非定常クリープ構成式に基づく高温材料設計・評価
システムの開発
著者
丸山 公一
非定常クリープ構成式に基づく
高温材料設計･評価システムの開発
(07555653)平成7年度∼平成9年度科学研究費補助金(基盤研究(A) (1))研究成果報告書
平成10年3月
研究代表者 丸 山 公 一(東北大学大学院工学研究科 教授)
非定常クリープ構成式に基づく
高温材料設計･評価システムの開発
(07555653)平成7年度∼平成9年度科学研究費補助金(基盤研究(A) (1))研究成果報告書
平成10年3月
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研究代表者 丸 山 公 一(東北大学大学院工学研究科 教授)
はしがき
この報告書は,平成7-9年度に文部省科学研究費の補助金で行われた研究
｢非定常クリープ構成式に基づく高温材料設計･評価システムの開発｣に関す
る成果をまとめたものである.報告書は9章からなる.
研究の目的
高温構造材科には,高い性能の信頼性が要求される.しかしその性能は,短
時間試験結果に基づいて,高温･高応力での短時間試験,クリープ変形の定式
化,低温･低応力への外挿という手順で推定される.しかしこの定式化および
外挿に問題があり,それが性能の信頼性を十分保証できない原因となっている
本研究は高温クリープデータの定式化および外挿に関する問題点を解決し,高
温材料設計･評価システム-発展させることを目的とする.
研究成果
第1章 材料組織と高温強度の相関
材料の強度は,その材料の組織(析出物や第2相の形態･体積比,転位組織,
結晶粒径など)と組織の安定性に支配される.この章では,耐熱鋼,ニッケル
基超合金, TiAl金属間化合物を用いてクリープ試験を行った.そして,初期組
織の違いおよび組織安定性の違いが,高温変形および高温強度に及ぼす影響を
検討した.
第2章 高温変形挙動
固溶強化は,材料組織と同様に,高温材料の重要な強化手法である.本章で
は単相材料を中心に,固溶元素による強化機構および高温変形機構を検討した.
第3章 高温破壊
本章では,粒界にある第2相が高温破壊におよはす影響及びクリープき裂成
長挙動について検討した.
第4章 長時間クリープ強度
実験室レベルの研究では,時間的制約から,短時間試験結果に基づいて種々
の議論を行うことが多い.しかし,その議論は,実際に材料を使う長時間試験
の結果を踏まえたものである必要がある.本章では,科学技術庁金属材料研究
所で蓄積してきた長時間クリープ試験結果に基づいて,長時間クリープ挙動の
特徴,短時間試験結果との相違点などについて検討した.
第5章 構成式による長時間クリープ挙動評価
短時間試験データに基づいて,長時間クリープ挙動を推定する種々の手法が,
これまでに提案されている.本章では,破断パラメータ法, f2法, iso-stress法などについて,長時間挙動を評価する方法を検討し,その改良を試みた.
第6章 組織変化によるクリープ寿命評価
5章で取り扱った評価手法は,評価精度は高いが,プラントから材料を切り
取りクリープ試験を行う破壊的手法である.これとは別に,組織観察等から非
破壊的に寿命消費を評価することも工学的に重要である.この章では組織観察
からクリープ寿命消費を評価する手法を検討した.
第7章 プラントでの実証試験
プラントで実際に使っている材料の調査は,実験だけでは得られない多くの
情報を与えてくれる.本章では,プラントで使われた材料の組織,機械的性質
などの変化を調査した.
第8章 高温材料の開発
本章では2Cr-W系および9-12Cr-W系耐熱鋼の開発の経緯について報告す
る.第9章 データベース利用システムの開発
この章では, Object指向のデータベースシステムを用いて材料データベースを利用する方法論を検討した.
