JP5684296B2 - Creep damage evaluation method - Google Patents
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Description
本発明は、動力用蒸気等によりクリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部のクリープ損傷評価方法に関する。 The present invention relates to a creep damage evaluation method for a weld portion of a cast steel material that is subjected to creep damage due to power steam or the like.
ボイラ配管等に用いられる圧延管の溶接部では、クリープ損傷すると寿命中期からクリープボイドが発生する。そして、寿命末期となってからき裂が発生する傾向にある。よって、通常の圧延管溶接部の余寿命評価では、クリープボイドの発生状況を指標とする。特許文献1には、ボイドを指標としたクリープ余寿命評価方法が開示されている。
In a welded portion of a rolled pipe used for boiler piping or the like, creep voids are generated from the middle of the life when creep damage occurs. And it exists in the tendency for a crack to generate | occur | produce after the end of life. Therefore, in the remaining life evaluation of a normal rolled pipe welded part, the occurrence of creep voids is used as an index.
蒸気タービン車室等と配管との鋳鋼材同士の溶接部においても、高温・高圧の条件下で長時間使用されるとクリープ損傷が生ずる。しかしながら、鋳鋼材の溶接部は、寿命中期から溶接による熱影響部(HAZ:Heat−affected zone)の粗粒域に微視き裂が発生する傾向があり、圧延材とその損傷メカニズムが異なる。そのため、クリープボイドを指標として作成されたマスターカーブを適用して鋳鋼材溶接部の損傷率を評価することができない。そこで、クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部について損傷率を評価できる手法が望まれる。 Even in a welded portion between cast steel materials such as a steam turbine casing and a pipe, creep damage occurs when used for a long time under high temperature and high pressure conditions. However, the welded portion of the cast steel material tends to generate a microcrack in the coarse-grained region of the heat-affected zone (HAZ) from the middle of the life, and the damage mechanism is different from that of the rolled material. Therefore, it is not possible to evaluate the damage rate of the welded portion of the cast steel by applying the master curve created using the creep void as an index. Therefore, a technique capable of evaluating the damage rate of a cast steel welded portion that undergoes creep damage is desired.
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、クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の損傷率を評価できるようにすることにある。 This invention is made | formed in view of such a situation, The objective is to enable it to evaluate the damage rate of the cast-steel-material weld part which receives a creep damage.
前述の目的を達成するため本発明は、クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部のクリープ損傷評価方法であって、前記鋳鋼材溶接部の粗粒域の単位面積において1粒界長さ全体に亘って粒界割れが発生した粒界の個数を指標として求め、当該指標に対する前記鋳鋼材溶接部の損傷率との関係を用いて前記クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の損傷率を評価することとしてもよい。このようにすることで、粗粒域の単位面積において1粒界長さ全体にわたって粒界割れが発生した粒界の個数を指標とし、この指標と損傷率との関係に基づいて損傷率を評価することができる。 The present invention for achieving the object of the pre-mentioned is a creep damage evaluation method of cast steel welds subjected to creep damage, over the entire grain boundary length in the unit area of the coarse range of the cast steel weld The number of grain boundaries where grain boundary cracking has occurred is obtained as an index, and the damage rate of the cast steel welded part subjected to creep damage is evaluated using the relationship with the damage rate of the cast steel welded part relative to the index. Also good. In this way, the number of grain boundaries where grain boundary cracking occurred over the entire grain boundary length in the unit area of the coarse grain region was used as an index, and the damage rate was evaluated based on the relationship between this index and the damage rate. can do.
前述のクリープ損傷評価方法において、前記指標と前記損傷率との関係は、前記鋳鋼材溶接部を有する試験片についてクリープ試験を行い、当該試験片がクリープ破断するまでの破断時間を求め、前記鋳鋼材溶接部を有する他の試験片について中途止めクリープ試験を行い、前記破断時間に対する前記中途止めクリープ試験における試験時間の割合を損傷率とし、前記損傷率における前記他の試験片から対応する前記指標を得ることにより求められることが好ましい。このようにすることで、損傷率とこの損傷率に対応する試験時間で中途止めクリープ試験がされた試験片から得られた指標との関係を適切に求めることができる。 In the creep damage evaluation method described above, the relationship between the index and the damage rate is determined by performing a creep test on a test piece having the cast steel material welded portion, obtaining a rupture time until the test piece undergoes a creep rupture, An intermediate stop creep test is performed on another test piece having a material weld, and the ratio of the test time in the intermediate stop creep test to the break time is defined as a damage rate, and the index corresponding to the other test piece in the damage rate It is preferable to be obtained by obtaining By doing in this way, the relationship between a damage rate and the parameter | index obtained from the test piece by which the halfway stop creep test was done by the test time corresponding to this damage rate can be calculated | required appropriately.
