Recently small punch creep testing (or miniature disc bend creep test) has received much attention through European collaborative research projects. This method was considered as a substitute for the conventional creep rupture testing by which the residual creep life is measured from the specimen taken out from serviced components of high temperature plants. It would be beneficial if the material creep properties such as power law creep constants as well as the creep rupture life can be measured from the small punch creep test. In this paper a method of assessing creep constants from the small punch creep testing is proposed. Finite element analyses were performed to investigate evolution of stress and strain rate at the weakest locations of the small punch creep specimen. Elastic-plastic-secondary creep analyses were carried out. The estimation equations for creep constants by the small punch creep testing are proposed based on the finite analysis results. Small punch creep tests were also performed with 9Cr steel and the accuracy of the proposed equation was verified by the experimental results.
Recently small punch creep testing (or miniature disc bend creep test) has received much attention through European collaborative research projects. This method was considered as a substitute for the conventional creep rupture testing by which the residual creep life is measured from the specimen taken out from serviced components of high temperature plants. It would be beneficial if the material creep properties such as power law creep constants as well as the creep rupture life can be measured from the small punch creep test. In this paper a method of assessing creep constants from the small punch creep testing is proposed. Finite element analyses were performed to investigate evolution of stress and strain rate at the weakest locations of the small punch creep specimen. Elastic-plastic-secondary creep analyses were carried out. The estimation equations for creep constants by the small punch creep testing are proposed based on the finite analysis results. Small punch creep tests were also performed with 9Cr steel and the accuracy of the proposed equation was verified by the experimental results.
The relationship between the small-punch creep test and the conventional creep test was investigated experimentally using a method similar to that of the Monkman-Grant relationship. Uniaxial and small-punch creep rupture tests were carried out on 9Cr-2W ferritic steel (Commercial Grade 92 steel: X10CrWMoVNb 9-2) at elevated temperatures. From the relation derived in the same manner as the Monkman-Grant relation, a correlation between the displacement rate in response to the small-punch creep test and the strain rate in the uniaxial creep test was found, and the creep life was calculated using this relation. Furthermore, the failure modes of the small punch creep test specimens were investigated to show that the fracture was caused by creep.
The creep life of 9Cr1MoVNb steel, in terms of Larson-Miller parameter(LMP), was evaluated by small punch(SP) creep simulation and verified by uniaxial creep test. By employing the elastoplastic FEM(finite element method), the small punch creep behaviors associated with various friction coefficients were simulated to identify a real friction phenomena. The friction coefficient, ${\mu}$=0.7, determined by comparing deflection history was used in the small punch creep simulation to find the equivalent stresses with which the relationship between punch load and uniaxial creep stress was found. The creep life was then predicted by the LMP, which was the relationship among the rupture time, temperature, and stress. Finally, the LMP calculated by SP-creep simulation was compared with that had computed by the uniaxial creep test and fairly matched LMPs were found.
The boiler tubes and steam Pipes operating both at high temperature and pressure for a long period of time in a power plant are degraded by creep because of internal pressure. So, the remaining life of a component is evaluated by the creep rupture strength. Although the conventional method to evaluate the creep damage is widely used, it has some disadvantages such as requires large size specimen and long employed to evaluate the correlation between fracture toughness and evaluation time. Recently, new method so called "small lunch test' is used to evaluate degradation of creep. In this study, a conventional creep test and a small punch test are conducted using 2.25Cr-1Mo steel which is mainly used for the boiler tubes and steam pipes in power plant. The creep life, approximately 1,500 hrs, is determined by conventional method under a severe condition then specimens for a small Punch test are obtained after certain time intervals such as 1/4, 1/2 and 3/4 of final rupture time, respectively.
Small punch-creep(SP-Creep) test technique has been applied for evaluating the creep characteristics for high temperature materials. However, in order to evaluate the damage and predict the remaining life, it is necessary to establish a quantitative correlation between SP-Creep and uniaxial-creep test results. This paper presents analytical and experimental results of useful correlation between SP-Creep and uniaxial-creep properties for 9Cr1MoVNb steel at $600{\sim}650^{\circ}C$ in terms of stress(load) and activation energy during creep deformation. Especially, the activation energy obtained from SP-Creep test is linearly related to that from uniaxial-creep test at $650^{\circ}C$ as follows: $Q_{sp-p}{\fallingdotseq}1.37\;Q_{TEN},\;Q_{sp-{\sigma}}{\fallingdotseq}1.53\;Q_{TEN}$.
