CN103712865A - 高温部件的蠕变损伤评价方法以及损伤评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温部件的蠕变损伤评价方法以及损伤评价系统。对于由耐热钢、耐热合金组成，在高温下使用且受到蠕变的损伤的部件，提供一种与应力多轴性等部件的应力状态对应的蠕变损伤评价法，其目的在于提高剩余寿命评价和损伤评价的精度。这种用于判定在高温环境下所使用的高温部件的蠕变损伤度的高温部件的蠕变损伤评价方法，特征在于求出单轴条件下的高温部件的损伤参数的时间变化和高温部件的多轴度的时间变化，根据所述多轴度的时间变化来修正所述损伤参数的时间变化，由此判定所述高温部件的蠕变损伤度。

Description

高温部件的蠕变损伤评价方法以及损伤评价系统

技术领域

本发明涉及高速中子炉或火力发电成套设备等所使用的结构材料，涉及在数百度以上的高温区域所使用且受到蠕变所产生的损伤的高温部件的蠕变损伤评价方法以及损伤评价系统。

背景技术

构成高速中子炉或火力发电成套设备的部件中，运行中的温度达到数百度以上的部位使用耐热钢或耐热合金。这些材料由于在高温下长时间持续接受负荷而受到蠕变、蠕变疲劳、脆化等损伤，根据其程度来决定寿命。其损伤度因温度或应力、环境等而不同，因此，即使是同样设计的部件，损伤度和寿命也根据使用条件而不同。

因此，对于这些高温部件在运行中评价损伤，推定剩余寿命等，对部件或成套设备的继续使用、更换等进行判定。高温部件中，对数情况下由蠕变产生的损伤变得特别重要，提出各种对其进行评价的方法。

这些方法中，预先求出寿命消费率和硬度或电阻率、或者A参数或孔洞面积率等与蠕变孔洞有关的参数的关系，作为损伤发展曲线。通过将实际结构物中所测量的硬度或A参数与所述损伤发展曲线进行对照来评价损伤。

作为本技术领域的背景技术，有日本特开2003-65978号公报（专利文献1）。该专利文献1中记载了“生成正电子消灭平均寿命和材料的寿命消费率的关系曲线，（中间省略）判定损伤的程度、寿命消费率或者剩余寿命。”。

另外，还有日本特开2004-333389号公报（专利文献2）。该专利文献2中记载了“求出相对于碳化物中所含有的M₇C₃型碳化物的M₆C型碳化物的量比，（中间省略）评价蠕变损伤的进行程度。”。

另外，还有日本特开2006-258621号公报（专利文献3）。该专利文献3中记载了“推定部件表面的硬度，根据预先生成的硬度和应变量的关系来推定该部件的应变量，与另外求出的蠕变曲线进行比较来求出蠕变损伤。”。

另外，还有日本特开2008-249732号公报（专利文献4）。该专利文献4中记载了“构筑部件的运行中的时间和当时的硬度的数据，根据构筑的数据，通过一次近似式来近似时间和硬度的关系，对该近似式实施概率论的统计处理而推定硬度，（中间省略）从该推定的硬度来推定蠕变损伤度。”。

另外，还有日本特开2009-92478号公报（专利文献5）。该专利文献5中记载了“计算在耐热钢的表面生成的孔洞的个数密度，用耐热钢的多轴度进行规范化，根据预先生成的表示耐热钢的寿命比和用多轴度进行了规范化的孔洞的个数密度之间的相关性的曲线，根据用所述多轴度将检查对象的耐热钢的表面所生成的孔洞的个数密度进行规范化所得的值来判定检查对象的耐热钢的蠕变损伤的程度。”。

另外，还有日本特开2010-164430号公报（专利文献6）。该专利文献6中记载了“预先求出试验材料的蠕变应变量和结晶方位分布的相关性，测量调查材料的结晶方位分布，并通过应用于预先求出的相关性来推定调查材料的蠕变应变量。”。

