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高温プラントで使用されている構造材料は一定の安全性/信頼性に基づき維持・運転されているが、経済性向上のため、余寿命評価を的確に行えるシステム評価法が近年強く望まれている。対象の高温構造部材は通常のクリープ試験で定期的に検査されるが、従来のクリープ試験片は大型であるため、局所的部位の評価や試料サンプリング後の補修に不向きである。
本研究では小型試験片によるクリープ試験法を確立すべく、微小サンプル試験片を用いたクリープ試験機を設計・製作し、その基本特性を求めた。本年度は特に、鉄鋼材料でも高温試験中に酸化皮膜が形成されない非酸化雰囲気を薄肉円筒と特殊シーリングで実現させた。非酸化状態は真空排気とArガス流量制御で行ったが、シール不足のため設定値に幾分到達しなかった。しかしながら一連の微小クリープ試験(ミクロ試験)とともに単軸クリープ試験(マクロ試験)結果を比較したところ、破断時間に関して、両試験による特性値(微小クリープ試験による荷重と単軸クリープ試験による応力)間に良い相関があること明らかになった。この結果は微小サンプル試験が従来のクリープ試験の代替となることを示唆する。
また、一連の破断試験とは別に、微小サンプル試験中の変形/破壊過程を解明するため、長寿命及び短寿命のクリープ試験条件で試験を中断し、各試験片をデジタル顕微鏡と電子顕微鏡にてナノ・ミクロレベルで観察した。その結果、破壊は負荷球との接触部で発生/伝播すること、中心部は摩擦拘束により初期変形以外では変化しないことなどが明らかになった。今後はこれら情報を元に、上記関係式の物理的意味を解明することが課題である。
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