高クロム鋼製高温機器の設備診断技術の開発

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(1)２主要な研究成果重点（プロジェクト）課題 - 設備運用･保全技術の高度化. 高クロム鋼製高温機器の設備診断技術の開発高効率かつ大規模電源である超々臨界. 背景・目的. 圧（ U S C ）火力発電所において、高クロム鋼. 製高温機器に対する信頼性の高い設備診断技術の確立が求められている。. （ 9 C r 鋼、1 2 C r 鋼）製大径管の各種の溶接. 本課題では、高クロム鋼製大径管の懸念. 部でクリープ損傷に起因する不具合が発生. 事項である周溶接部や管台溶接部のクリー. した事例がある。大径管の不具合はUSC火. プ損傷に対する設備診断技術を開発し、現場. 力発電所の安定運用に支障をきたすことか. の保守・管理への反映を目指す。. ら、これを未然に防止するために高クロム鋼. 主な成果. 1. 内圧曲げクリープ条件下における12Cr鋼周溶接部の破壊形態の解明. 周溶接部の破壊形態の解明を目的として. 面き裂が確認された（図1）。試験体を切断し. 実施した1 2 C r 鋼大径管周溶接試験体の内. 溶接部断面を詳細に観察した結果、クリープ. 圧曲げクリープ試験において急激な変形を. き裂の起点は配管内部であり、母材の溶接. 捉えて試験を停止したところ、曲げによる軸. 熱影響部（HAZ）細粒域に沿ってき裂が進展. 方向引張応力が作用する側の周溶接部で表. することが明らかとなった。. 2. 12C r鋼周溶接部のクリープき裂／寿命に対する検査と評価. 周溶接部に対する設備診断技術の確立に. には相関があり、非破壊検査法の有効性が. 向けて、切断調査の前に12Cr鋼大径管周溶. 実証された（図 2 ）。また、これまでに当所で. 接試験体に対して超音波非破壊検査法を適. 開発してきた解析技術に基づき本試験体の. 用したところ、肉厚内部の広い範囲でクリー. 寿命評価を実施したところ、ひずみを基準に. プき裂の存在が示唆された。この検査結果. 評価することで概ね妥当な精度で寿命を評. を断面観察結果と比較したところ両者の間. 価することができた。. 3. 9C r鋼溶接部のクリープ寿命への影響因子の検討. 溶接部に対する信頼性の高い設備診断. リープ寿命は低下することが明らかとなっ. 技術を開発するために、9 C r 鋼溶接部のク. た（図3）。本試験結果より、溶接部を評価す. リープ寿命に対する各種影響因子について. る際には開先角度も考慮すべきであること. 実験により調査したところ、溶融線と応力. が示唆された。. 方向のなす角度（開先角度）が小さいほどク. 4. 9C r鋼再溶接部のクリープ寿命の評価. 9Cr鋼溶接部の劣化損傷材に対して初期. と再溶接の交差箇所）にき裂が生じた。溶接. 溶接部と交差するような再溶接を施した後、. 部の各位置での材料特性を詳細にモデル化. クリープ試験を実施したところ、再溶接の. しクリープ解析を実施したところ、溶接金属. 無い場合と比べて顕著な寿命の低下が認. 内HAZにおいてひずみの集中が認められた. められた。9Cr鋼溶接材の場合、一般的には. （図 4 ）。この結果より、複雑な開先形状を有. 母材のHAZ細粒域でき裂が生じるのに対し. する再溶接部に対して解析的評価が有効で. て、本試験片は溶接金属内 H A Z（初期溶接. ある可能性が示唆された。. 42. 研究年報_P34-P53-課題02.indd 42. 14/05/23 16:01.

(2) ᳠ฝ. Ⲭ㔔Ⅴ. ム㥺మ❻ᯀ. x. 686. x. አ⾪㟻. 6378 1800 600. x’䇲. x䇲. ࿔⁈᥃. ࿔⁈᥃. ᨥⅤ. හ⾪㟻. 㛏䛛䛴༟న䠌mm. ẍᮞ. ⁈᥃㔘ᒌ. 䛓⿛. ㉰㡚ἴ⏤ാ. ྎഁHAZ㒂. ᕞഁHAZ㒂. 10mm. 5 mm. አ⾪㟻. አ⾪㟻. 䛓⿛. හ⾪㟻. 10mm. හ⾪㟻. 3mm. ⁈᥃㒂ᐁ∸. 図１内圧曲げクリープ試験後の 1 2 C r 鋼周溶接試験体の断面. 図2 超音波非破壊検査法の有効性の実証. 温度650℃で約8,000時間試験後に、曲げによる. 音波法により検出することができた。. 12Cr鋼周継手試験体に生じていた内部き裂を、超. 引張力が作用する周溶接部の H A Zに沿って巨視き裂が発生・進展していた。重点︵プロジェクト︶課題. □. ㏳ᖏ⁈᥃㒂䜘ᣚ䛪ム㥺∞ ᐁ㥺⤎ᯕ. 設 - 備運用保･全技術の高度化. 10000. 㻙㻘㻓䉔㻏㻙㻓㻰㻳㼄. RHCጟဤఌ䛱䜎䜑ᖲᆍೋ RHCጟဤఌ*䠌ᮞᩩ≁ᛮ䛴ᖲᆍೋ. 䜳䝮䞀䝛ᑋ࿤䟺h䟻䜳䝮䞀䝛ᑋ࿤[h]. RHCጟဤఌ 䠌ᑋ࿤ビ౮⏕䛴ೋ RHCጟဤఌ䛱䜎䜑99%ಘ㢏ୖ㝀. 10mm 1000 1000 ẍᮞ. ⁈᥃㒂. ẍᮞ ᚺງ᪁ྡྷ. ム㥺∞᤿ཱིన⨠ 䃎㼚㼖. 100 100 40 40. 5050. 60 60 70. 7080. 90 80. ⁈⼝⥲䛮ᚺງ᪁ྡྷ䛴䛰䛟ぽᗐ θws䟺 o 䟻 ⁈⼝⥲䛮ᚺງ᪁ྡྷ䛴䛰䛟ぽθws[°]. 90. 図3 9Cr鋼溶接部のクリープ寿命への影響因子. 10mm 図4 9Cr鋼再溶接材のクリープ解析. 溶融線と応力方向のなす角度が小さいほど、ク. 材料特性を詳細にモデル化した9Cr鋼再溶接材の. リープ寿命が低下した。. クリープ解析において、実験でき裂が確認された溶. *RHC委員会：国が設置した「高効率火力発電設備. 接金属内HAZ（初期溶接と再溶接の交差箇所）でク. 健全性調査委員会」. リープひずみの集中が見られた。. 43. 研究年報_P34-P53-課題02.indd 43. 2014/05/28 11:11.

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