前述のクリープ損傷評価方法において、前記鋳鋼材は、クロムモリブデン鋼であることが好ましい。このように、優れた強度重量比を有しており、かつ、溶接が容易なクロムモリブデン鋼においても、鋳鋼材溶接部の熱影響部粗粒域では微視き裂が発生する。よって、この場合にも、1粒界以上の割れである微視き裂を指標としてクリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の損傷率を評価することができる。 In the creep damage evaluation method described above, the cast steel material is preferably chromium molybdenum steel. Thus, even in chromium molybdenum steel having an excellent strength to weight ratio and easy to weld, a microcrack occurs in the coarse-grained region of the heat-affected zone of the cast steel material weld. Therefore, also in this case, it is possible to evaluate the damage rate of a cast steel material welded portion that undergoes creep damage using a microcrack that is a crack at one grain boundary or more as an index.
前述のクリープ損傷評価方法において、前記鋳鋼材は、クロムモリブデンバナジウム鋼であることが好ましい。このように、バナジウムを添加することにより熱処理中に結晶粒が成長するのを抑え、強度と靱性を改善したクロムモリブデンバナジウム鋼においても、鋳鋼材溶接部の熱影響部粗粒域では微視き裂が発生する。よって、この場合にも、1粒界以上の割れである微視き裂を指標としてクリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の損傷率を評価することができる。 In the creep damage evaluation method described above, the cast steel material is preferably chromium molybdenum vanadium steel. In this way, even in chromium molybdenum vanadium steel, which suppresses the growth of crystal grains during heat treatment by adding vanadium and improves strength and toughness, it is microscopic in the heat affected zone coarse grain region of the cast steel material weld zone. Cracks occur. Therefore, also in this case, it is possible to evaluate the damage rate of a cast steel material welded portion that undergoes creep damage using a microcrack that is a crack at one grain boundary or more as an index.
本発明によれば、クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の熱影響部の粗粒域においては微視き裂が発生するため、1粒界以上の割れである微視き裂に関連する指標と鋳鋼材溶接部の損傷率との関係に基づいてクリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の損傷率を評価することができる。 According to the present invention, since a microcrack is generated in the coarse grain region of the heat-affected zone of the welded part of the cast steel material that undergoes creep damage, the index related to the microcrack that is a crack at one grain boundary or more and Based on the relationship with the damage rate of the cast steel weld zone, the damage rate of the cast steel weld zone subjected to creep damage can be evaluated.
図1は、鋳鋼材溶接部の説明図である。図1には、鋳鋼材配管1同士を溶接することに生じた鋳鋼材溶接部2が示されている。鋳鋼材配管1同士の溶接は配管の周方向にわたって行われる。このような鋳鋼材配管1内を圧力蒸気が通過すると、圧力蒸気による熱と周方向の応力が鋳鋼材溶接部2にも加わる。これにより、鋳鋼材溶接部2では、クリープ損傷が生ずる。このような鋳鋼材溶接部2のクリープ損傷は、例えば、鋳鋼材で製造された蒸気タービン車室と配管との間等における溶接部等で生ずることになる。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a welded portion of cast steel. FIG. 1 shows a cast steel material welded
鋳鋼材配管1(以下、「母材1」ということがある)同士を溶接すると、その中央には溶接金属部4が生ずる。母材1と溶接金属部4との間には、溶接による熱影響部3が存在する。熱影響部3は、溶接の熱で組織、冶金的性質、及び、機械的性質などが変化を生じた、溶融していない母材の部分である。熱影響部3は、溶接金属部2及び熱影響を受けていない部分の母材1とは、硬さ及び靱性において異なる性質を有する。
When the cast steel pipes 1 (hereinafter sometimes referred to as “
熱影響部3は、粗粒域3aと細粒域3bを含む。前述のような熱と周方向応力が加わると、粗粒域3aにおいて微視き裂が発生する。微視き裂は、粒界に複数のボイドが発生し、これらのボイドが連結することにより生ずる粒界割れである。
The heat affected
粗粒域3aにおいて発生した粒界割れは成長し、その範囲を拡大する。そして、微視き裂が細粒域3b又は溶接金属部2にまで成長すると、き裂も深くなり母材1を貫通するおそれがある。
Grain boundary cracks generated in the coarse grain region 3a grow and expand the range. When the microscopic crack grows up to the
ところで、圧延管における溶接部では、クリープ損傷が進展すると寿命中期からクリープボイドが発生する。そのため、圧延管溶接部では、従来よりクリープボイドの発生状況を指標とした余寿命評価が行われている。しかしながら、鋳鋼材溶接部2においては圧延材とは損傷メカニズムが異なるため、クリープボイドを指標とした余寿命評価手法を適用できない。
By the way, in the welded portion of the rolled pipe, when creep damage progresses, creep voids are generated from the middle of the life. For this reason, in the rolled pipe welded part, the remaining life evaluation is conventionally performed using the occurrence of creep voids as an index. However, since the damage mechanism is different from that of the rolled material in the cast steel material welded
そこで、以下に示す実施形態では、新たな指標を導入して、クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部における余寿命を評価する。 Therefore, in the embodiment described below, a new index is introduced to evaluate the remaining life in a cast steel welded portion that is subject to creep damage.
