

図２は、本発明の実施例を示すオーステナイト系耐熱鋼からなる鋼管の曲げ部の内圧クリープ中途止め試験の結果、つまり破断までに数回中途めして測定した評価成績表、図３は図２の評価成績評価表を示すグラフで、いずれもＴ（中途止め時間）／Ｔｒ（破断時間）をベースに示している。
図２〜図３において、Ｓ１が扁平変化率、Ｋが前記係数を示す。

図２〜３において、オーステナイト系耐熱鋼からなる鋼管においては、Ｓ１及びＫは、クリープ初期ではＴ／Ｔｒに対して大きく減少し、Ｔ／Ｔｒの初期から中期に掛けては略一定で、Ｔ／Ｔｒの中期から後期にかけてまた減少する。
かかる図２〜３に示す、クリープ曲げ試験の結果に、前記のような鋼管１００の扁平変化率：Ｓ１あるいは係数Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕを対応させてプロットする。

そして、前記Ｓ１が許容の一定値ＳＩ０以下となったとき、前記鋼管１００に異常が発生したものと判定することができる。
また、前記Ｋが許容の一定値Ｋ０以下となったときにも前記鋼管１００に異常が発生したものと判定することができる。

本発明によれば、抜管や精密研磨を必要としない非破壊方法であって、鋼管の曲げ部の外径、管厚、扁平率を計測するだけの簡単な評価方法で以って、高精度の探傷評価が可能な鋼管の曲げ部の損傷評価方法を提供できる。

（Ａ）は本発明の実施例にかかるオーステナイト系耐熱鋼からなる鋼管の曲げ試験時の部分図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ断面図である。前記実施例におけるオーステナイト系耐熱鋼からなる鋼管の曲げ試験データの一例である。前記オーステナイト系耐熱鋼からなる鋼管の曲げ部の内圧クリープ中途止め試験データの線図である。従来方法を示すブロック図である。

符号の説明

１００鋼管
１００ａ曲げ後
１００ｂ未使用時
Ｓ１扁平変化率
Ｋ係数

Claims

鋼管の曲げ加工を行うに際し、鋼管の曲げ後における扁平率：Ｓ０（（鋼管の最大外径−鋼管の最小外径）／（公称外径））×１００を設定し、さらに高温応力下で使用中の扁平変化率：Ｓ１（使用中途時の扁平率Ｓ／未使用材の扁平率Ｓ０）×１００を設定し、該扁平変化率Ｓ１が、予め設定された一定値よりも小さくなったとき、前記鋼管に異常が発生したものと判定することを特徴とする鋼管の曲げ部の損傷評価方法。
鋼管の曲げ加工を行うに際し、鋼管の曲げ後における扁平率：Ｓ０を（（鋼管の最大外径−鋼管の最小外径）／（公称外径））×１００、扁平変化率：Ｓ１を（使用中途時の扁平率Ｓ／未使用材の扁平率Ｓ０）×１００とし、鋼管の曲げ後における外径変化率：Ｕを（使用中途時の外径／未使用材の外径））×１００に設定し、鋼管の曲げ後における管厚変化率：Ｔを（使用中途時の肉厚／未使用材の肉厚）×１００とし、Ｋ＝Ｔ・Ｓ１／Ｕが予め設定された一定値よりも小さくなったとき、前記鋼管に異常が発生したものと判定することを特徴とする鋼管の曲げ部の損傷評価方法。