This paper describes the high temperature creep characteristics for virgin material of 9Cr1MoVNb steel using small punch creep(SP-Creep) test technique which is developing recently. In addition, the several results of SP-Creep test are compared with that of 2.25Cr- 1Mo steel which is widely used as boiler materials and that of conventional uniaxial creep test. The obtained SP-Creep curves show the creep behaviors of three regimes like that obtained from conventional uniaxial creep test, and SP-Creep properties are definitely depended on applied load and test temperature. The correlation of SP-Creep rate and creep rupture life with applied load has been determined like the correlation between creep rate/rupture life and stress in uniaxial creep test, and also is satisfied with Power law. The creep rupture times of newly 9Cr1MoVNb steel are higher than those of 2.25Cr1Mo steel at the same creep temperature and applied loading condition, and the decrease extent of creep rupture life with loads is very lower compared with 2.25Cr1Mo steel.
In this study, a small punch creep(SP-Creep) test using miniaturized specimen(10${\times}$10${\times}$0.5mm) is described to develop the new creep test method for high temperature structural materials. The SP-Creep test is applied to 2.25Cr-lMo(STBA24) steel which is widely used as boiler tube material. The test temperatures applied for the creep deformation of miniaturized specimens are between 550∼600$^{\circ}C$. The SP-Creep curves depend definitely on applied load and creep temperature, and show the three stages of creep behavior like in conventional uniaxial tensile creep curves. The load exponent of miniaturized specimen decreases with increasing test temperature, and its behavior is similar to stress exponent behavior of uniaxial creep test. The creep activation energy obtained from the relationship between SP-Creep rate and test temperature decreases as the applied load increases. A predicting equation or SP-Creep rate for 2.25Cr-lMo steel is suggested. and a good agreement between experimental and calculated data has been found.
An effect is made in this study to deepen understanding of small punch(SP) creep testing which has been a round for about 10 years as a substitute for the conventional uniaxial creep testing. Even though considerable numbers of SP creep test program have been performed, most of the tests were aimed at measuring creep rupture lives only. Very flew studies showed interest on the meaning of what we were really measuring during the SP creep tests. In this paper meanings of the parameters measured during the SP creep testing, such as punch load and punch displacement rate are investigated using finite element analysis. It was shown that the measured parameters must represent the stress and strain rates of the material at the annular region located at about 0.65 mm from the center of the SP specimen. The material in this location would go through constant maximum stress and strain rate during the testing. Experimental verification is also discussed.
A basic research was performed to ensure the usefulness of Small Punch-creep(SP-creep) test for residual life evaluation of heat resistant components effectively. This paper presents analytical results of initial stress and strain distributions in SP specimen caused by constant loading for SP-creep test and its experimental correlations with uniaxial creep(Ten-creep) test on 9Cr1MoVNb steel. It was shown that the initial maximum equivalent stress, ${\sigma}_{eq{\cdot}max}$ from FE analysis was correlated with steady-state equivalent creep strain rate, ${\epsilon}_{qf-ss'}$ rupture time, $t_r$, activation energy, Q and Larson-Miller Parameter, LMP during SP-creep deformation. The simple correlation laws, ${\sigma}_{sp}-{\sigma}_{TEN}$, $P_{sp}-{\sigma}_{TEN}\; and\; Q_{sp}-Q_{TEN}$ adopted to established a quantitative correlation between SP-creep and Ten-creep test data. Especially, the activation energy obtained from SP-creep test is linearly related to that from Ten-creep test at $650^{\circ}C$ as follows : $Q_{SP-P}\;{\risingdotseq}\;1.37 \;Q_{TEN},\; Q_{SP-{\sigma}}{\risingdotseq}1.53\; Q_{TEN}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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