図2は、第1実施形態における鋳鋼材溶接部余寿命評価方法のフローチャートである。図2に示されるように、鋳鋼材溶接部余寿命評価方法では、単軸クリープ試験片の製作(S10)と、マスターカーブ作成(S12)と、実機評価(S14)が行われる。以下、これらの方法について説明する。 FIG. 2 is a flowchart of the cast steel material weld life remaining life evaluation method in the first embodiment. As shown in FIG. 2, in the cast steel welded part remaining life evaluation method, production of a uniaxial creep test piece (S10), creation of a master curve (S12), and actual machine evaluation (S14) are performed. Hereinafter, these methods will be described.
表1は、実機及び単軸クリープ試験片における母材部分の化学成分である。表1には、実機における各鋼種の成分と単軸クリープ試験片における各鋼種の成分が示されている。単軸クリープ試験片の製作(S10)では、実機としての一例である蒸気タービン材質にあわせ、表1に示す化学成分の1Cr1Mo(クロムモリブデン鋼)、及び、1Cr1Mo0.1V(クロムモリブデンバナジウム鋼)が製造される。
また、単軸クリープ試験片の製作において、実機材に近い材質の鋳造材を製造するため以下の処理が行われる。
(A)溶解、鋳込み
(B)焼きならし
(C)焼きもどし
(D)板材加工
(E)板材同士の溶接
(F)焼き鈍し
Further, in the production of the uniaxial creep test piece, the following processing is performed in order to produce a cast material that is close to the actual equipment.
(A) Melting and casting
(B) Normalizing
(C) tempering
(D) Plate material processing
(E) Welding between plate materials
(F) Annealing
(A)の溶解、鋳込みでは真空溶解炉が用いられ、上記成分の鋼塊が鋳造される。(B)の焼きならしでは、これら鋼塊を150℃以下から970℃±20℃に加熱し、その後、300℃まで空冷する。この焼きならしによって、組織が規定の組織へと調整される。ここで、規定の組織はフェライト+ベイナイトである。(C)の焼きもどしでは、150℃以下から最適温度まで加熱し、炉冷後、300℃以下まで空冷する。この焼きもどしによって、材料が規定の硬さ及び強度に調整される。 In melting and casting (A), a vacuum melting furnace is used to cast a steel ingot having the above components. In the normalization of (B), these steel ingots are heated from 150 ° C. or lower to 970 ° C. ± 20 ° C. and then air-cooled to 300 ° C. This normalization adjusts the organization to the prescribed organization. Here, the prescribed structure is ferrite + bainite. In the tempering of (C), heating is performed from 150 ° C. or lower to an optimum temperature, and after furnace cooling, air cooling is performed to 300 ° C. or lower. This tempering adjusts the material to a specified hardness and strength.
(D)の板材加工では、鋳込みによる鋼塊形状から、溶接可能な板材形状へと切削加工される。(E)の溶接では、これら板材(後述する図4において、20a及び20b)の端面同士が当接され、溶接される。溶接材料は、母材(図4において板材20a、20b)が1Cr1Moに対しては1.25Cr−0.5Mo系の溶接材料が使用される。また、母材が1CrMo−0.1Vに対しては、2.25Cr−1Mo系の溶接材料が使用される。(F)の焼き鈍しでは、150℃以下から最適温度まで加熱し、その後、300℃以下まで空冷する。この焼き鈍しによって、上記溶接による溶接応力が除去される。
In the plate material processing of (D), cutting is performed from a steel ingot shape by casting into a plate material shape that can be welded. In the welding of (E), the end faces of these plate materials (20a and 20b in FIG. 4 described later) are brought into contact with each other and welded. As the welding material, a 1.25Cr-0.5Mo-based welding material is used when the base material (
このようにして、板状試験体が製造されると、この板状試験体から単軸クリープ試験片が切り出される。 Thus, when a plate-shaped test body is manufactured, a uniaxial creep test piece is cut out from the plate-shaped test body.
