ni 基合金 alloy 617 の母材および溶接継手の高 温引張およ … ·...
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電力中央研究所報告
Ni 基合金 Alloy 617 の母材および溶接継手の高温引張および疲労特性評価
キーワード：先進超々臨界圧，ニッケル基超合金，溶接継手，引張，疲労 報告書番号：Ｑ１３００１
背 景 Ni 基合金 Alloy 617 は、先進超々臨界圧発電プラント（A-USC）の有力な候補材料の
一つである。しかしながら、熱膨張係数は従来の高 Cr フェライト鋼より大きく、A-
USC プラントの蒸気温度も USC プラントより上昇することから、厚肉部に適用した場
合発生する熱応力が大きくなる可能性がある。さらに、大型部材としての製造性の問
題から、現在の USC プラントより溶接継手部が多くなる。したがって、A-USC プラン
トの実機部材としての健全性を確保するためには、Alloy 617 母材および溶接継手の熱
応力による損傷を精緻に評価しなければならない。しかし、その評価に必要な低ひず
み速度下での引張特性や疲労特性は明らかにされていない。
目 的
Ni 基合金 Alloy 617 の母材および溶接継手の高温引張特性、繰返し変形特性および疲
労寿命を把握する。
主な成果
Alloy 617 の母材および溶接継手を用い、目標とされる蒸気温度である 700℃での引張
および疲労試験を実施し、以下の知見を得た。
(1) 母材の 0.2%耐力は動的ひずみ時効（図 1）によりひずみ速度の低下に伴って大き
くなったが、破断伸びは顕著に低下する傾向を示した。溶接継手試験片の 0.2%耐力は
母材のそれより大きく、破断伸びは逆に小さくなった（図 2）。また、ひずみ速度の低
下に伴い、破壊形態は粒内破壊から粒界破壊へ遷移することがわかった。
(2) 母材の真破断ひずみは、動的ひずみ時効領域で最も小さい値を示した。切欠き試
験片の真破断ひずみは、多軸応力の効果により平滑試験片より小さいが、いずれも最
小 10%程度の値を維持した（図 3）。
(3) 母材および溶接継手両方とも繰返し硬化特性を示し、寿命中期においては初期引
張特性の相違によらず、それぞれ一定の応力－ひずみ関係 注 1）を示すことがわかった
（図 4）。全ひずみ範囲が同じ場合、溶接継手試験片の疲労寿命は母材より小さく、主
き裂はすべて溶接金属で発生した（図 5）。また、応力振幅で母材および溶接継手の疲
労寿命を統一的に整理できることがわかった（図 6）。
今後の展開 今後、同材料のクリープと疲労の重畳する負荷条件下での挙動を把握するとともに、
高精度なクリープ疲労寿命評価法を開発する。
火 力 発 電
注 1）材料の繰返し変形特性は応力振幅－ひずみ振幅で表示し、疲労寿命は全ひずみ範囲で整理することが多い。
研究担当者 張 聖徳（材料科学研究所 構造材料領域）
問い合わせ先
電力中央研究所 材料科学研究所 研究管理担当スタッフ Tel. 046-856-2121(代) E-mail : [email protected]
報告書の本冊（PDF 版）は電中研ホームページ http://criepi.denken.or.jp/ よりダウンロード可能です。
［非売品・無断転載を禁じる］ © 2014 CRIEPI 平成２６年４月発行 １３－００７
図 4 母材の引張変形と繰返し変形特性
の比較 注 1）
図 5 全ひずみ範囲による疲労寿命の整理注 1） 図 6 応力振幅による疲労寿命の整理
700℃
700℃
全ひずみ範囲 1.0% 0.7% 0.5% 0.4%第 1 サイクル ○ △ ▽ ◇
寿命中期 ● ▲ ▼ ◆
引張応力－ひずみ関係
図 1 700℃での母材の応力－ひずみ
関係および破面観察
図 3 母材の真破断ひずみとひずみ
速度との関係
700℃
動的ひずみ時効領域
700℃
10-4%/s
粒界破壊(10-4%/s) 粒内破壊(10-1%/s)
動的ひずみ時効
10-1%/s
主き裂発生位置：WM（溶接金属）
WM
WM
WM
700℃
0.7%での溶接継手試験片の破損写真
母材 母材 溶接金属
主き裂
図 2 0.2%耐力と破断伸びのひずみ
速度依存性
700℃
0.2 母材 ○ □
溶接継手 ● ■
WM
WM
BM BM
破断位置：BM（母材）、WM（溶接金属）