高温強度について

　　　 １００ＭＰａ　　　　

１１ ≒ 　　＝ １０００ ５００－２８０

５０ 　＝ ４０

５００ １－ ２８０

＝ ４０

σ

’ １－ σ

＝ σ σ

ｕ ｍ ａ ｅｑ

×

図３のＳ-Ｎ線図を用いて、σ_{ｅ ｑ}に対する破断繰返し回数Ｎ_２を求めると、

Ｎ_２≒６×１０^５回、ｎ_２＝１２×１０^３回、ｎ_２／Ｎ_２＝１２／６×１０^２＝０．０２

（線形累積損傷則）

Ｄ＝Σn/N ＝０．６＋０．０２＝０．６２＜１．０

図12-26 レバー式クリープ試験機

この試験機では、レバーを通じて錘をぶら下げていて一定荷重が試験片に負荷される。中央 にある電気炉内に試験片がとりつけられており、一定温度、一定荷重下で試験片の伸びの変化 を測定する。クリープ試験前と後の試験片（ステンレス鋼）を図 12-27 に示す。このように、

金属材料であっても10%以上の大きな伸びを示す。

図12-27 クリープ試験片（手前が試験後、奥が試験前）

この試験機により、試験片の伸びの時間変化を計測すると図 12-28 のようなデータが得られ る。クリープの変形速度は、AB間で減少し、BC 間でほぼ一定、CD 間で増大する。D 点に到 達すると試験片は破断してしまう。これらの区間を各々、一次クリープ（遷移クリープ）、二次 クリープ（定常クリープ）、三次クリープ（加速クリープ）と呼んでいる。通常は、クリープ寿 命の大半を二次クリープの領域が占めるので、設計段階では温度と応力に対する固有のクリー プ速度を用いて、寿命予測を行った上で、安全裕度をとった上で設計が行われる。

高温において、逆に変形の方を一定に保つと、応力が時間とともに減少する。この状態をリ ラクゼーションと呼ぶ。クリープ変形は図 12-28 に示す通り、高応力、高温になるほど急速に 変形が進むので、早期に破断することになる。従って、材料の高温設計を行う場合、過度に変 形しないことと、破壊しないように配慮することが求められる。このような観点から高温設計

カウンター ウェイト

重錘 試験片

電気炉

に対する許容応力が決定される。例えば、米国機械学会規格ASME CODE Sec.Ⅰの場合、次の ４項目の中の最小値を許容応力とすることが規定されている。

1) 設計使用温度での降伏応力の2/3 2) 設計使用温度での引張強さの1/4

3) 設計使用温度で10⁵hに1％のひずみを生ずる応力 4) 設計使用温度での10⁵hで破断する応力の2/3

図12-29には、2.25Cr-1Mo鋼の許容応力の温度による変化を示す。この図のように、中温以

下の領域では、上記の1)2)の要因で許容応力が決まるが、770K(500℃)以上の高温では、3)4)の 要因で許容応力が決められ、クリープへの配慮が求められる。

図12-28 クリープ曲線の応力及び温度による変化

伸び

時間 A

B

C

D ×

高応力 高温

一次クリープ

二次クリープ

三次クリープ

図12-29 2.25Cr-1Mo鋼の許容応力の温度による変化