図3は、単軸クリープ試験片10の説明図である。図4は、単軸クリープ試験片10が切り出される板状試験体20の説明図である。板状試験体20は、前述のように板材20a、20bの端面同士が溶接された試験体である。この板状試験体20からは複数(ここでは5つ)の単軸クリープ試験片10が切り出される。このとき、単軸クリープ試験片10のクリープ試験対象部に溶接線24が位置するように切り出される。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the uniaxial
板状試験体20において、溶接の開始端領域22及び溶接の終了端領域23は、溶接線24が安定しないため使用されない。単軸クリープ試験片10の切り出しは、板状試験体20をフライス盤により所定のサイズに切削切断(このとき不要箇所21も切除される)した後に、個々の部材を旋盤加工等することによってすることができる。このようにして、実機と同様の性質を有する単軸クリープ試験片10を複数製作する。
In the plate-
次に、製作した単軸クリープ試験片10について単軸クリープ試験を行ってマスターカーブを作成する(S12)。
Next, a uniaxial creep test is performed on the manufactured uniaxial
図5は、マスターカーブ作成のフローチャートである。表2は、単軸クリープ試験の試験条件である。
マスターカーブ作成では、まず、単軸クリープ試験片10に対して単軸クリープ試験が行なわれ、破断に至るまでの全寿命時間が求められる(S120)。上記単軸クリープ試験では、1Cr1Mo鋼については、温度575(℃)において95(MPa)の応力が与えられた。また、1Cr1Mo0.1V鋼については、温度575(℃)において125(MPa)の応力が与えられた。
In creating the master curve, first, a uniaxial creep test is performed on the uniaxial
その結果、1Cr1Mo鋼については、4,840.2(時間)と4,676.6(時間)で破断に至った。表2には、破断に至った時間の平均として「全寿命(破断時間)」の項目が設けられ、4,758,4(時間)が示されている。また、1Cr1Mo0.1V鋼では、「全寿命(破断時間)」として、3,842.9(時間)が示されている。 As a result, the 1Cr1Mo steel reached fracture at 4,840.2 (hours) and 4,676.6 (hours). In Table 2, an item of “total life (break time)” is provided as an average of the time to break, and 4,758, 4 (hours) is shown. In the case of 1Cr1Mo0.1V steel, 3,842.9 (hours) is shown as “total life (breaking time)”.
次に、全寿命時間に対して損傷率を乗じた試験時間で単軸クリープ試験が行われる(S122)。すなわち、破断に至る前に試験を中断する中途止め単軸クリープ試験が行われる。ここで、「損傷率」は、中途止め単軸クリープ試験の試験時間を全寿命時間で除した値(損傷率=中途止め試験時間/全寿命時間)である。このようにすることで、所定の損傷率に対応する中途止め単軸クリープ試験片を製作することができる。そして、所定の損傷率に対応する中途止め単軸クリープ試験片について、評価指標となる微視き裂を観察することができるようになる。 Next, a uniaxial creep test is performed for a test time obtained by multiplying the total life time by the damage rate (S122). That is, an interrupted uniaxial creep test is performed in which the test is interrupted before breaking. Here, the “damage rate” is a value obtained by dividing the test time of the interrupted uniaxial creep test by the total lifetime (damage rate = interruption test time / total lifetime). By doing so, it is possible to manufacture an interrupted uniaxial creep test piece corresponding to a predetermined damage rate. Then, it becomes possible to observe a microcrack serving as an evaluation index for the interrupted uniaxial creep test piece corresponding to a predetermined damage rate.
1Cr1Mo鋼では、83%の損傷率と50%の損傷率で中途止め単軸クリープ試験が行われた。すなわち、4,282.6(時間)及び2,379.5(時間)で単軸クリープ試験を中断した中途止め単軸クリープ試験片が製作された。また、1Cr1Mo0.1V鋼では、90%の損傷率と70%の損傷率と50%の損傷率で中途止めの単軸クリープ試験が行われた。すなわち、3,458.6(時間)、2,690.0(時間)、及び、1,921.4(時間)で単軸クリープ試験を中断した中途止め単軸クリープ試験片が製作された。 The 1Cr1Mo steel was subjected to an interrupted uniaxial creep test at a damage rate of 83% and a damage rate of 50%. That is, half-finished uniaxial creep test pieces were produced in which the uniaxial creep test was interrupted at 4,282.6 (hours) and 2,379.5 (hours). In addition, the 1Cr1Mo0.1V steel was subjected to a uniaxial creep test with a breakage of 90%, 70% and 50%. That is, half-finished uniaxial creep test pieces were produced in which the uniaxial creep test was interrupted at 3,458.6 (hours), 2,690.0 (hours), and 1,921.4 (hours).
