ASME Gr.122 鋼溶接継手のクリープ損傷中の非線形超音波特性の変化

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  • Creep-induced nonlinear ultrasonic change in ASME Gr. 122 steel welded joint
  • ASME Gr.122コウ ヨウセツ ツギテ ノ クリープ ソンショウ チュウ ノ ヒセンケイ チョウオンパ トクセイ ノ ヘンカ

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抄録

ASME Grade 122鋼は，蒸気温度が600℃の超々臨界圧火力発電用ボイラの主要構造材として使われている．この材料の溶接継手のクリープ寿命の低下は，高温長時間使用中に溶接熱影響部に生じるType-IV損傷に起因する．本研究では，電磁超音波共鳴法(EMAR)を用いてASME Gr. 122鋼の溶接継手部のクリープ損傷中の2つの非線形音響特性: 非線形超音波スペクトロスコピー(NRUS）法による共鳴周波数の移動と非線形3波相互作用法により発生した第3の波の振幅から評価し，その2つの非線形音響特性の相関関係とクリープ損傷中の微細組織の変化との関係を明らかした．EMAR法は, 非接触で超音波を送受信できる電磁超音波探触子(EMAT)を共鳴測定に適用した計測法である．使用したEMATは，板厚方向に偏向しながら横波を送受信する体積波横波EMATを用いた．大型平板溶接継手試験片を製作し，600℃，100MPaの条件で，所定の時間までクリープ試験を行い, 中断材を作製した．2つの非線形音響量は，クリープ開始から寿命の約50％まで減少し，その後微増し，寿命の80％過ぎから破断まで急増した．これは細粒HAZ部のクリープボイドの発生・成長に関係する転位の回復，再結晶，再構築による組織変化に起因する. それはSEMやTEM観察による結果から裏付けられた． EMAR法を用いた非線形超音波法は，細粒HAZでのType-IV損傷の捕らえることができる可能性を持っている．

We investigated the evolutions of two nonlinear acoustic characterizations: resonant frequency shift and three-wave mixing, with electromagnetic acoustic resonance (EMAR) throughout the creep life in the welded joints of ASME Grade 122, one of high Cr ferritic heat resisting steels. EMAR is a combination of the resonant acoustic technique with a non-contact electromagnetic acoustic transducer (EMAT). We used bulk- shear-wave EMAT, which transmits and receives shear wave propagating in thickness direction of a plate specimen. Creep tests of thick welded joints specimens were carried out at 873 K, and 100 MPa and interrupted at several time steps. The two nonlinear acoustic parameters and ultrasonic attenuation decreased from the start to 50% of creep life. After that they rapidly increased from 80% of creep life to rupture. We interpreted these phenomena in terms of dislocation recovery, recrystallization, and restructuring and the initiation and growth of creep void, with support from the SEM and TEM observation.

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