作为所述损伤发展曲线的例子，列举了专利文献1的“正电子消灭平均寿命和材料的寿命消费率之间的关系曲线”和专利文献3的“预先生成的硬度和应变量的关系”、专利文献6的“试验材料的蠕变应变量和结晶方位分布之间的相关性”等。这些主要是在实验中求出的，该试验大多使用标准的圆棒试验来进行，一般情况下所负荷的应力也是单轴状态。另一方面，实际结构物中很少成为单轴应力状态，一般情况下，由于部件的形状或焊接区等的材料不连续而形成2轴、3轴拉伸的多轴应力场。

多轴应力场中，变形受到约束，因此与单轴状态相比应变的进展变慢。另一方面，部件断裂时的韧性也下降。因此，通过将单轴状态的试验所求出的应变或变形的数据和成为多轴状态的实际结构物中的测量值之间比较而进行的损伤评价有可能包括很大的误差。另外，已知在多轴状态下，蠕变孔洞的产生、成长会加速，专利文献5所记载的基于孔洞的个数密度的评价，也难以将单轴试验所采取的数据直接应用于实际结构物。

作为应力多轴性的处理，例如在专利文献5中，在基于孔洞的个数密度的损伤评价法中考虑了应力多轴性的效果。该方法中，用结构分析来求出评价部位的多轴度，将用同部位所实际测量到的孔洞个数密度除以所述多轴度而得到的值作为损伤度，通过与成为基准的损伤发展曲线进行对照来评价损伤。即，成为假定损伤度和多轴度成比例地变化的评价。

但是，存在多轴度和损伤的关系大多不为线性的问题。并且，在实际结构物中应力多轴性变高的是凹口等发生应力集中的部位、像焊接的热影响部那样与周围相比局部变软的部位，但是，在这些部位多轴度随着时间而变化，因此，也有损伤发展曲线的形状根据载重条件等而变化的问题。

通过结构分析求出所述多轴度，因此生成再现了该多轴度的试验体，通过其蠕变试验也可以直接求出针对A参数等损伤值的修正系数，但是多轴度随着时间而变化，且高温设备一般使用几年到几十年，难以多次进行与其相应的试验。

[专利文献1]日本特开2003-65978号公报

[专利文献2]日本特开2004-333389号公报

[专利文献3]日本特开2006-258621号公报

[专利文献4]日本特开2008-249732号公报

[专利文献5]日本特开2009-92478号公报

[专利文献6]日本特开2010-164430号公报

发明内容

本发明的目的为对于由耐热钢、耐热合金组成且在高温下使用而受到蠕变的损伤的部件，提供一种与应力多轴性等部件的应力状态相应的高温部件的蠕变损伤评价方法以及损伤评价系统，提高剩余寿命评价和损伤评价的精度。

为了解决上述问题，例如采用请求专利保护的范围中记载的方法。

本申请包括多个解决上述问题的手段，其中一个例子为一种用于判定在高温环境下所使用的高温部件的蠕变损伤度的高温部件的蠕变损伤评价方法，其中，求出单轴条件下的高温部件的损伤参数的时间变化和高温部件的多轴度的时间变化，根据所述多轴度的时间变化来修正所述损伤参数的时间变化，从而判定所述高温部件的蠕变损伤度。

根据本发明，可以高精度地评价高温部件的损伤。因此，通过事先预测高速中子炉或锅炉、涡轮机等发电设备的部件损伤度或剩余寿命，使得计划外运行中断的避免或部件等的更换最优化，从而可以降低经济损失。

另外，不限于运行中的检查，如果在设计阶段也通过非弹性分析来求出评价部位的多轴度，则通过修正用于评价的蠕变强度或寿命，可以进行与形状最佳化、轻量化所带来的物量的削减、环境性的提高相关的设计。