次に、このようにして製作された、中途止め単軸クリープ試験片の粗粒域3aが観察され評価指標が求められる(S124)。観察は光学顕微鏡を用いて行うことができる。第1実施形態において、評価指標は「き裂個数密度」である。き裂個数密度は、以下の式(1)で表される。
ここで、「微視き裂」とは、1粒界以上の長さの割れである。また、「粒界」とは、結晶粒界であって、多結晶体において二つ以上の小さな結晶の間に存在する界面である。また、上式において、「評価対象範囲の面積」は、1(mm2)としている。 Here, the “microscopic crack” is a crack having a length of one grain boundary or more. The “grain boundary” is a crystal grain boundary, and is an interface existing between two or more small crystals in a polycrystal. In the above equation, “the area of the evaluation target range” is 1 (mm 2 ).
図6は、微視き裂個数の説明図である。図6には、観察される複数の結晶30とそれらの間の粒界31が実線で示されている。また、粒界31において、割れが生じ、き裂32となっているものは、粒界31よりも太い実線で示されている。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the number of microcracks. In FIG. 6, a plurality of observed
前述のように微視き裂は、1粒界以上の長さの割れである。これは、1粒界以上の連続する割れを意味する。また、1粒界以上に達していない割れについては微視き裂としてカウントされない。図6では、1粒界以上の長さの割れが2箇所で生じている。よって、微視き裂は2つとしてカウントされる。 As described above, the microcrack is a crack having a length of one grain boundary or more. This means continuous cracks at one grain boundary or more. Also, cracks that do not reach more than one grain boundary are not counted as microcracks. In FIG. 6, cracks having a length of one grain boundary or more occur at two locations. Therefore, micro cracks are counted as two.
このようにして、それぞれの中途止め単軸クリープ試験片について光学顕微鏡等を用いて観察し、微視き裂数をカウントする。そして、式(1)により、き裂個数密度が求められる。なお、き裂個数密度を求めるにあたっては、複数の中途止め単軸クリープ試験片から得られたき裂個数密度の平均値を採用することとしてもよい。 In this way, each half-finished uniaxial creep test piece is observed using an optical microscope or the like, and the number of microcracks is counted. And crack number density is calculated | required by Formula (1). In determining the crack number density, an average value of the crack number density obtained from a plurality of half-finished uniaxial creep test pieces may be employed.
表3は、中途止め単軸クリープ試験片から得られたき裂個数密度の表である。このようにして、各損傷率に対応するき裂個数密度を得ることができる。なお、表3の1Cr1Mo鋼において損傷率が100(%)のものについても示されているが、これは破断が生じた単軸クリープ試験片から得られたき裂個数密度である。このように、破断した損傷率100(%)の単軸クリープ試験片について粗粒域3aを観察し、評価指標に含めることもできる。
このようにして得られた評価指標(き裂個数密度)に基づいて、マスターカーブが作成される(S126)。マスターカーブは、損傷率と評価指標との関係を示す。 A master curve is created based on the evaluation index (crack number density) thus obtained (S126). The master curve shows the relationship between the damage rate and the evaluation index.
図7は、き裂個数密度を評価指標としたマスターカーブである。図7には、横軸を損傷率とし、縦軸をき裂個数密度としたマスターカーブが示されている。ここでは、前述の1Cr1Mo鋼及び1Cr1Mo0.1V鋼についてマスターカーブが得られている。 FIG. 7 is a master curve using the crack number density as an evaluation index. FIG. 7 shows a master curve in which the horizontal axis is the damage rate and the vertical axis is the crack number density. Here, master curves are obtained for the aforementioned 1Cr1Mo steel and 1Cr1Mo0.1V steel.
このように、き裂密度を評価指標とすることで、損傷率に対して評価指標が単純増加するマスターカーブを得ることができる。 Thus, by using the crack density as an evaluation index, a master curve in which the evaluation index simply increases with respect to the damage rate can be obtained.
