JPH10185798A - 応力負荷耐環境性評価法 - Google Patents

応力負荷耐環境性評価法

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JPH10185798A
JPH10185798A JP34494396A JP34494396A JPH10185798A JP H10185798 A JPH10185798 A JP H10185798A JP 34494396 A JP34494396 A JP 34494396A JP 34494396 A JP34494396 A JP 34494396A JP H10185798 A JPH10185798 A JP H10185798A
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JP
Japan
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load
jig
stress
environment
sample
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JP34494396A
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English (en)
Inventor
Makoto Ishibashi
良 石橋
Shigeyoshi Nakamura
重義 中村
Hiroyuki Doi
裕之 土井
Kensho Matsuda
憲昭 松田
Hiroshi Kimoto
寛 木本
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Hitachi Ltd
Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】所定の曲げ応力負荷を維持した状態で耐環境性
を評価できる応力負荷耐環境性評価法を提供する。 【解決手段】応力負荷耐環境性評価法では、試料に曲げ
荷重を負荷する治具と、治具を内部に収納できる容器を
もち容器内雰囲気の温度,圧力及び組成を調整できる疑
似環境再現装置と、治具に荷重する荷重装置とから成る
応力負荷耐環境性評価装置を用いて、試料に曲げ応力を
負荷した状態での耐環境性を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は応力負荷耐環境性評
価法に関する。
【0002】
【従来の技術】種々の産業用機器を構成する材料の使用
環境における耐性を評価するのに、応力無負荷の条件で
あれば容器内雰囲気の温度,圧力及び組成を調整できる
疑似環境再現装置を用いてその容器内に試料を設置する
だけで良い。しかし多くの産業用機器部品は、例えばボ
イラ用管ならば内外圧力差により、タービン翼ならば回
転による遠心応力により応力負荷の状態にある。応力に
よる影響は、例えば、SCC(Stress Corrosion Cracki
ng, 応力腐食割れ)にみられるように無視できないこと
がある。
【0003】従来SCCの評価で用いられている方法
は、個々の板状試料にねじの締め付けにより曲げ応力を
負荷できる治具を取り付け、治具ごと疑似環境再現装置
の容器に設置する方法が知られている。また、クリープ
試験機及び疲労試験機等の荷重装置の試料部に疑似環境
再現装置の容器を取り付けて、引張・圧縮荷重下での耐
環境性を評価する方法が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ねじの締め付
けにより曲げ応力を負荷できる治具を用いる方法では、
試料及び治具の熱膨張差により、温度を変えた場合初期
の設定通りの曲げ応力負荷が維持されていない。またク
リープ試験機及び疲労試験機等の荷重装置の試料部に疑
似環境再現装置の容器を取り付けた方法では、曲げ応力
下での耐環境性を評価することはできない。
【0005】本発明の目的は所定の曲げ応力負荷を維持
した状態で耐環境性を評価できる応力負荷耐環境性評価
法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の応力負荷耐環境
性評価法は、試料に曲げ応力を負荷する治具と、治具を
内部に収納できる容器をもち且つ容器内雰囲気の温度,
圧力及び組成を調整できる疑似環境再現装置と、治具に
荷重する荷重装置とから成る応力負荷耐環境性評価装置