附图说明

图1是损伤评价系统的结构图的例子。

图2是表示多轴度和损伤发展曲线的关系的图。

图3是表示用于求出损伤发展曲线的实现手段的一个例子的图。

图4是表示多轴条件的蠕变变形以及断裂的状态的模型图。

图5是表示评价了成为多轴条件的凹口材料的蠕变强度的例子的图。

图6是表示在多轴度恒定的条件下的损伤发展曲线的例子的图。

图7是表示考虑多轴度来进行了修正的损伤发展曲线的例子的图。

图8是表示多轴条件下的损伤发展曲线的例子的图。

图9是表示用多轴度的指数函数进行了修正的应力的蠕变强度评价的例子的图。

图10是表示焊接区的截面图。

图11表示通过焊接区的蠕变分析所得到的应变分布的图。

图12是通过焊接区的蠕变分析所得到的HAZ的板厚方向的应变、应力、多轴度的分布图。

图13是表示考虑了多轴度而进行了修正的HAZ的损伤发展曲线的图。

图14是基于分析的损伤评价系统的结构图。

图15是表示考虑了基于多轴度的修正的HAZ的损伤评价结果的例子的图。

符号说明

1：损伤发展曲线修正部

2：实机参数导出部

31：损伤度判定部

32：蠕变损伤评价部

3：焊接金属

4：HAZ粗粒区域

5：HAZ细粒区域

6：母材

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。

实施例

本发明对于应用于火力发电成套设备等实机并具有运行实绩的高温部件求出表示其损伤度的损伤参数，对其进行评价判定。这时的判定基准值，由根据多轴度对单轴条件的损伤发展曲线进行修正所得的多轴度的损伤发展曲线来决定。

因此，以下的说明中首先明确多轴度和损伤发展曲线的关系，然后说明具体修正方法。最初，先说明多轴度。

首先，多轴度TF由（1）式给出。

[数学式1]

$\mathrm{TF}=\frac{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_3}{1/\sqrt{2}\·{({({\mathrm{\σ}}_1-{\mathrm{\σ}}_2)}^2+{({\mathrm{\σ}}_2-{\mathrm{\σ}}_3)}^2+{({\mathrm{\σ}}_3-{\mathrm{\σ}}_1)}^2)}^{0.5}}---\left(1\right)$

（1）式中，σ₁、σ₂、σ₃是高温部件所产生的主应力的3个分量。在（1）式中作为单轴条件，例如设为σ₁≠0、σ₂=σ₃=0来运算（1）式的话，成为TF=1。另外，在（1）式中作为2轴、3轴拉伸条件，在2轴拉伸中为σ₁、σ₂>0、σ₃=0，在3轴拉伸中为σ₁、σ₂、σ₃>0，这些情况下，多轴度TF为1以上。

高速中子炉或火力发电成套设备等中的高温部件中，产生与载重条件、部件温度相应的主应力σ₁、σ₂、σ₃。另外，在长期的实际运行中，设想由于发生由蠕变等引起的非弹性变形、温度以及温度分布的变化，主应力σ₁、σ₂、σ₃慢慢发生变化，多轴度TF也随之发生变化。与时间经过相对应的这些主应力的迁移，能够根据高速中子炉、火力发电成套设备以及其应用场所，通过结构分析来事先进行计算。

图2是表示多轴度TF和损伤发展曲线L的关系的图。图2的下侧的曲线图表示由结构分析而求出的多轴度TF伴随时间t经过而发生的变化。多轴度TF随着时间t经过而增大。

另一方面，图2中该图上方的曲线图的横轴表示时间，纵轴表示损伤参数。损伤参数随着时间经过而增大，表示该增大倾向的曲线是损伤发展曲线。这里，图2上的虚线L1表示单轴状态下（TF=1）持续运行时的损伤发展曲线。