研究組織
研究代表者:丸山 公一
研究分担者:八木 晃一
研究分担者:増山不二光
研究分担者:小野 陽
研究分担者:鈴木真由美
研究経費
平成7年度
平成7年度
平成9年度
計
(東北大学大学院工学研究科 教授)
(科学技術庁金属材料技術研究所
環境性能研究部 部長(研究職))(三菱重工業㈱ ･長崎研究所
主敢研究職))(東北大学大学院工学研究科 助教授)
(東北大学大学院工学研究科 助手)
9, 400千円 2円
円
円
千千千
o o 0 o o 0 6 6 2 1 1 ● 5 2 1研究発表
(1)学会誌等
1. -- HCM12A Pipe Production, Properties and Welding Consumable Development '■
Y. Sawaragi, A. Iseda, K. Ogawa, F. Masuyama and T. Yokoyama
The EPRuNational Power Conference, New Steels for Advanced Plant up to
620℃, p.45-55, 1995年, 5月. 2. --hcone1713Cのγ朋の形態とクリープ強度特性に及ぼす応力の影響一一
永井秀雄,木村一弘,阿部富士雄,八木晃一
鉄と鋼, γol.81, p.667-672, 1995年, 6月.3. -tフェライト鋼の基底クリープ強度特性に及ぼす微量合金元素の影響…
木村一弘,九島秀昭,八木晃一,田中千秋
鉄と鋼, γol.81, p.757-762, 1995年, 7月. 4. ■■溶接構造物の寿命予測一一増山不二光
非破壊検査, vol.44, 477-484, 1995年, 7月. 5. --110Cr-30Mnオーステナイト鋼のクリープ挙動に及ぼす冷間庄延の効果一I馬場栄次,金丸 修,阿部富士雄,八木晃一
鉄と鋼,γol.81,p.845-850, 1995年, 8月.6.日走荷重クリープにおける仮想的初期歪速度と歪速度加速国子の意味一一
遠藤孝雄,石 建中,増山不二光
鉄と鋼,γol.81,p.862-867, 1995年, 8月.7. " Dealing with Physical Quantities on Object-Oriented Database '. N.Ono
Artificial Intelligence in Engineering, vol.9, p.191-201, 1995年, 8月.
8. .'Development ofa High StrengthLew Alloy Steel for Boiler Materials ''
Y. Sawaragi, A. Iseda, F. Masuyama and T. Yokoyama
proc. of 2nd Inter. Co止on Heat-Resistant Matedlas Ⅱ, ASM, p･287-294, 1995
年,9月.
9. ''Experiences with Newly Developed Tungsten Strengthened Ferritic Steel Tubes
in A Power Plant一一
F･ Masuyama, N･ Komai, T･ Yokoyama, A･ Iseda, S･ Yamamoto and M･ Igarashi Proc. Materials Issues in Heat Exchangersand Boilers Conference, p･ I 19-130,
1995年,10月.
10. -'金属材科の経年変化と寿命予測"
八木晃一,阿部富士雄
シュミレーション,vol.15,p.3-12,1996年,1月.
ll.
'■ポイラ用高強度2.25Cr-1.6W系鋼管(HCM2S)の開発■-増山不二光,横山知充,石原岩見,伊勢田敦朗,植木義淳,小川和博
火力原子力発電, γol.47,p.184-193, 1996年,2月.12.
--ポイラ部材の寿命評価技術の現状と技術的課題'-増山不二光,横山知充
圧力技術, γol.34, 37-49, 1996年, 3月.13. -- A Study on hrson-Miller Parameter Constant for 2･25Cr-lMo Steel
Creep-Rupture Data "
M. Yamauchi, Y. Chuman, N. Nishimura and F. Masuyama
IMechE Conf. Trans., vol.C494/048, p. 51 1-519, 1996年, 4月.
14. -●ポイラ用タングステン強化型9-12%Cr鋼管について"
増山不二光
配管技術, p.72-79, 1996年, 5月15. --炭素鋼の複雑なクリープ変形挙動に及ぼす高温時効の影響と基底クリ
ープ強度一一木村一弘,九島秀昭,阿部富士雄,八木晃一
鉄と鋼(日本鉄鋼協会誌) ,γol.82,p.713-718, 1996年,8月.16. ''Leng-term Creep and Rupture Behaviour of Heat Resisting Steels andAlloys ''
K. Ygai and F. Abe
IMechE. Conf. Trams., γol.C494/005, p.41-50, 1996年, 9月.
17. --TiAlのクリープ変形とクリープ強度一一
丸山公一
まてりあ(日本金属学会報) ,γol.35,p.1070-1076, 1996年, 10月.
1 8. -- General Creep Characteristics of α2 Single-Phase Polycrystalline Intermetallics -I
Y. Nagae, K. Maruyama and H. Oikawa
Mater. S°i. Eng., γol.A213, p.32-36, 1996年, 11月.
19. .I High Temperature Strength of αTi-AI Alloys with aLecally Ordered Structure ''
J. Koike, K. Egashira, K. Maruyama and H･ Oikawa
Mater. S°i. Eng., γol.A213, p.98-102, 1996年, 11月.