を用いて、試料に曲げ応力を負荷した状態での耐環境性
を評価する方法である。
【0007】治具は、耐環境性,強度及び靱性に優れた
材料で作製され、荷重装置より治具自体に引張もしくは
圧縮荷重が負荷されると治具に支持された試料に曲げ応
力が負荷される構造であり、且つ複数の試料を支持する
ことができる構造である。
【0008】さらに本発明の応力負荷耐環境性評価法
は、治具に形状が異なる複数の試料を同時に支持させる
ことにより、同時に負荷応力の異なる複数の試料を評価
できる方法である。
【0009】さらに本発明の応力負荷耐環境性評価法
は、荷重装置により一定荷重を負荷すること、もしくは
予め荷重制御装置にプログラムされた波形の荷重を負荷
することができる、または一定ひずみ量で荷重を負荷す
ること、もしくは予め荷重制御装置にプログラムされた
波形のひずみ量で荷重を負荷することができる。
【0010】さらに本発明の応力負荷耐環境性評価法
は、疑似環境再現装置の容器内雰囲気が所定の温度,圧
力及び組成とした空気,水,腐食性ガス,腐食性液体で
ある方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】
(実施例1)図1に本発明の応力負荷耐環境性評価法で
用いられる応力負荷耐環境性評価装置1の概略図を示
す。応力負荷耐環境性評価装置1は、試料に曲げ応力を
負荷する治具10と、治具を内部に収納できる容器21
をもち且つ容器内雰囲気の温度,圧力及び組成を調整で
きる疑似環境再現装置20と、治具に荷重する荷重装置
30とから成る。
【0012】治具10を図2に示す。この治具は耐環境
性,強度及び靱性に優れた材料であるIN718で作製
され、荷重装置30よりプルロッド311を通じて治具
自体に圧縮荷重が負荷されると治具に支持された板状試
料40に曲げ応力が負荷される構造であり、且つ複数の
試料を支持することができる構造である。試料は4個の
支持軸111で固定され、かつずれ止め112及び支持
軸固定部113の構造により荷重負荷時に外れない。
【0013】試料の部位の内、内側2個の支持軸より中
心側の全部位は、同曲げモーメントをもつので図3に示
すように曲げ応力が等しい。またこれより外側の部位は
外側の支持軸に向かって連続的に曲げ応力が減少してい
る。このように同一試料でも、曲げ応力が同じ領域と連
続的に曲げ応力が変化している領域があり、耐環境性評
価試験後所定の曲げ応力に対する評価だけでなく、所定
より小さい曲げ応力に対する評価もできる。
【0014】また負荷する曲げ応力は板状試料40の厚
さに関係するので、厚さの異なる試料を治具に同時に固
定することにより、同時に異なる曲げ応力が負荷された
試料の評価ができる。
【0015】荷重装置30は、図1及び図4に示すよう
に防振パッド312を敷いて床に据え付けられたベース
313と、ベース上に固定されたテーブル314と、テ
ーブル314上に立てられた支柱315と、支柱315
に取り付けられたクロスヨーク3160と、クロスヨー
ク3160を昇降させる昇降ジャッキ3161と、昇降
ジャッキ3161に伝えられる油圧を制御する昇降マニ
ホールド3162と、クロスヨーク3160を固定する
クランプジャッキ3163及びクランプボルト3164
と、クランプジャッキ3163に伝えられる油圧を制御
するクランプマニホールド3165と、クロスヨーク3
160に取り付けられ試験時プルロッド311を通じて
ひずみ量を検出するロードセル317と、テーブル31
4に取り付けられプルロッド311を通じて治具10に
荷重を負荷するアクチュエータ318と、アクチュエー
タ318の出力を制御する制御装置32とジャッキ316
1,3163とアクチュエータ318に油圧を供給する
荷重源33からなる。
【0016】制御装置32は、一定荷重を負荷する、も
しくは予め荷重制御装置32にプログラムされた波形の
荷重を負荷するという荷重制御と、一定ひずみ量で荷重
を負荷すること、もしくは予め荷重制御装置32にプロ
グラムされた波形のひずみ量で荷重を負荷するというひ
ずみ量制御ができる。
【0017】疑似環境再現装置20は、構成部品を一部
図4内に示すが、荷重装置30のプルロッド311の間
に取り付けられた治具10全体を内蔵でき且つ外気から
遮断できる容器21と、容器21を荷重装置本体31に
固定する容器固定治具と、温度保持装置24として容器
全体を加熱できる加熱炉と、加熱炉を荷重装置本体31
に固定する加熱炉固定治具241と、加熱炉に電流を供
