報告書番号

Q11024

タイトル（和文）

12Cr鋼製長手溶接継手材に対するボイド成長シミュレーション手法の適用

タイトル（英文）

Application of Void Growth Simulation Method for 12Cr Steel Longitudinal Weldments

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

国内の超々臨界圧（USC）プラントは石炭火力による総発電量の約半分を占める。そのため，クロムを9％～12％も含む高クロム鋼が優れた高温強度を理由にボイラ用材料として使用されている。近年，溶接配管の寿命の低下が母材に比べて著しいことから，高クロム鋼配管溶接部の溶接熱影響部（HAZ）で発生するタイプIV損傷が深刻な問題として見られるようになり，高クロム鋼配管溶接部の高精度な損傷評価法の開発が強く望まれるようになった。9Cr鋼製長手溶接配管の溶接部の損傷評価法としてのボイド成長シミュレーションは実機運転条件を想定したFEM解析と内圧クリープ試験の結果をもとに既に開発されており，これを本研究では12Cr鋼製長手溶接配管の溶接部に適用した。最初に，顕微鏡写真からのボイドの検出の労力低減のために画像処理技術を用いたボイドの自動検出法を開発し，内圧クリープ試験片内部のボイド個数密度を測定した。次に内圧クリープ中断試験のFEM解析を実施し，HAZ内の周方向応力と多軸係数が最大となる個所が，き裂発生箇所と一致することを明らかにした。最後に12Cr鋼HAZ用に最適化されたパラメータを用いてFEM解析から得られた結果をもとにボイド成長シミュレーションを実施した。その結果，HAZ内のボイド個数密度の分布をおよそ再現することができた。

概要 （英文）

Domestic ultra-super-critical (USC) plants make up more than half of total electricity. For that reason, high-chromium steels containing 9% or 12% of chromium are used as boiler materials because of excellent high-temperature strength. Recently, Type IV damages occurred in the heat affected zone (HAZ) of weldments of high-chromium steel pipes are seen as a serious problem because those are the reason for life reduction of welded pipes and it is strongly desired to develop a highly accurate damage assessment method for the welded pipes. A creep damage assessment method or a void growth simulation for 9Cr steel welded pipes have already been developed based on the results of internal pressure creep tests and finite element analyses assuming plant operating conditions. Then, the simulation method was modified for 12Cr steel welded pipes in this study. At first, an automatic void detection method for creep voids from microscopic photos was developed based on the image data processing techniques in order to reduce the effort of void detection. Then, a creep analysis by finite element method was performed for interrupted internal pressure creep test specimens consisting of base metal, weld metal, and HAZ. As a result, it was shown that the position of crack initiation in HAZ corresponded with that of the maximum circumferential stress and multi-axiality factor. Finally, a void growth simulation whose parameters were optimized for 12Cr HAZ was carried out based on the results of the creep analysis. Consequently, it was shown that the simulation reproduced the void density distribution in HAZ measured by the automatic void detection method.

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