試験・調査報告

技術がいどVol.492009年4月号試験・調査報告<1.はじめに>クリープ試験-1-火力・原子力発電プラントや化学プラント等高温で長時間運転されるプラントでは、高温での強度や耐食性のある耐熱鋼が使用されていますが、長時間クリープ強度が重要な特性として評価されています。クリープ(Creep)とは、金属材料に掛かる応力が室温では変形が生じない程度の小さい場合でも、高温では徐々に塑性変形が進む現象のことです。これは、金属材料の強度が、高温では低くなるからです。日本工業規格(JIS)では、JISZ2271:1999に「金属材料のクリープ及びクリープ破断試験方法」が規定されています。①クリープ試験規定された一定温度及び一定引張力又は一定応力での連続クリープ試験による、金属材料のクリープひずみを測定する試験。②クリープ破断試験規定された一定温度及び一定引張力又は一定応力での連続クリープ試験による、金属材料の破断時間を測定する試験。技術がいど2002年12月号でもクリープ試験・クリープ破断試験について報告していますが、今回、クリープひずみを測定するクリープ試験について追加報告をします。<2.クリープ試験方法>クリープ試験機の一例を、図1に示します。制御装置で試験片を試験温度に加熱保持した後、レバーを介して所定の引張応力を試験片に加えます。クリープ試験では、図2のようなつば付きの試験片を使用し、このつばの部分に計測用の治具を付けて炉外にある伸び測定部で伸びを計測し、ひずみに換算します。制御装置に付属するカウンターで試験時間を計測し、最終的に図3のようなクリープ曲線を作成します。その他、得られるデータとしては、破断伸び、破断絞り、破断位置等です。さて、試験片形状は、JISZ2271:1999の附属書1では下記のように推奨されています。①クリープ試験片:平行部の直径が10mmの円形断面とし、直径6mm、8mm又は12mmを使用してもよい。②クリープ破断試験片:平行部の直径が6mmの円形断面とし、直径4mm、8mm、10mm又は12mmを使用してもよい。神鋼溶接サービスでは、図4のような形状の試験片で多くの試験を実施していますが、その他のサイズや平板形状でも試験は可能です。なお、クリープ破断試験では、破断時間を得るだけなので、つば付きの試験片を使用しなくても構いません。このように、クリープ試験機ではクリープ試験とクリープ破断試験の両方ができますが、クリープ破断試験機では伸び計測部がないのでクリープ破断試験しかできません。