该单轴状态（TF=1）的损伤发展曲线L1作为A参数等损伤参数和时间或者寿命比的关系，由平滑圆棒试验片等标准的蠕变试验所求出。该图中，单轴状态（TF=1）的损伤发展曲线L1表示其自身随着时间经过而增加的倾向。

因此，最初在单轴状态（TF=1）下开始运行的高温部件，不仅自身包括由于时间经过而产生的损伤参数的增加因素，还与多轴度TF随着时间经过而增加的量对应地重叠地增大。图2上的损伤发展曲线LX，对本来发生时间变化的损伤发展曲线L1进一步结合多轴度TF的时间经过因素来进行表示。损伤发展曲线LX的多轴度TF的大小为1以上。

本发明中，推定结合了多轴度TF的变化的影响的损伤发展曲线LX。以下说明简单模拟并推定损伤发展曲线LX的方法。图3说明用于求出图2的损伤发展曲线LX的实现手段的一例。

图3的实现手段中，用直线表示损伤参数和时间的关系。例如图3上方的曲线图中，准备斜率相互不同的直线L1，L2，L3。直线L1，L2，L3的多轴度TF分别为1，2，3，表现了以该状态持续运行时的损伤发展曲线L。

另外，本实现手段中，多轴度TF相对于时间阶跃地发生变化。就是说在图2下方的曲线图中渐渐增加的多轴度TF的曲线，在图3下方的曲线图中从时刻t0到时刻t1多轴度TF为1（将其记为TF1），从时刻t1到时刻t2多轴度TF为2（将其记为TF2），从时刻t2到时刻t3多轴度TF为3（将其记为TF3），这样呈阶梯状表现。

图3中，图3上方的直线L1、L2、L3表示多轴度TF为TF1、TF2、TF3的各自的恒定状态下进行迁移时的损伤参数和时间的关系。多轴度TF越大，用越大斜率的直线来表现直线L1、L2、L3。

利用所述假设的直线L1、L2、L3和假设的多轴度TF1、TF2、TF3的关系，在损伤发展曲线LX的实现手段中，假定最初在多轴度TF为TF1的状态下从时刻t0起进行高温部件运用，由此损伤进展，在时刻t1多轴度从TF1变化为TF2。这时的损伤参数值，作为图3的直线L1的时刻t1的值而求出D1。

接着，在下一个阶段，假定从该时刻t1起进行在多轴度TF2状态下的高温部件运用。以图3的直线L2来表示该运用中的损伤参数，但是这里将时刻t1的损伤参数D1作为初始值，以直线L2的斜率来决定以后的损伤参数。

多轴度TF2的状态下的高温部件运用的结果，在时刻t2多轴度从TF2变化为TF3。这时的损伤参数作为图3的粗直线LX的时刻t2的值而求出D2。

接着，在下一个阶段，假定从该时刻t2起进行在多轴度TF3状态下的高温部件运用。以图3的直线L3来表示该运用中的损伤参数，但是这里将时刻t2的损伤参数D2作为初始值，以直线L3的斜率来决定损伤参数。

这样，最终得到图3的粗直线LX，它模拟了图2的损伤发展曲线LX。另外，实际上当通过该模拟得到损伤发展曲线LX时，需要决定横轴的多轴度TF进行变化的时刻，知道直线L1、L2、L3的斜率。在多轴度恒定的情况下的损伤发展曲线L1、L2、L3根据以下思路而求出。

为了知道直线L1，L2，L3的斜率，参照蠕变变形以及断裂的现象。首先，知道在多轴条件下蠕变速度以及蠕变断裂韧性比单轴条件时降低。可以用图4所示的模型来说明该多轴条件的蠕变变形以及断裂。

图4的横轴表示时间t，纵轴表示应变。该图中P1表示单轴条件下的断裂点，PX表示多轴条件下的断裂点。根据该特性，例如在单轴条件下断裂时的应变大，但是到断裂的时刻为t10。与此相对，多轴条件下蠕变速度以及蠕变断裂韧性下降，断裂时的应变比单轴条件时的应变小，但是到断裂的时刻如t11所示那样变长。