次に、求められたマスターカーブに基づいて実機評価が行われる(S14)。実機評価では、実機における鋳鋼材溶接部の粗粒域を観察し、評価指標(第1実施形態においては、「き裂個数密度」)を求める。そして、求めた評価指標をマスターカーブにあてはめることにより、対応する損傷率を求めることができる。すなわち、余寿命を評価することができる。 Next, actual machine evaluation is performed based on the obtained master curve (S14). In the actual machine evaluation, the coarse grain region of the welded portion of the cast steel material in the actual machine is observed to obtain an evaluation index (“crack number density” in the first embodiment). Then, by applying the obtained evaluation index to the master curve, the corresponding damage rate can be obtained. That is, the remaining life can be evaluated.
前述のように、損傷率は、中途止め単軸クリープ試験時間を破断時間で除した値である。また、中途止め単軸クリープ試験時間は、実機におけるクリープ損傷を受けた経過時間に対応する。よって、損傷率を破断時間(表2)に乗ずることにより、クリープ損傷を受けた経過時間を推定することができる。また、破断時間からこの推定経過時間を差し引くことにより、概算の余寿命を推定することができる。 As described above, the damage rate is a value obtained by dividing the interrupted uniaxial creep test time by the rupture time. The interrupted single-axis creep test time corresponds to the elapsed time when the actual machine was damaged by creep. Therefore, by multiplying the damage rate by the rupture time (Table 2), it is possible to estimate the elapsed time of the creep damage. Also, the approximate remaining life can be estimated by subtracting this estimated elapsed time from the fracture time.
このようにして、微視き裂に関連する指標として「き裂個数密度」を用いたマスターカーブに基づいて、クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の余寿命を評価することができる。 In this way, it is possible to evaluate the remaining life of a welded portion of a cast steel material that is subject to creep damage based on the master curve using “crack number density” as an index related to the microcrack.
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、前述の評価指標算出(S124)において、「割れ粒界個数密度」を評価指標として採用する。なお、評価指標以外の箇所については、第1実施形態と同様であるので説明を省略し、第1実施形態と異なる部分である評価指標についての説明を行う。 Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, “crack boundary number density” is employed as an evaluation index in the above-described evaluation index calculation (S124). In addition, since it is the same as that of 1st Embodiment about parts other than an evaluation index, description is abbreviate | omitted and the evaluation index which is a different part from 1st Embodiment is demonstrated.
第2実施形態でも、ステップS122において作成された中途止め単軸クリープ試験片の粗粒域3aが観察され評価指標が求められる。ただし、第2実施形態において、評価指標は「割れ粒界個数密度」である。割れ粒界個数密度は、以下の式(2)で表される。
図8は、割れ粒界個数の説明図である。図8では、1粒界長さ全体にわたって粒界割れが2箇所で発生しているが、これら2箇所において粒界割れが発生している粒界は計5箇所ある。よって、割れ粒界は5つとしてカウントされる。ここで、第1実施形態と異なっているのは、第1実施形態では、割れ粒界が連続して繋がっていた場合にはそれが複数の粒界によるものであっても1個としてカウントした点である。しかしながら、第2実施形態では、複数の割れ粒界が連続して繋がっていた場合であっても粒界の個数を単位としてカウントしている。 FIG. 8 is an explanatory diagram of the number of crack boundaries. In FIG. 8, grain boundary cracks occur at two locations over the entire grain boundary length, but there are a total of five grain boundaries where grain boundary cracks occur at these two locations. Therefore, the number of crack boundaries is counted as 5. Here, the difference from the first embodiment is that in the first embodiment, when the crack grain boundaries are continuously connected, even if it is due to a plurality of grain boundaries, it is counted as one. Is a point. However, in the second embodiment, the number of grain boundaries is counted as a unit even when a plurality of crack grain boundaries are continuously connected.
このようにして、それぞれの中途止め単軸クリープ試験片について光学顕微鏡等を用いて観察が行われ、割れ粒界数がカウントされる。そして、式(2)により、割れ粒界個数密度が求められる。なお、割れ粒界個数密度を求めるにあたっては、複数の中途止め単軸クリープ試験片から得られた割れ粒界個数密度の平均値を採用することとしてもよい。 In this way, each half-finished uniaxial creep test piece is observed using an optical microscope or the like, and the number of crack boundaries is counted. And a crack grain boundary number density is calculated | required by Formula (2). In obtaining the crack grain boundary number density, an average value of the crack grain boundary number density obtained from a plurality of interrupted uniaxial creep test pieces may be employed.
