渦電流磁気指紋による様々なパーライト率を有する低炭素鋼の残留ひずみ評価
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カテゴリ: 第16回
渦電流磁気指紋による
様々なパーライト率を有する低炭素鋼の残留ひずみ評価
Evaluation of residual strain of low carbon steels with various pearlite contents
by eddy current magnetic signature method
東北大大学院
喜多
青葉
Aoba KITA
Student member
東北大・流体研
内一
哲哉
Tetsuya UCHIMOTO
Member
東北大・流体研
高木
敏行
Toshiyuki TAKAGI
Member
東北大・流体研
武田
翔
Sho TAKEDA
Member
東北大・流体研
松本
貴則
Takanori MATSUMOTO
中部電力（株）
熊野
秀樹
Hideki YUYA
中部電力（株）
大薗
伸司
Shinji OOZONO
Abstract
In the previous study, we proposed an eddy current magnetic signature method as a way to evaluate the residual strain of low carbon steels. However, the dependence of the pearlite content which affects magnetic properties of steel on the eddy current magnetic signature has not been discussed yet. In this study, to evaluate the effect of the pearlite content on the eddy current magnetic signature, two kinds of low carbon steels with different pearlite contents are investigated. The specimens with different residual strain values are prepared by the tensile test, and eddy current magnetic signature is measured on each specimen. As a result, it is found that the behaviors of eddy current magnetic signatures of two kinds of steel are similar independently from the view point of the pearlite content. In contrast, the magnitudes of the eddy current magnetic signature change with the pearlite content.
Keywords: residual strain, eddy current magnetic signature, carbon steel, pearlite ratio, tensile test
緒言
材料の低サイクル疲労強度を低下させる残留ひずみの
定量的評価は，シスームの健全性を維持する上で重要で ある．特に原子力発電所においては，設計時の想定を超え る地震荷重により，機器や配管において生じる残留ひず み評価の必要性が増している．このような地震荷重を受 けた機器の残留ひずみ測定手法として，新潟県中越沖地 震後の柏崎刈羽原子力発電所においては硬さ試験が採用 された．しかし，膨大な量の測定回数を必要とするため， より簡便かつ信頼性の高い手法が求められている[1]．
そこで著者らは，磁気非破壊試験法の一種である渦電 流磁気指紋法を提案し，残留ひずみ評価への涸用を試み てきた．先行研究では，低炭素鋼 SB410 の材料の残留ひずみが増加するに従い渦電流磁気指紋も変化することを 明らかにした[2]．一方で，材料の磁気特性に大きく影響を 与える炭素量すなわちパーライト率が渦電流磁気指紋に 与える影響については議論されていない．
本研究では，材料のパーライト率が渦電流磁気指紋へ 与える影響を明らかにすることを目的とする．先行研究 で用いた低炭素鋼とはパーライト率の異なる 2 種類の鋼材を用意し，引張試験により残留ひずみを付与する．その 後，それぞれの引張試験片に対して渦電流磁気指紋の測
定を行う．
引張試験片
本研究では，パーライト率の異なる 2 種類のボイラ及
び圧力容器用炭素鋼SB410(Steel A)，SB450(Steel B)を用意し，JIS Z2241 に基づいて厚さ 9.0 mm の引張試験片を切り出した．引張試験の引張方向は圧延方向と平行にし，目 標残留ひずみを 1.0%，2.0%，5.0%として万能試験機(INSTRON5582)を用いて引張試験を行った．試験条件は引張速度 0.5 mm/min，保持時間 30 秒，除荷速度ー0.5 mm/min とする．引張試験の結果として公称応力ー公称ひずみ線図を図 l に示す．残留ひずみの値は試験片中央部に貼り付けたひずみゲージの測定値を採用した．
Fig. 1 Nominal stress-nominal strain curves.
Fig. 2 Experimental setup for eddy current magnetic signature method.