即，在多轴条件下，虽然与单轴条件相比蠕变速度的进展变慢，但同时断裂韧性也下降，考虑以两者的平衡来决定寿命。为了用数学式表现在该多轴应力场中蠕变速度变小的关系，考虑下面的（2）式的等价应力σ_ec。

[数学式2]

σ_ec=σ₁/TF^m    （2）

这里，等价应力σ_ec用最大主应力σ₁除以多轴度TF的幂乘的形式的式子来表示。在多轴应力场中，多轴度TF>1，因此如果系数m>0，则σ_ec比σ₁小。另外，即使σ₁相同，也可以通过（2）式来表现在3轴系数m高的条件下蠕变速度下降和蠕变强度变高的情况。

另外，假定在蠕变速度dε_c/dt和断裂时间t_r之间，以下的Monkman-Grant的关系成立。

[数学式3]

$\frac{d{\mathrm{\ϵ}}_c}{\mathrm{dt}}\·t_r=C---\left(3\right)$

这里，C是基于材料和温度的常数，左边为应变速度和时间的乘积，所以可以认为是与断裂韧性相关联的常数。如图4所示，断裂韧性在多轴条件下也下降，因此可以和（2）式同样地使用多轴度TF的幂乘的倒数关系式来如（4）式那样表现常数C。

[数学式4]

C=C₀/TF^m’    （4）

并且，在（3）式中，假定应力σ_ec和蠕变速度dε_c/dt的关系遵从以下的Norton定律。

[数学式5]

$\frac{d{\mathrm{\ϵ}}_c}{\mathrm{dt}}=B\·{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ec}}\right)}^n---\left(5\right)$

根据以上，若将单轴条件的应力（最大主应力）作为σ₁，求出成为与其相同的断裂时间t_r的多轴条件下的应力（为σ_{1_m}），则成为（6）式。

[数学式6]

${\mathrm{\σ}}_{1\_m}={\mathrm{\σ}}_1\·{\mathrm{TF}}^{\frac{\mathrm{mn}-m^{\text{'}}}{n}}={\mathrm{\σ}}_1\·{\mathrm{TF}}^{\mathrm{\α}}---\left(6\right)$

即，在该模型中，与单轴条件相比，多轴条件的蠕变强度以TF^α倍升高。本发明中使用这样决定的幂乘α来得知直线L1，L2，L3的斜率。

图5表示通过以上的评价方法，评价了成为多轴条件的凹口材料的蠕变强度的例子。图5中分别在横轴上对数显示断裂时间t_r，在纵轴上对数显示应力。这里，作为低合金钢的蠕变试验结果，将以多轴度TF为3以及4的方式决定了形状的凹口材料的强度（T3，T4）和平滑材料（TF=1）的强度T1进行显示并比较。

应力和断裂时间的关系，在对数曲线上分为短寿命区域、长寿命区域，大致可以用2条直线来近似。另外，知道TF=3以及TF=4的条件下的强度（T3，T4）要比平滑材料（TF=1）的强度T1高。另外，其强度上升不会与多轴度TF呈线性。因此，如果单纯地假设强度和多轴度成比例，则成为多轴度大的条件下的误差的原因。本发明中，图中的实线（T3，T4）为TF=3以及TF=4，根据虚线所表示的单轴条件T1的试验结果，用（6）式来预测凹口材料的强度。这时，若（6）式的α=1/4.5，则可以进行接近实验结果的预测。

接着，图6表示多轴度TF恒定条件下的损伤发展曲线的例子。图6中横轴显示断裂时间tr，纵轴显示损伤参数。该图中大体用直线表示损伤参数和时间的关系，并且是它们的斜率不太根据多轴度发生变化的情况。图6纵轴的损伤参数基于蠕变孔洞，因此，这时孔洞的产生、成长只由最大主应力来决定。图6横轴的tr（TF1）、tr（TF2）、tr（TF3）是各轴条件下的断裂时间t_r，在多轴条件下如根据（6）式所预想的那样，强度上升，即最大主应力相同时的断裂时间tr变长。