表4は、中途止め単軸クリープ試験片から得られた割れ粒界個数密度の表である。このようにして、各損傷率に対応する割れ粒界個数密度を得ることができる。なお、表4の1Cr1Mo鋼において損傷率が100(%)のものについても示されているが、これは破断が生じた単軸クリープ試験片から得られた割れ粒界個数密度である。このように、破断した損傷率100(%)の単軸クリープ試験片について粗粒域3aを観察し、評価指標に含めることもできる。
このようにして得られた評価指標(割れ粒界個数密度)に基づいて、マスターカーブが作成される(S126)。マスターカーブは、損傷率と評価指標との関係を示す。 A master curve is created based on the evaluation index (number number of crack grain boundaries) thus obtained (S126). The master curve shows the relationship between the damage rate and the evaluation index.
図9は、割れ粒界個数密度を評価指標としたマスターカーブである。図9には、横軸を損傷率とし、縦軸を割れ粒界個数密度としたマスターカーブが示されている。このように、割れ粒界個数密度を評価指標とすることで、損傷率に対して評価指標が単純増加するマスターカーブを得ることができる。そして、このマスターカーブに基づいて、クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の余寿命を評価することができる。 FIG. 9 is a master curve using the number density of crack boundaries as an evaluation index. FIG. 9 shows a master curve in which the horizontal axis is the damage rate and the vertical axis is the number density of crack boundaries. Thus, by using the number density of crack boundaries as an evaluation index, a master curve in which the evaluation index simply increases with respect to the damage rate can be obtained. And based on this master curve, the remaining life of the cast steel material welded part which receives a creep damage can be evaluated.
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態では、前述の評価指標算出(S124)において、「き裂長さ」を評価指標として採用する。なお、評価指標以外の箇所については、第1実施形態と同様であるので説明を省略し、第1実施形態と異なる部分である評価指標についての説明を行う。 Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, “crack length” is employed as an evaluation index in the above-described evaluation index calculation (S124). In addition, since it is the same as that of 1st Embodiment about parts other than an evaluation index, description is abbreviate | omitted and the evaluation index which is a different part from 1st Embodiment is demonstrated.
第3実施形態でも、ステップS12において作成された中途止め単軸クリープ試験片の粗粒域3aが観察され評価指標が求められる。ただし、第3実施形態において、評価指標は「き裂長さ」である。「き裂長さ」は、以下の式(3)で表される。
図10は、き裂長さの説明図である。図10では、1粒界長さ全体にわたって粒界割れが2箇所で発生している。すなわち、2箇所で微視き裂が発生している。具体的にはL1からL5で示された範囲で微視き裂が発生している。よって、この2箇所の微視き裂の長さの和(積算値)が求められる。なお、図10のL2で示された粒界割れは、1粒界以上の長さを有していないが、L1で示された粒界割れと連続しており、1粒界以上の割れとして積算対象となる。 FIG. 10 is an explanatory diagram of the crack length. In FIG. 10, grain boundary cracks occur at two locations over the entire length of one grain boundary. That is, microcracks have occurred at two locations. Specifically, a microcrack has occurred in the range indicated by L1 to L5. Therefore, the sum (integrated value) of the lengths of these two microcracks is obtained. In addition, although the grain boundary crack shown by L2 of FIG. 10 does not have the length beyond one grain boundary, it is continuous with the grain boundary crack shown by L1, and is a crack more than one grain boundary. It becomes the object of accumulation.
このようにして、それぞれの中途止め単軸クリープ試験片について光学顕微鏡を用いて観察が行われ、微視き裂の長さの積算値が求められる。そして、式(3)により、き裂長さが求められる。なお、き裂長さを求めるにあたっては、複数の中途止め単軸クリープ試験片から得られたき裂長さの平均値を採用することとしてもよい。 In this way, each half-finished uniaxial creep test piece is observed using an optical microscope, and an integrated value of the microcrack length is obtained. And crack length is calculated | required by Formula (3). In determining the crack length, an average value of crack lengths obtained from a plurality of half-stopped uniaxial creep test pieces may be employed.
表5は、中途止め単軸クリープ試験片から得られたき裂長さの表である。このようにして、各損傷率に対応するき裂長さを得ることができる。なお、表5の1Cr1Mo鋼において損傷率が100(%)のものについても示されているが、これは破断が生じた単軸クリープ試験片から得られたき裂長さである。このように、破断した損傷率100(%)の単軸クリープ試験片について粗粒域3aを観察し、評価指標に含めることもできる。
このようにして得られた評価指標(き裂長さ)に基づいて、マスターカーブが作成される(S126)。マスターカーブは、損傷率と評価指標との関係を示す。 A master curve is created based on the evaluation index (crack length) thus obtained (S126). The master curve shows the relationship between the damage rate and the evaluation index.