渦電流磁気指紋法[2]
渦電流磁気指紋法は増分透磁率法に基づく．増分透磁
率は低周波数磁場に微小な高周波磁場を重ね合わせた際 の イ ーループの微小増分磁場と微小増分磁 度の比透磁率と定 される．図 2 に渦電流磁気指紋法の測定
シスームを示す．本実験では試験片の励磁に 2 種類のコイルを用いた．ヨークに励磁コイルを巻き，磁場振幅
4.0 kA/m，磁場周波数 0.1 Hz の低周波数磁場を試験片に印加した． に試験片中央部に渦電流試験(Eddy Current Testing : ECT)コイルを設置し，50 kHz の微小な高周波数磁場を試験片に印加した．励磁磁場は試験片中央部に設置した ール素子を用いて測定した．ECT コイルの内 ，外 ，高さ，巻き数はそれぞれ3.3 mm，3.95 mm，3.0 mm， 275 である．また，ECT コイルインピーダンスはLCR メーターで測定した．このインピーダンスが増分透磁率に比例し，インピーダンスを位相平面上に表現した際に描かれる特 的な を，渦電流磁気指紋と ．
実験結果
図 3 に Steel A および Steel B の引張試験前と後の渦電
流磁気指紋を示す．横軸はECT コイルのレジスタンス成分，縦軸はリアクタンス成分である．ここでは比較のため， 各試験片から得られた渦電流磁気指紋を，それぞれ印加 磁場が最大となる点を原点に位相平面上で平行移動している．図中の矢印は が表れる際の進行方向を示す．
Steel A の結果について，試験前の進行方向は反時計回りであったのに対し，試験後は残留ひずみ量に関わらず 時計回りに変化した．また，残留ひずみの増加に い，渦電流磁気指紋の位相角が増加し，レジスタンス成分とリ アクタンス成分の値は小さくなる．残留ひずみ 2.2％， 5.2％の渦電流磁気指紋は左側にループが発生している． 一方，残留ひずみ0.6%の渦電流磁気指紋も他と同様にル ープを有してはいるが，小さく直線的である．図 1 の応力ひずみ線図から，残留ひずみ0.6％はリ ーダース変形が発生しているひずみ領域，残留ひずみ2.2％，5.2％は加 工硬化が生じているひずみ領域にあり，渦電流磁気指紋
Steel A(b) Steel B
Fig. 3 Eddy current magnetic signature of specimens with various strain values.
の形状がひずみ領域によって変化することが分かった． この結果は先行研究で得られた と一 する[2)．
Steel B もSteel A と同様に，試験前の磁気指紋の進行方向は反時計回り，試験後の進行方向は時計回りであり，残留ひずみの増加に従い，渦電流磁気指紋の位相角が増加する．Steel B では，磁気指紋のループがSteel A のそれに比べて小さいことがわかる．また，Steel A でみられた直線的な渦電流磁気指紋は，Steel B では取得されなかった． 図 1 の応力ひずみ線図をみると，Steel B においてはリーダース変形が発生しているひずみ領域の残留ひずみの値を得ることができず，すべて加工硬化が生じているひずみ領域の残留ひずみの値であることがわかる．従って， Steel B においても渦電流磁気指紋の形状がひずみ領域によって変化することが 想される． 日はリ ーダース変形が発生しているひずみ領域の残留ひずみの値を付与した試験片に試験を施行し，取得した渦電流磁気指紋について形状の検討をする．
結言
本研究では，パーライト率が渦電流磁気指紋に与える
影響を明らかにすることを目的とし，引張試験によりひずみを付与したパーライト率の異なる鋼材に対して，渦電流磁気指紋の測定を行った．その結果，電流磁気指紋の ループの大きさはパーライト率によって変化するものの， 残留ひずみの増加に って位相角が増加し の進行方向が変形挙動に い反転する傾向はパーライト率に依存しないことが明らかになった．
参考文献
野中善夫，西水亮，黒崎祐一，大岡紀一，“塑性ひずみ測定
技術の開発とその涸用について”，日本非破壊検査，Vol． 59，2010，pp. 261-266.
松本貴則，内一哲哉，高木敏行， 部 ，熊野秀樹，“渦電流磁気指紋による炭素鋼の残留ひずみ評価”，日本保全学会第14 回学術講演会，2017，pp. 260-261.