SUS304鋼のクリープ変形及び寿命に及ぼす予ひずみの影響

摘要

オーステナイト系ステンレス鋼は，高温域におけるクリープ強度や耐食性がフェライト鋼よりも優れていることから，火力発電プラントにおけるボイラチューブをはじめ，様々な機器や設備の構造材料として広く使用されている．構造材料は，機器の製造やプラントの建設時において冷間加工等により塑性ひずみが導入されることが少なくない．例えば，上述のボイラチューブにおいても，ストレート管を曲げ加工により様々な形状に加工して実機に組み込まれる．ASMEや日本機械学会の発電用ボイラ関連規格では，冷間加工による加工度の上限と，上限を超えた場合の固溶化熱処理条件について規定があるが，上限に満たない加工度の場合では，冷間加工後にそのまま実機で供用される場合がある．オーステナイト系ステンレス鋼は，塑性ひずみの導入により著しく硬化し，硬さの上昇や延性の低下を引き起こすことが知られている．また，冷間加工後の高温材料特性においては，クリープ破断特性やクリープ変形特性，組織安定性，疲労特性に関して調査した報告がある．一部の文献では，冷間加工後のオーステナイト系ステンレス鋼のクリープ破断寿命が高応力条件では延伸されるが，実機条件のような低応力条件では未加工材よりも短くなることが示唆されている．従って，実機における冷間加工ままのオーステナイト系ステンレス鋼の寿命管理を適切に行うためには，予ひずみを与えた材料に対して低応力で長時間のクリープデータを取得することが重要となる．また，予ひずみ材のクリープ特性に関するこれまでの研究では、素材に引張の塑性ひずみを与えた材料に対して，引張クリープ試験を実施することが一般的であった．しかし，実際の構造物では引張の塑性ひずみだけではなく，圧縮の塑性ひずみが導入された後に引張のクリープを受けることも少なくないが，クリープ強度に及ぼす圧縮塑性ひずみの影響については調査された例が見当たらない．圧縮の塑性ひずみの影響により，逆方向へのクリープ変形に対する抵抗が低下する可能性も否定できないため，圧縮予ひずみ後のクリープ特性についても把握しておくことが望ましい。