因此，用以断裂时间tr为基准的寿命比来看的话，多轴条件在相同时间内的损伤参数变大。所以，把横轴设为寿命比时，如图7所示，按照断裂时间根据多轴度TF而变化的量，损伤发展曲线L的斜率发生变化。

根据之前说明的图5，由于应力和断裂时间的关系在对数曲线上大致成为直线，因此两者的关系可以用幂乘的式子来近似。根据该情况和（6）式，多轴度对于断裂寿命的影响也可以用幂乘的式子来表示。因此，如果把如图7那样将横轴设为寿命比的情况下的、单轴状态（TF=1）的损伤发展曲线的斜率设为So，则可以用下式来预测多轴度TF时的斜率s。

[数学式7]

s=s₀×TF^α'    （7）

这里，指数α’为对（6）式的指数α考虑了用幂乘对图5所示的断裂时间和应力的关系进行近似时的指数。利用该关系，如果蠕变断裂时间和寿命的关系，存在多轴度TF不同的若干数据，则可以描绘与任意多轴度TF的条件对应的损伤发展曲线。

作为另外的例子，如图8那样，考虑可以用以下的（8）式那样的时间的幂乘来显示损伤发展曲线的情况。

[数学式8]

D=K（t/t _r）^λ    （8）

这里，D是损伤参数的值，t _r是断裂时间，K和λ是对实验数据拟合（8）式的函数形式而求出的。

另外，当进行该式的运算时，可以假定指数λ也根据多轴度而变化，但是如果考虑多轴度TF对于指数λ的影响的话，评价会变得复杂。因此，即使拟合的精度有某种程度的恶化，最好是作为不依赖于多轴度的值来进行处理。这时，根据多轴度TF变化的只有系数K，通过将K和多轴度的关系公式化，可以求出多轴状态下的损伤发展曲线。

另外，（8）式中，损伤参数为寿命比t/t_r的函数，但是即使作为时间t的函数来生成近似式，之后利用（6）式来进行考虑了t_r的修正也是相同的。

上述例子中用多轴度的幂乘表示了（2）式和（4）式的多轴度对于蠕变速度或断裂韧性的影响，不过也可以使用指数函数。这时，例如（2）式成为以下的（9）式那样。

[数式9]

σ_ec=σ₁exp[A（1-1/TF）]    （9）

（9）式的形式决定为在TF=1时σ_ec=σ₁。其他的式子也相同。图9表示用（9）式拟合图5的数据的例子。知道与（2）式的情况相同，可以拟合多轴度不同的试验数据。

以上，说明了一种思路，即根据基于多轴度来修正单轴条件的损伤发展曲线而得的多轴度的损伤发展曲线，求出成为有运行实绩的高温部件的损伤参数的判定基准的评价值。

接着，说明一种损伤评价系统，其利用该思路通过例如计算机来执行高温部件的损伤参数的判定评价。

图1是本发明的损伤评价系统的结构图的一例。本系统由进行多轴度的计算和基于此的损伤发展曲线的修正的损伤发展曲线修正部1、进行成为对象的部件的实机检查并求出A参数、孔洞面积率等损伤参数的实机参数导出部2、以及根据修正后的损伤发展曲线和实机损伤参数来进行损伤度判定的损伤度判定部31而构成。

其中，实机参数导出部2不限于本发明，而与火力发电成套设备等的剩余寿命评价等中所使用的是相同的。作为一种思路，例如对于作为评价对象的高温部件21执行蠕变孔洞观察22，利用其结果来决定损伤参数23。由于该方法已熟知，所以省略详细说明，总之是求出表示在成套设备等中实际运行的高温部件的损伤的程度的损伤参数。

