2022 Fiscal Year Annual Research Report
実機から採取した微小素材を用いた高温多軸引張クリープ試験による寿命評価法開発
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19K04089
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
旭吉 雅健 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (30342489)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 多軸 / クリープ / 寿命評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
火力発電プラントや航空エンジン等の高温機器の健全性を保証するためには，ボイラー配管やタービン動翼等の構成部品材料の経年劣化損傷を定量的に把握した上で，適切な評価式による寿命診断が重要である。とくに，それらの実機では，形状不連続にも起因して複雑な応力状態で，高温環境に曝されることから，高温多軸クリープ損傷評価技術が不可欠である。さらに，材料評価試験分野では，評価対象素材の縮小化が望まれる。つまり，試験片寸法を微小化することにより，ボイラー配管の外表面からサンプリングした素材や，任意の局所位置からの素材での評価試験を可能とする。
これらのニーズを受けて，本研究課題では，十字型形状の試験片を用いた高温多軸クリープ試験技術の確立と寿命評価式の開発に取り組んだ。とくに，十字型試験片の素材寸法を縮小化するために，溶接タイプ十字型試験片を設計開発して，その妥当性を検証した。
試行錯誤的な有限要素法解析および機械加工技術検討を経て，外径約45 mm，肉厚約8 mmのボイラー実機小径管から準備可能な溶接タイプ十字型試験片の形状および寸法を決定した。具体的には，試験片中央には5 mm×5 mmで板厚1 mmの中央標点部を有しており，その標点部から四方向に荷重負荷用のつかみ部を有している。別途準備したつかみ部を，標点部の中心からX軸方向それぞれに7 mmの位置でEB溶接することで評価対象素材寸法の縮小化を達成した。溶接タイプ十字型試験片での予備試験および本試験では，溶接部からの異常破断もなく提案した試験片の有効性を確認した。
オーステナイト系ステンレス鋼Super304Hの700℃での多軸クリープ破断寿命整理には，Mises型相当応力が有効であった。最大主応力基準を用いた場合には，非等二軸条件での寿命を過大な安全側評価であった。
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