20.日高窒素9Cr-2Co鋼の高温クリープ変形機構一一
原 顕一郎,増山不二光,遠藤孝雄
鉄と鋼, γol.82, p.1041-1046, 1996年, lュ月. 21. MSUS347H鋼の長時間クリープ破断特性に及ぼす粒界析出物の影響■■田中秀雄,村田正治,阿部富士雄,八木晃一
鉄と鋼,γol.83,p.72-77, 1997年, 1月. 22. ･･ lCr_Mo_Ⅴ鋼のクリープき裂成長特性に及ぼす試験片板厚の影響■-4田淵正明,久保 清,八木晃一
材料, γol.46, p.53-57, 1997年, 1月.
23. -■NCF800H合金の長時間応力リラクセーション特性一一
大場敏夫,金丸 修,八木晃一,田中千秋
材札vol.46, p.19-24, 1997年, 1月.
24. '. Remalnlng LifePrediction by the Iso-Stress Method of Boiler Tubes after
Prolonged Service"
0. Kanemaru, M. Shimizu, T. Ohba, H. Miyazaki, F. Abeand K. Yagi Mater. S°i. Res. hter., γol.3, p.31-36, 1997年, 1月.
25. " Data Retrieval with Object Matching ln an Object-Oriented Material Database l'
N.Ono
Proc.of Inter. Symp. On Cooperative Database Systems for Advanced
Applications, p.496-503, 1997年, 1月.
26. -- E飴ct of Nitorgen on the High Temperature Creep Behavior of 9Cr-2Co Steel ''
K. Hara, H. Aoki, F. Masuyama and T. Endo
ISU htemational, γol.37, p.181-187, 1997年, 2月.
27. --クリープ挙動解析法の最近の進歩と実用合金への通用一一
遠藤孝雄,増山不二光
まてりあ(日本金属学会報) ,γol.36,p.225-231,1997年,3月. 28. --火力発電プラントにおけるクリープ損傷の評価･診断-I増山不二光
非破壊検査, γol.46, 163-171, 1997年, 3月, 29. "f2法によるMod.9Cr-lMo鋼のクリープ余寿命評価"野中 勇,鳥畑政二,木原重光,馬木秀雄,丸山公一
材札vol.46, p.438-442, 1997年, 4月.30. " hprovement ofOmega Method for Creep Life Prediction lT
K. Maruyama, I･ Nonaka, K･ Sawada, H･ Sato, J･ Koike and H･ Umaki
ISU Intemational, vol.37, p.419-423, 1997年, 4月.
31.日ペニイング放電マイクロ･スパッタリングを用いた微細組織観察用表面
のしい形成法"
田中秀雄,西川英一,阿部富士雄,八木晃一,杉田利男
鉄と鋼, γol.83, p.263-268, 1997年,4月.
32. ''The hnuence of Fracture Mechanisms on the Creep Crack Growth Behavior of 316 Stainless Steel "
K. Yagi, M. Tabuchi and K. Kubo
Eng. Fracture Mechanics, vol.57, p.463-473, 1997年, 5月･
33. .I New steelforadvanced coal fired plant up to 620℃一一
E. Metcalfe, W. T. Bakker, R. Blum, R. P. Bygate, T. B. Gibbons, J. Hald,
F. Masuyama, H. Naoi, S. Price and Y. Sawaragl
IMechE Conf. Trams., vol.C522/027, p.189-199, 1997年, 5月.
34. -- An Expedment on lntemet Material Database SeⅣice with MOOD-SX H
N.Ono
Computerization and Networking of Materials Databases, ASTM.-STP,
vol.1311, p.63-74, 1997年, 5月.
35. ''The Effect of the Tramp Elements on the Creep Property of the Modified 9 Cr-1
MoSteel"
N. Nishimura, M. Ozaki and F. Masuyama
proc. 5th IntemationaI Conference on CLEAN STEEL, vol･2, p･1 17-126, 1997
年,6月.
36. ''Examination of Deformation Mechanism Maps in 2.25Cr-lMo Steel by Creep
Tests at Strain Rates of 10-ll to 10-6S'l ''
K. Maruyama, K. Sawada, J. Koike, H. Satoand K. Yagi
Mater. S°i. Eng., γol.A224, p.166-172, 1997年, 6月.
37. --改良9Cr-lMo鋼のクリープ変形中の組織変化と寿命評価-I
津田浩太,丸山公一,小峰龍司,永江勇二
鉄と鋼,γol.83,p.466-471, 1997年,7月.