损伤发展曲线修正部1，作为修正后的损伤发展曲线，给出用于评价判断实机的损伤参数的评价基准。本发明的损伤评价系统中，具有根据多轴度来修正损伤发展曲线的特征，因此，以后主要说明损伤发展曲线修正部1。损伤发展曲线修正部1由根据实验数据等求出多轴度为1时的损伤发展曲线的损伤发展曲线导出部1A、求出部件的多轴度的多轴度导出部1B、根据求出的多轴度来计算针对多轴度为1时的损伤发展曲线的修正系数的修正系数导出部1C而构成。

其中，关于损伤发展曲线导出部1A，可以使用所述专利文献1、专利文献3、专利文献6等所公开的技术，例如可以使用基于标准圆棒试验的蠕变试验的结果数据11来求出损伤发展曲线12。但是这里所求出的损伤发展曲线是多轴度TF为1时的曲线。实际上，从损伤发展曲线导出部1A输出图7的损伤发展曲线L1的斜率So。

接着，说明用于求出部件的多轴度TF的多轴度导出部1B。图1的多轴度导出部1B中，根据由结构分析13所求出的高温部件所产生的应力来计算14多轴度。实际上例如多轴度导出部1B通过（1）式的执行来求出多轴度TF。另外，多轴度TF根据作为对象的部件的形状和材质而发生变化，因此需要通过考虑了蠕变和弹塑性变形的非弹性分析而求出，在多轴度导出部1B执行求出该多轴度TF的处理。

在对应多轴度来修正单轴的损伤发展曲线L1时，修正系数导出部1C决定具体的修正量。在修正系数导出部1C的修正函数导出部15中，使用蠕变试验数据11来求出（7）式的指数α’。在修正系数导出部16执行（7）式，求出多轴度TF时的斜率S。

损伤度判定部31中，根据损伤发展曲线L1的斜率So和多轴度TF时的斜率S，应用图3所说明的方法等来计算损伤发展曲线LX，将在该多轴条件下的损伤发展曲线LX所决定的损伤参数作为评价的基准值，与从实机参数导出部2所得到的实机的高温部件的损伤参数进行比较，输出判定结果。另外，计算损伤发展曲线LX的方法有多种，不一定必须是根据图3的思路。

作为本发明的评价方法的实施例，在以下表示对于作为火力用锅炉和高速中子炉的高温结构材料而使用的铁素体类型耐热钢的焊接接缝的蠕变损伤评价的应用例。

图10表示焊接接缝的截面图。图10的上侧为外表面，下侧为板厚中央侧，表示以焊接金属3对母材6进行了焊接的部分。这时，已知母材6和焊接金属3之间存在热影响部（HAZ）4、5，但在铁素体类型耐热钢中，HAZ的母材6侧的区域5与周围相比变软，应变容易集中。该部位5的结晶粒度变小，所以称为HAZ细粒区域。HAZ的焊接金属3侧的区域4的结晶粒度相对变大，所以称为HAZ粗粒区域4。

作为通过对HAZ细粒区域5赋予比母材6、焊接金属3软的特性来进行蠕变解析的结果的例子，在图11表示蠕变应变的分布。蠕变应变的最大值发生在接近HAZ细粒区域5的外表面的区域，已知在细粒HAZ区域5集中应变。

图12表示HAZ细粒区域5中的应变、应力、多轴度的板厚方向的分布。图12的横轴表示板厚方向，右侧表示外表面，左侧表示板厚中央。这些曲线图中，虚线表示从蠕变开始起经过1小时后的应变、应力、多轴度的分布，实线表示经过100小时后的应变、应力、多轴度的分布。

综合研究这些各量可以得出以下结论。首先，应变在外表面附近集中地变高，但是应力、多轴度在板厚内部整体都变高。另外，多轴度为最大的位置根据时间而细微变化，但是与应力成为最大的位置大体一致。

