JP3803314B2 - クリープボイドの非破壊検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にクリープボイドの非破壊検出方法に関し、さらに詳しく言えば、供用中のボイラ等の高温機器において、交流磁化法により非破壊測定された量を用いて、クリープボイドを検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリープ損傷を非破壊評価するにあたり、供用中の材料の金属組織を観察し、クリープボイドの発生率により損傷量を評価する方法が多く用いられてきた。この方法は、実機の金属組織の一部（数ｍｍ^２）をレプリカに写し取り、光学顕微鏡または電子走査型顕微鏡を用いて、ボイド率、炭化物の析出、結晶粒性状等の組織状態を評価し、損傷率と対応させている。
【０００３】
レプリカ採取のために、測定時に実機の表面を鏡面研磨し、腐食させる前処理が必要である。また、写し取ったレプリカの評価においては、ラボ等に持ち帰り材料の損傷機構に応じて解析しなければならない。そのため、測定と評価には高度の熟練と多大な時間が要求される。その結果、時間とコストとの関係を勘案して、測定個所を選択しなければならなかった。従来は、運転時間が同じ場合は、温度および応力が高い部位を中心に測定が行われていた。しかし、実機において必ずしもその部位の損傷が高いとは限らず、詳細な観察を行う前に、簡便に損傷の可能性がある部位を探し出す方法が求められていた。
【０００４】
交流磁化法によれば、小型プローブを強磁性試験体に接触させて交流磁化し、そのときの磁化波形を解析することで溶接後熱処理温度の推定（例えば、下記特許文献１）、クリープ損傷の検出（例えば、下記特許文献２）等ができることが、提案された。しかし、この交流磁化法では、クリープ温度および時間ならびに負荷応力ごとに、交流磁化特性のマスターカーブを作成して損傷との対応を行わなければならず、現地において簡便にクリープボイドの検出を行うことはできなかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５２７８５号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５５３０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、供用中のボイラ等の高温機器において、交流磁化測定より、現地において簡便かつ非破壊的にクリープボイドを検出する方法を提供することを課題にしている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
クリープボイドは、熱時効による組織の変化を基にして負荷応力の影響により生じる。このことから、本発明では、クリープ試験体に対する交流磁化の測定結果から熱時効の影響を除くことにより、クリープボイド発生を簡便に検出する方法を提案する。
【０００８】
本発明のクリープボイドの非破壊検出方法は、実機と同等な熱時効測定量を予めマスターカーブとして求めること、実機の測定量から引き算をすることでクリープボイド損傷量を抽出することからなる。ボイド検出評価を行うに当たり、クリープ途中止め試験時の組織観察を行い、クリープボイド損傷量の閾値を求めることができる。実機において同じ供用温度で、応力負荷がある部位と、応力負荷がないと見なせる部位とがあれば、これを熱時効測定量として用いることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１−４を参照して、本発明に基づくクリープボイドの非破壊検出方法の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の方法の概要を示す概略説明図である。本発明の方法では、熱時効試験体の交流磁化法によって測定したデータに基づいてマスターカーブを作成し、そのマスターカーブを用いて、ボイラ等の磁性体高温構造材料の供用中に生じたクリープボイドを現地で簡便に検出する。
【００１１】
ボイラ等の高温機器の実機は、運転温度および時間が管理され、記録として残されている。部位による損傷の違いは、部位による設計応力の差、想定されていなかった応力変動等に起因すると考えられる。
【００１２】
ここで、応力負荷を受けていない金属組織の温度と時間とによる変化は、熱時効として表される。材料の高温クリープ損傷が、熱時効と応力損傷の独立変数として取り扱うことができ、実用的な供用範囲における温度や応力状態において相互作用がなく、線形的な結合として表すことができる場合を考える。
【００１３】
交流磁化法によるクリープ時の測定量Ｍ^Ｃ（Ｔ，ｔ，σ）は、下記（１）式に示すように、熱時効量Ｍ^Ａ（Ｔ，ｔ）とクリープボイド損傷量Ｂ（σ）の和であるとすれば、下記（２）式に示すように非破壊測定されたＭ^Ｃ（Ｔ，ｔ，σ）から、熱時効量を引き算することでクリープボイド損傷量を抽出することが可能となる。ただし、Ｔは温度、ｔは時間、σは応力である。
【００１４】
【数１】