図11は、き裂長さの積算値を評価指標としたマスターカーブである。図11には、横軸を損傷率とし、縦軸をき裂長さとしたマスターカーブが示されている。このように、き裂長さを評価指標とすることで、損傷率に対して評価指標が単純増加するマスターカーブを得ることができる。そして、このマスターカーブに基づいて、クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の余寿命を評価することができる。 FIG. 11 is a master curve using an integrated value of crack length as an evaluation index. FIG. 11 shows a master curve in which the horizontal axis is the damage rate and the vertical axis is the crack length. Thus, by using the crack length as an evaluation index, a master curve in which the evaluation index simply increases with respect to the damage rate can be obtained. And based on this master curve, the remaining life of the cast steel material welded part which receives a creep damage can be evaluated.
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。 The above description of the embodiment is for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
例えば、上記実施形態では、1Cr1Mo鋼及び1Cr1Mo0.1V鋼を例に説明を行ったが、他の鋳鋼材溶接部においても同様に適用することができる。また、損傷率について、1Cr1Mo鋼では、50%、83%、及び、100%を採用し、1Cr1Mo0.1V鋼では、50%、70%、及び、90%を採用したが、他の損傷率を採用することとしてもよく、また、より多くの損傷率サンプルに対する評価指標を得ることとしてもよい。 For example, although 1Cr1Mo steel and 1Cr1Mo0.1V steel have been described as examples in the above embodiment, the present invention can be similarly applied to other cast steel welds. In addition, as for the damage rate, 50%, 83% and 100% were adopted for 1Cr1Mo steel, and 50%, 70% and 90% were adopted for 1Cr1Mo0.1V steel. It is good also as employ | adopting and it is good also as obtaining the evaluation parameter | index with respect to more damage rate samples.
1…鋳鋼材配管、2…溶接部、3…熱影響部、3a…粗粒域、3b…細粒域、10…単軸クリープ試験片、20…板状試験体、21…不使用領域、22…溶接開始端領域、23…溶接終了端領域、24…溶接線、30…結晶、31…粒界、32…微視き裂
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記鋳鋼材溶接部の粗粒域の単位面積において1粒界長さ全体に亘って粒界割れが発生した粒界の個数を指標として求め、当該指標に対する前記鋳鋼材溶接部の損傷率との関係を用いて前記クリープ損傷を受ける鋳鋼材溶接部の損傷率を評価することを特徴とするクリープ損傷評価方法。 A creep damage evaluation method of cast steel welds subjected to creep damage,
The number of grain boundaries where intergranular cracking has occurred over the entire grain boundary length in the unit area of the coarse grain region of the cast steel material welded part is obtained as an index, and the damage rate of the cast steel material welded part relative to the index A creep damage evaluation method characterized by evaluating a damage rate of a welded portion of a cast steel material that receives the creep damage using a relationship.
前記指標と前記損傷率との関係は、
前記鋳鋼材溶接部を有する試験片についてクリープ試験を行い、当該試験片がクリープ破断するまでの破断時間を求め、
前記鋳鋼材溶接部を有する他の試験片について中途止めクリープ試験を行い、前記破断時間に対する前記中途止めクリープ試験における試験時間の割合を損傷率とし、
前記損傷率における前記他の試験片から対応する前記指標を得ることにより求められることを特徴とするクリープ損傷評価方法。 The creep damage evaluation method according to claim 1 ,
The relationship between the index and the damage rate is
A creep test is performed on the test piece having the cast steel material weld, and the rupture time until the test piece creep ruptures is obtained.
Performing a halfway stop creep test on the other test piece having the cast steel material weld, the ratio of the test time in the halfway stop creep test with respect to the rupture time as a damage rate,
A creep damage evaluation method, which is obtained by obtaining the corresponding index from the other test piece at the damage rate.
前記鋳鋼材は、クロムモリブデン鋼であることを特徴とするクリープ損傷評価方法。 The creep damage evaluation method according to claim 1 or 2 ,
The creep damage evaluation method, wherein the cast steel material is chromium molybdenum steel.
前記鋳鋼材は、クロムモリブデンバナジウム鋼であることを特徴とするクリープ損傷評価方法。 The creep damage evaluation method according to claim 1 or 2 ,
The creep damage evaluation method, wherein the cast steel material is chromium molybdenum vanadium steel.
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