Development of life evaluation method by high temperature multiaxial creep test using small size materials taken from actual components

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04089
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: Hiyoshi Noritake 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (30342489)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: クリープ / 多軸 / 寿命評価

Outline of Final Research Achievements

Boiler pipes in thermal power plants are subjected to multiaxial creep damage at high temperatures due to their shape discontinuities and complex loadings from external forces. As the size of the material to be evaluated must be downsized even in multiaxial creep tests, this study was conducted to develop a multiaxial creep test technique using a small sample of the material taken from the actual plant.
Based on finite element analysis and machining investigations, we designed a weld-type cruciform specimen that can be made from a small-diameter pipe with an outer diameter of approximately 45 mm and a wall thickness of approximately 8 mm. It was also found that Mises type equivalent stresses are effective for the multiaxial creep rupture lifetime of Super304H stainless steel.

Free Research Field

材料強度

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

実機配管等から採取した素材のみで，それらの損傷を定量的に把握できることは，適切な余寿命診断や機器の安全性保障につながる。多軸応力での破断寿命評価は，これまでは汎用的な丸棒試験片での実験データを基にした予測に頼らざるを得なかったが，提案手法によって，実験的に明らかにすることを可能とした。安定した電力供給にも直結することから，産業界にも大いに有益である。
ミニチュア十字型試験片の中央標点部は平面応力を実現している。さらに，実験中の電気炉内部の中央標点部の変形をその場観察する機能も備えている。高温多軸応力状態でのき裂発生や進展も可視化できたことから，破壊のメカニズム解明等の学術面でも有意義である。