38. ■'3-Year Experimence with 2.25Cr-1.6W(HCM2S) and 12Cr-0･4M0-2W
(HCM12A) Steel Tubes in a Power Boiler l'
F. Masuyama, N. Komai and T. Yokoyama
proc. Inter. Conf. on Power Engineering-97, vol.2, p.95-100, 1997年, 7月. 39. ''Development of 0.06C-2.25Cr11.6W-V-Nb Steel(HCM2S)for large Diameter
and Thick Wall Pipe ''
Y. Yamadera, M. Tgarashi, K. Okada, F. Masuyama, T. Yokoyamaand N･
Komai
proc. hter. Conf. on Power Engineering-97, vo1.2, p.71-76, 1997年, 7月.
40. " Intelligent Material Database Service withthe Object-Oriented Databease System
●-N.Ono
Proc. of IPMM97 Australiasia-Pacific Forum on Intelligent Processing and
Manufacturing ofMaterials, vol.1, p.476-482, 1997年, 7月.
41. .'Effects of the third element on creep behavior ofAl-Mg and dFe-Be solid
solution alloys''
H. Sato, K. Maruyama and H. Oikawa
Mater. S°i. and Eng., γol.A234-236, p. 1067-1070, 1997年, 8月.
42. ''hfluence of Liquid-Phase Inclusion on High-Temperature Deformation
Behavior in Al-Bi Alloys …
J. Koike, K. Miki, K. Mamyama and H. Oikawa
Mater. S°i. Eng., γol.A234-236, p. 525-528, 1997年, 8月.
43. ''Effects of Grain Boundary Amorphous Phase on High-Temperature Ductility ln
Alumina Polycrystals -I
J. Koike, H. Oikawa, S. Wakiya, T. Takeda and K･ Maruyama
Mater. S°i. and Eng. γol.A234-236, p. 529-532, 1997年, 8月.
44. ■■超高温発電プラント用材科の現状川
増山不二光
熱処理, γol.37,195-203, 1997年, 8月.
45. " Effects of hmellar Spacing, Volume Fraction and Grain Size on Creep Strength
of Fully hmellar TiAl alloys '.
K. Maruyama, R. Yamamoto, H. Nakakukiand N･ Fujitsuna
Mater. S°i. Eng., γol.A239-240, p.419-428, 1997年, 12月.
(2)出版物 1. --Alの高温クリープ挙動に及ぼす微量zrの影響一結晶粒形状の効果-", 丸山公一,吾妻祥子,三浦恒正;
アルミニウム合金の材料物性に対する微量元素の役割(Ⅱ),軽金属学会,
p.34-43, 1995年6月. 2. "クリープ変形および破壊一一, 丸山公一; 高温材料の開発と連用,日本金属学会, p.ト12, 1996年1月. 3. --TiAl系単相材および2相材のクリープ一一, 丸山公一,及川 洪;金属間化合物一新高温材料としての可能性-,金属間化合物共同研究会
編,日本金属学会, p.194-202, 1996年2月.4. -■高温強度の材料科学-クリープ理論と実用材料-の通用川,
丸山公一,中島英治, 内田老鶴圃, p1-329, 1997年4月. 7第1章 材料組織と高温強度の相関
一一hcond713Cのγ欄の形態とクリープ強度特性に及ぼす応力の影響■-永井秀雄,木村一弘,阿部富士雄,八木晃一
鉄と鋼, γol.81,p.667-672, 1995年, 6月. 一一110Cト30Mnオーステナイト鋼のクリープ挙動に及ぼす冷間圧延の効果川 馬場栄次,金丸 修,阿部富士雄,八木兵-鉄と鋼, vol.81, p.845-850, 1995年, 8月. .-TiAlのクリープ変形とクリープ強度…丸山公一
まてりあ(日本金属学会報) ,γol.35,p.1070-1076, 1996年, 10月.-'Effects of hmellarSpacing, Volume Fractionand Grain Size on CJuP Strengthof Fully
hmellar TiAlalloys ''
K. Mamyama, R. Yamamoto, H. Nakakukiand N. Fujitsuna
TOUR ： Tohoku University Repository コメント・シート 本報告書収録の学術雑誌等発表論文は本ファイルに登録しておりません。なお、このうち東北大学 在籍の研究者の論文で、かつ、出版社等から著作権の許諾が得られた論文は、個別にTOUR に登録 しております。 TOUR http://ir.library.tohoku.ac.jp/
