Mod.9Cr-1Mo鋼の寿命評価に関する研究(その3)クリープ疲労試験材およびクリープ中断材の損傷組織の定量化 - 先行基礎工学分野に関する平成10年度報告書 -

Life assessment of Mod.9Cr-1Mo steel; Quantitative evaluation of microstructural damage in creep interrupted specimens and in creep-fatigue specimens

丸山 公一; 加藤 章一 ; 永江 勇二 

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発電プラントにおける構成部材は、クリープやクリープ疲労等の環境にさらされるため、部材の余寿命を評価するには各環境下において材料が受ける損傷を的確に評価する必要がある。高速炉の蒸気発生器材料として開発された改良9Cr-1Mo鋼は、マルテンサイトラス組織を有しており、前報においてラス幅と呼ばれる組織因子がクリープひずみを推定する上で有用であり、その推定ひずみからクリープ寿命を評価できることを明らかにした。本報では、第一にクリープ疲労環境下におけるマルテンサイト組織の変化を調査し、この環境においてもラス幅が損傷評価に有用かどうか検討した。第二に、クリープ寿命評価に有用であるラス幅とは別に、ラス組織の変化をより正確に表わしている可能性のあるラスの面積を定量化し、その変化によりクリープひずみを推定できるか検討した。ラス組織は、クリープ疲労環境下においてもクリープ変形時と同様に回復する。クリープ疲労破断した材料におけるラス組織のラス形状は、クリープ破断材のラス形状に比べて等軸化している。ラス幅(クリープ疲労破断材)は、Nf/2における最大応力と一定の関係があり(Nf:破断繰り返し数)、クリープ疲労材においてもラス幅の飽和値が存在する。したがって、クリープ疲労変形に伴うラス組織の変化のプロセスを調査すれば、ラス幅によるクリープ疲労寿命評価が可能になるものと考えられる。ラスの面積は、クリープ変形に伴い増加し、応力によって決まる平衡値に飽和する。ラスの面積の増加は、高温・高応力ほど早い。試験条件の影響を受けない指標として導入したラス面積の変化率は、クリープひずみと一定の関係がある。しかしこの関係では、前報におけるラス幅の変化率とクリープひずみの関係に比べて測定値のばらつきが大きく、ひずみの推定精度は低いと考えられる。

Boiler and steam turbine components in power generating plants are used under creep and creep-fatigue conditions. It is important to measure both creep and creep-fatigue damage of the components in order to assess the residual life of the components. Modified 9Cr-1Mo steel, a candidate material for steam generator in FBR, has a tempered martensitic lath structure. It was proposed in the second report that lath width in the lath structure is closely related to creep strain, and using this relation one can assess residual creep life of a structural component made of the steel. The objectives of this study are to investigate the change of the lath structure during creep-fatigue deformation, and to estimate creep strain by measuring area of cell composing the lath structure. The area of cell can be a better measure of creep deformation than the lath width. The lath structure recovers during creep-fatigue deformation. The lath structure becomes equiaxed cell structure under creep-fatigue more quickly compared with the lath structure recovered during creep. The lath structure recovered under creep-fatigue has a stationary value of the lath width determined by maximum stress at Nf/2. (Nf: number of cycles) If the recovery process of the lath structure can be investigated under creep-fatigue, the lath width can be a measure of the life assessment under creep-fatigue. Area of cell composing the lath structure increases with creep deformation and reaches a stationary value S determined by creep stress. The rate of increase in the area is faster at a higher stress and temperature. A normalized change in the area of cel, S /S, was introduced as a measure of the recovery process of martensitic lath structure. S is the change in area of cell from the initial value S, S is the difference between S and S. S/S is uniquely related to creep strain independent of creep conditions. However, the sca