給し且つ温度を制御する加熱炉制御装置25と、加熱炉
制御装置に容器内の温度を伝える温度伝達線と、腐食性
ガスを所定の圧力及び組成にする腐食ガス生成装置22
0と、腐食ガス生成装置から容器内にガスを送る送気管
と、容器から排ガスを排気する排気管と、排気管より送
られた排ガスを無害化する排ガス処理装置230から成
る。疑似環境再現装置20のフロー図を図5に示す。疑
似環境再現装置20の腐食性ガス経路、特に送気管,容
器及び排気管は、耐腐食性の高い材料であるSUS310S で
作製した。疑似環境再現装置20の仕様を表1に示す。
【0018】
【表1】
【0019】本発明の応力負荷耐環境性評価装置1を用
いて、ガスタービン動翼用Ni基合金に対し、300,
500,700℃の3温度の常圧水蒸気中で、曲げ応力
490MPaを負荷した時のスケール厚さの経時変化を調
べた結果を図6に示す。
【0020】(実施例2)実施例1記載の応力負荷耐環
境性評価装置1において、疑似環境再現装置20は温度
保持装置24として加熱炉に代えて冷却装置を取り付け
ることができる。冷却装置は、熱交換器にて冷却された
冷媒を容器に張り巡らした冷却管内に流し容器内を冷却
する。本装置を用いれば、低温での耐環境性を評価でき
る。
【0021】(実施例3)実施例1記載の応力負荷耐環
境性評価装置1において、試料40に曲げ荷重を負荷す
る治具10を実施例1記載の4点支持治具の代わりに図
7に示す3点支持治具を用いることができる。3点支持
治具は、4点支持治具のような広い等曲げ応力域を持た
ないが、中央の支持軸から両端の支持軸に向かって連続
的に曲げ応力が変化しており、応力変化に対する耐環境
性を同試料で観察することができる。またこのような曲
げ応力負荷状態は実機において頻繁にみられるので、応
力負荷耐環境性評価として意味がある。
【0022】図7に示す治具は実施例1記載の治具にみ
られるずれ止め112を別部品として付けず、図のよう
に本体ブロック114を切り込むことにより試料長手方
向に外れることを防いでいる。
【0023】(実施例4)実施例1記載の応力負荷耐環
境性評価装置1において、試料40に曲げ荷重を負荷す
る治具10は荷重装置30により圧縮荷重が負荷される
ことにより試料に曲げ応力を負荷する構造であるが、図
8に示す治具は荷重装置30により引張荷重が負荷され
ることにより試料40に曲げ応力を負荷する構造であ
る。既存の荷重装置30は引張荷重を負荷する装置であ
ることが多く、これらの荷重装置に図8に示す治具と疑
似環境再現装置20を取り付けるだけで応力負荷耐環境
性評価を行うことができる。図9,図10に定荷重を負
荷できる既存の荷重装置301を示す。
【0024】図9に示す定荷重装置301は、反力受3
191を設けることにより治具10に対して重錘331
による荷重を1本のプルロッド311を通じて直接負荷
することができる。重錘331はベット3141内に格
納され、扉3142を開閉してその加減を行う。そのた
め外乱による振動を抑えることができる。また温度保持
装置24を上方に移動して試料の設置が行える構造にな
っている。
【0025】図10に示す定荷重装置301は、レバー
321を設けることにより、直接荷重の装置より少量の
重錘331で治具10に荷重することができる。
【0026】(実施例5)実施例1及び4記載の応力負
荷耐環境性評価装置1は、大型の荷重装置30を必要と
する。しかし、図11に示す構造にすれば、横型管状炉
を温度保持装置24として用いることができ、簡便な設
備で応力負荷耐環境性評価を行うことができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、温度変化により設定し
た応力が評価試験中変化することなしに、産業用機器を
構成する材料に対して曲げ応力下での耐環境性の評価を
行うことができる。形状の異なる試料を用いれば、同時
に異なる曲げ応力下での耐環境性の評価も行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の応力負荷耐環境性評価装置の説明図。
【図2】試料に曲げ応力を負荷する治具の説明図。
【図3】4点支持治具と支持された試料に負荷される曲
げ応力の説明図。
【図4】荷重装置本体の斜視図。
【図5】疑似環境再現装置のフローチャート。
【図6】本発明の応力負荷耐環境性評価法で得た結果の
一例を示す説明図。
【図7】3点支持治具と支持された試料に負荷される曲
げ応力の説明図。
