小型矩形SP試験片を用いた高Crフェライト系耐熱鋼溶接部の高精度余寿評価

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24360294
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 駒崎 慎一 鹿児島大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (70315646)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 徳永 辰也 鹿児島大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (40457453) ; 郭 永明 鹿児島大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (60262375)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: スモールパンチ試験 / クリープ / 余寿命評価 / 溶接継手 / 高Crフェライト系耐熱鋼 / デジタル相関法 / Type IV破壊

Research Abstract

本研究では,試料採取の際に実機部材に損傷を与えない程度の小さな矩形試験片を用いて,溶接継手部全体のクリープ特性を計測・評価する新しい微小試験片試験技術の開発を目的とする.具体的には,矩形試験片の長手方向の両端のみにて試験片をクランプするという新しいスモールパンチ(SP)クリープ試験法に関する実験および解析的研究を行う.平成24年度は初年度して下記の研究項目を実施した.
1.有限要素法によるSPクリープ試験片の応力・ひずみ解析
有限要素解析法を用い,高Crフェライト系耐熱鋼溶接継手部全体のクリープ特性が適切にSPクリープ試験特性に反映されるような試験片形状について検討した.その結果,予備実験で用いた10×6×0.5mm形状の矩形試験片の中央に溶接熱影響部を長手方向と垂直に配置すると,組織弱化した熱影響部細粒域で相当応力がもっとも高くなり,試験片形状として最適であることがわかった。また,実際の試験においては,破壊は必ずこの溶接熱影響部細粒域で生じていた.
2.デジタル画像相関法によるその場変形解析が可能なSPクリープ試験装置の製作
SPクリープ試験片表面のひずみをデジタル画像相関法によってその場計測できるSPクリープ試験装置を新たに開発するのに成功した.このような試験装置の開発は国内外を問わずこれまで例がなく,はじめてである.本試験装置を用いることによりクリープ中の熱影響部局所領域のひずみ分布が明らかとなり,得られる知見は溶接継手部における余寿命診断手法の開発に大いに役立つものと期待される.

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

矩形試験片の形状を最適化するとともに,SPクリープ試験片表面のひずみをデジタル画像相関法によってその場剖測できるSPクリープ試験装置を新たに開発した.

Strategy for Future Research Activity

新規開発した試験装置を用い,12%Cr鋼(SUS410J3)溶接継手のクリープ特性計測を開始する.また,SPクリープ試験結果の単軸クリープ試験結果への変換と損傷メカニズムの解明に関する検討に着手する.