【００１５】
【数２】

【００１６】
測定可能な量は、クリープ測定量と熱時効測定量であるから、予めＴ、ｔ、σが既知の場合、実機の測定量から、実機と同等な熱時効測定量をマスターカーブにより求めておき、実機の測定量から引き算をすることでクリープボイド損傷量を抽出することが可能となる。
【００１７】
次に、ボイド検出評価を行うに当たり、Ｂ（σ）の閾値を決定しなければならない。閾値の決定は、クリープ途中止め試験時の組織観察を行い、ボイド発生時点のＢ（σ）より求める。
【００１８】
これにより、予め熱時効による交流磁化信号の変化およびその材料におけるボイド発生における交流磁化量の変化を求めておくことで、予め運転時間と温度とが既知である部位について、現地測定時においてクリープボイドの発生の有無を判断できる。
【００１９】
なお、実機において同じ供用温度で、応力負荷がある部位と、応力負荷がないと見なせる部位とがあれば、これを熱時効測定量として用いることもできる。
【００２０】
図４は、本発明の方法において用いられる交流磁化測定装置の一例の概略構成線図である。
【００２１】
図４において、交流磁化プローブ１は、強磁性体のクリープボイド材である試験片２を交流磁化しかつ交流磁化された波形を検出する。周波数発生器３は試験片２に印加される交流磁束を交流磁化プローブ１に発生させるため、その交流磁化プローブ１に励磁電圧（または電流）を印加する。前置増幅器４は、交流磁化プローブ１で検出された交流磁化波形を増幅すると共に、周波数発生器３からの励磁電圧（または電流）を増幅する。波形収録解析装置５は、前置増幅器４からの信号（ｘ１、ｘ２）を受けて交流磁化測定値を記録、解析する。
【００２２】
【実施例１】
２．２５Ｃｒ―１Ｍｏ鋼のクリープボイド検出
図２は、２．２５Ｃｒ―１Ｍｏ鋼の再現熱影響部材における熱時効試験時およびクリープ試験時の交流磁化特性（第三高調波比の変化）を示す。第三高調波比は、励磁周波数の強度と第三高調波の強度の比をｄＢとして表したものである。図２において横軸はラーソンミラーパラメータでそれぞれ表示されている。クリープ温度は８７３Ｋで、応力は３９ＭＰａおよび５４ＭＰａである。
【００２３】
第三高調波比は、共にＬＭＰが大きくなる（クリープ時間または熱時効時間が長くなる）に従って低下し、破断材の値が一番小さくなった。
【００２４】
第三高調波比では、熱時効試験片はＬＭＰ共に測定値は徐々に低下している。クリープ試験片ではＬＭＰ２１以降において、測定値が急速に低下した。
【００２５】
図３は、２．２５Ｃｒ―１Ｍｏ鋼の再現熱影響部材における第三高調波比のマスターカーブ法によるボイド検出例を示す。同図は、図２のクリープ測定値から熱時効測定値を除いて作成された。図３中の曲線は、３９ＭＰａおよび５４ＭＰａの負荷応力ごとに求めたが、いずれも第三高調波比２．０ｄＢ以上では、組織観察においてクリープボイドは検出されず、２．０ｄＢ未満において、クリープボイドが観察された。これより、２．２５Ｃｒ―１Ｍｏ鋼の再現熱影響部の第三高調波比におけるクリープボイド判定値は、２．０ｄＢといえる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、供用中のボイラ等の高温機器において、交流磁化測定法により、簡便かつ非破壊的に現地においてクリープボイドを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の概要を示す概略説明図である。
【図２】２．２５Ｃｒ―１Ｍｏ鋼の再現熱影響部材における熱時効試験時およびクリープ試験時の交流磁化特性（第三高調波比の変化）を示すグラフである。
【図３】２．２５Ｃｒ―１Ｍｏ鋼の再現熱影響部材における第三高調波比のボイド検出例を示す
【図４】本発明の方法を実施するさいに用いる交流磁化測定装置の概略構成線図である。

Claims (3)

1. 実機の交流磁化法による第三高調波比の測定量から、実機と同等な熱時効に関連する測定量として交流磁化法により測定された第三高調波比の対応する値を引き算し、その差分をクリープボイド損傷量として抽出することからなるクリープボイドの非破壊検出方法。
2. クリープ途中止め試験時の組織観察を行い、クリープボイド発生時点の上記クリープボイド損傷量を閾値として求めることからさらになる、請求項１に記載の方法。
3. 実機において同じ供用温度における応力負荷がない部位の第三高調波比を、上記実機と同等な熱時効に関連する測定量として用いることからさらになる、請求項１又は２に記載の方法。

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