【図8】引張荷重によって試料に曲げ応力を負荷する治
具の説明図。
【図9】定荷重を負荷できる既存の荷重装置例1の平面
図。
【図10】定荷重を負荷できる既存の荷重装置例2の平
面図。
【図11】簡便な設備で応力負荷耐環境性評価を行うこ
とができる構造を示す説明図。
【符号の説明】
10…試料に曲げ荷重を負荷する治具、12…プルロッ
ド締め付けねじ、13…固定棒、14…固定棒固定ね
じ、111…支持軸、112…ずれ止め、113…支持
軸固定部、114…本体ブロック、150…治具取り付
け金具、311…プルロッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 重義 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 土井 裕之 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 松田 憲昭 茨城県日立市幸町三丁目2番2号 日立ニ ュークリアエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 木本 寛 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料に曲げ応力を負荷する治具と、前記治
    具を内部に収納できる容器をもち前記容器内雰囲気の温
    度,圧力及び組成を調整できる疑似環境再現装置と、前
    記治具に荷重する荷重装置とから成る応力負荷耐環境性
    評価装置を用いて、試料に曲げ応力を負荷した状態での
    耐環境性を評価することを特徴とする応力負荷耐環境性
    評価法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の前記治具は、耐環境性,
    強度及び靱性に優れた材料で作製され、前記荷重装置よ
    り治具自体に引張もしくは圧縮荷重が負荷されると治具
    に支持された試料に曲げ応力が負荷される構造であり、
    複数の試料を支持することができる構造である応力負荷
    耐環境性評価法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の前記治具に形状が異なる
    複数の試料を同時に支持させることにより、同時に負荷
    応力の異なる複数の試料を評価する応力負荷耐環境性評
    価法。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の前記荷重装置は、一定荷
    重を負荷すること、もしくは予め荷重制御装置にプログ
    ラムされた波形の荷重を負荷する応力負荷耐環境性評価
    法。
  5. 【請求項5】請求項1に記載の前記荷重装置は、一定ひ
    ずみ量で荷重を負荷すること、もしくは予め荷重制御装
    置にプログラムされた波形のひずみ量で荷重を負荷する
    応力負荷耐環境性評価法。
  6. 【請求項6】請求項1に記載の前記疑似環境再現装置の
    容器内雰囲気は、所定の温度,圧力及び組成である空
    気,水,腐食性ガス,腐食性液体である応力負荷耐環境
    性評価法。
JP34494396A 1996-12-25 1996-12-25 応力負荷耐環境性評価法 Pending JPH10185798A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010131519A1 (ja) 2009-05-12 2010-11-18 三菱重工業株式会社 タービン翼の遠心応力模擬試験方法及び装置
US8513020B2 (en) * 2009-12-08 2013-08-20 National Oilwell Varco, L.P. Corrosion testing apparatus and methods
CN104458400A (zh) * 2014-12-10 2015-03-25 北京科技大学 一种高温高压水汽环境结构材料试验装置
CN105424501A (zh) * 2015-12-23 2016-03-23 北汽福田汽车股份有限公司 起重机底架刚度测评方法及装置
CN106323850A (zh) * 2016-08-15 2017-01-11 中国石油天然气集团公司 一种评价钻杆内涂层耐蚀性能的装置和方法

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