異なる熱衝撃サイクル下における12Cr1MoVG耐熱鋼の損傷進化則と寿命予測に関する研究
Research on Damage Evolution Laws and Life Prediction of 12Cr1MoVG Heat-Resistant Steel Under Different Thermal Shock Cycles
火力発電ユニットが深部ピークシェービングや変動負荷条件下で運転される際、ボイラーの熱交換器表面の耐熱材料は頻繁な熱衝撃により疲労損傷が加速される。本研究では、12Cr1MoVG耐熱鋼を対象に、熱衝撃損傷の進化則を把握するため、塑性ひずみシミュレーション解析を実施した。数値シミュレーションにより、熱衝撃時間、熱応力進化、等価塑性ひずみ(PEEQ)蓄積、損傷貫通深さ、疲労寿命の関係を調査した。熱衝撃時間の延長は材料の熱応力を増加させ、破壊深さを2.24 mmから2.6 mmに増加させ、材料の各深さでのPEEQ蓄積率を加速させ、理論寿命を1.82×10^5サイクルから1.72×10^5サイクルに減少させた。低温暴露時間の延長は材料の熱応力を低減させ、破壊深さを2.24 mmから2.03 mmに減少し、材料の各深さでのPEEQ蓄積率を遅くし、理論寿命を1.81×10^5サイクルから1.94×10^5サイクルに増加させた。本研究結果は、火力発電の主要機器に使用される高温高圧材料の疲労損傷と寿命評価の参考となる。
- 12Cr1MoVG耐熱鋼を対象に、熱衝撃損傷の進化則解明のため塑性ひずみシミュレーション解析を実施し、熱衝撃時間・熱応力進化・等価塑性ひずみ(PEEQ)蓄積・損傷貫通深さ・疲労寿命の関係を調査した。
- 熱衝撃時間の延長により熱応力が増加し、破壊深さは2.24 mmから2.6 mmへ拡大、PEEQ蓄積率が加速し、理論寿命は1.82×10^5サイクルから1.72×10^5サイクルへ低下した。
- 低温暴露時間の延長により熱応力が低減し、破壊深さは2.24 mmから2.03 mmへ縮小、PEEQ蓄積率が鈍化し、理論寿命は1.81×10^5サイクルから1.94×10^5サイクルへ増加した。
12Cr1MoVG 耐熱鋼の熱衝撃疲労と寿命予測に関する学術研究で、火力発電ボイラ熱交換器という既存設備の材料劣化評価に直結する。直近の企業業績や資本配分を動かす発表ではないため投資インパクトは限定的だが、再エネ大量導入に伴う火力の深部ピークシェービング運用が材料寿命を縮めるという構図は、発電設備のメンテナンス需要や耐熱鋼・高温材料サプライヤーの長期需要を読む上での参考情報になる。数値シミュレーション段階の研究であり、実機検証や規格化の進展を待って評価したい。