ひずみエネルギーによる改良9Cr-1Mo鋼の高温多軸クリープ疲労寿命評価; 最大応力履歴と応力緩和が寿命整理に及ぼす影響

Evaluation of failure lives of mod. 9Cr-1Mo steel under high temperature multiaxial creep-fatigue using strain energy; Effect of maximum stress history and stress relaxation on life correlation

小川 文男*; 今川 裕也 ; 橋立 竜太 ; 旭吉 雅健*; 伊藤 隆基*

Ogawa, Fumio*; Imagawa, Yuya; Hashidate, Ryuta; Hiyoshi, Noritake*; Ito, Takamoto*

近年、環境保護の要望が高くなっていることから火力プラントにおける起動及び停止間隔の短時間化が進められている。高速増殖炉においても、運転環境(温度,ナトリウム環境)をより厳しくすることが検討されている。改良9Cr-1Mo鋼は高温における機械的性質に優れていることから火力プラント、高速増殖炉などで使用されている。実機では、複雑な応力状態でのクリープ疲労型で使用されることから、単軸状態に比べてより損傷を受ける可能性があるため、多軸クリープ疲労寿命を測定するとともに、寿命評価法を確立する必要がある。本研究では550C大気中にて軸・ねじりの多軸クリープ疲労試験を行い、特性データを蓄積するとともに寿命評価を行った。結果については後述するが、ひずみ速度、保持時間依存性に従来とは異なる特異性が見られた。次に応力とひずみのヒステリシスループ面積に対応するひずみエネルギーを算出して寿命評価を行うとともに、同エネルギーの理論化を行い、実寿命と理論寿命の比較を行った。具体的には、比例負荷の試験で観察された特異なひずみ速度、保持時間依存性及び多軸状態を包括して評価可能な、新しいひずみエネルギーによる寿命評価法を検討した。

In recent years, the demand for environmental protection has led to a trend toward shorter startup and shutdown intervals in thermal power plants. In fast breeder reactors (FBRs), more stringent operating environments (temperature and sodium environment) are also being considered. Modified 9Cr-1Mo steel is used in thermal power plants and fast breeder reactors because of its excellent mechanical properties at high temperatures. In actual machines, Modified 9Cr-1Mo steel is used in a creep-fatigue type with complex stress conditions, which may cause more damage than the uniaxial condition, so it is necessary to measure the multiaxial creep-fatigue life and establish a life evaluation method. In this study, axial and torsional multiaxial creep-fatigue tests were conducted in 550C air to accumulate property data and to evaluate the life. The results will be described later, but the strain rate and retention time dependence showed peculiarities different from those in the past. Next, the strain energy corresponding to the hysteresis loop area between stress and strain was calculated to evaluate the life, and the same energy was theorized to compare the actual and theoretical life. Specifically, a new life evaluation method based on strain energy was studied, which can evaluate the peculiar strain rate, retention time dependence, and multiaxial state observed in the proportional loading test.