Mod.9Cr-1Mo鋼のクリープ寿命評価に関する研究,1; クリープ破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8年度報告書

Creep life assessment of Mod.9Cr-1Mo steel, 1; Quantitative evaluation of microstructural damage in creep rupture specimens

澤田 浩太; 丸山 公一; 小峰 龍司; 永江 勇二 

Sawada, Kota; Maruyama, Koichi; Komine, Ryuji; Nagae, Yuji

材料がクリープ変形すると、種々の組織変化が起こる。これらの組織変化は、クリープ寿命の推定に使用できる場合がある。本報では、高速炉の蒸気発生器材料として開発されたMod.9Cr-1Mo鋼のクリープ変形に伴う組織変化を調査し、どの組織因子が寿命評価において適切かを検討した。巨視的な組織変化であるボイド成長,ラス組織の応力軸方向への配向,結晶粒の伸びはくびれ部のみで顕著である。したがって、これらの組織変化は寿命評価には使用できない。微視的な組織因子のうち、ラス幅,ラス内の転位密度は変形により大きく変化する。変形初期からラス幅は増加し、転位密度は減少する。これらの組織変化は三次クリープ域の変形加速の原因である。ラス幅,ラス内の転位密度は、破断前に飽和値に達する。飽和値は温度に依存せず、応力のみによって決まる。本材料が実際に使用される低応力では、これらの組織因子が大きく変化する。したがって、ラス幅,ラス内の転位密度は寿命評価に有用な組織因子である。変形部の硬さは、ラス幅,ラス内の転位密度と相関があり、硬さ測定により、これらの組織変化を評価することが可能である。

Several microstructural changes take place in a material during the course of creep. These changes can be a measure of creep life consumption. In this paper, microstructural changes in Mod.9Cr-1Mo steel were studied in order to examine their ability as the measure of crecp life consumption. Macroscopic structural changes, such as void growth, rotation of lath structure toward the tensile axis and elongation of grains, are evident only in the necked portion of ruptured specimens. These macroscopic structural changes are not useful for creep life assessment. Lath width increases and dislocation density within lath decreases with increasing creep duration. These changes in dislocation substructure start in the early stage of creep life, and cause the increase of strain rate in the tertiary creep stage. The lath width and the dislocation density reach a stationary value before rupture. The stationary values are independent of temperature, and uniquely related to creep stress normalized by shear modulus. The extent of these microstructural changes are greater at lower stresses under which the material is practically used. These facts suggest that the lath width and the dislocation density within lath can be a useful measure of creep life consumption. Hardness of crept specimens is closely related to the lath width and the dislocation density within lath. The changes of these microstructural features can be evaluated by the measurement of handness.