因此，使用应力成为最大的位置的多轴度来进行损伤发展曲线的修正。图13表示进行了该修正的例子。图13上方的曲线图表示寿命比和损伤参数的关系，图13下方的曲线图表示寿命比和多轴度的关系。

这里，图6给出了多轴度TF恒定的条件下的损伤参数和时间的关系。图13的下图是由分析而求出的多轴度TF的时间变化，蠕变刚开始后约为3，之后慢慢增加，寿命中期以后在约5.5进行迁移。与之对应，修正在上图中用虚线表示的TF=1的损伤发展曲线的结果是图中的实线。点划线、点线是以TF=4以及TF=5.5恒定而修正后的结果。由此，当TF为4以上时，即使将TF固定也不会产生较大的差。虽然也根据材料而不同，但可以说当TF在1到3的范围变动时，基于多轴度的损伤发展曲线的变动变大。

通过将在以上的步骤中求出的损伤发展曲线和作为对象的部件的检查中所求出的A参数或孔洞面积率等损伤参数进行对照，能够进行与部件的应力状态相符合的损伤评价。

在以上的实施例中，说明了使用了对象部件的检查结果的损伤评价法，不过考虑了多轴度的蠕变强度评价也可以应用于基于设计时等的分析的损伤评价。

图14表示分析的损伤评价系统的结构。用蠕变断裂时间曲线置换考虑了图1的损伤评价系统中的基于多轴度的修正的评价系统1中的损伤发展曲线。图14的系统结构的要点为，将损伤度判定部31置换为蠕变损伤评价部32。这时，蠕变断裂时间曲线例如表示了在图5中用虚线表示的单轴条件下的应力和蠕变断裂时间的关系。

在分析的损伤评价中，使用通过分析而求出的应力的时间变化，用下式评价蠕变损伤Dc。

[数学式10]

D_c=∫dt/t_r(σ,T)    （10）

右边是在某微小时间增量dt下的温度、应力为σ、T时，由dt和应力σ、温度T下的破损时间t_r的比、即dt/t_r来求出时间增量dt期间所积累的蠕变损伤，通过在假设的区间内对其进行积分而求出蠕变损伤D_c。利用应力和蠕变断裂时间曲线来求出该断裂时间，根据（6）式的关系来修正在此使用的应力。

图15表示通过所述方法，使用应力分析结果来评价图10所示的焊接接缝的蠕变损伤的例子。图15的横轴表示板厚方向位置，纵轴表示应力以及蠕变损伤D_c。分析的蠕变损伤评价中，作为用于评价的应力，大多使用下面的Mises型的相当应力σ_eq。

[数学式11]

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{eq}}=\frac{1}{\sqrt{2}}\sqrt{{({\mathrm{\σ}}_1-{\mathrm{\σ}}_2)}^2+{({\mathrm{\σ}}_2-{\mathrm{\σ}}_3)}^2+{({\mathrm{\σ}}_3-{\mathrm{\σ}}_1)}^2}---\left(11\right)$

图15的上图是所述相当应力σ_eq和主应力σ的板厚内分布的比较，可以知道和主应力σ相比，相当应力σ_eq的值小，在表面附近的集中程度变大。另外，基于相当应力σ_eq的评价中一般不考虑多轴度。

图15的下图表示用相当应力σ_eq和主应力σ评价蠕变损伤的结果。该图也表示板厚内的分布，相对于在基于相当应力σ_eq的评价中没有考虑多轴度的情况，在主应力的情况下考虑图12所示的多轴度来修正应力，进行评价。蠕变损伤的最大值与相当应力、主应力一起，都在从外表面稍内部处产生，但是在板厚内部，基于主应力的损伤变大。

铁素体类型耐热钢的焊接接缝中，报告了在板厚内部的蠕变损伤的进展变快，由此导致的损伤成为问题的情况，但是在基于相当应力的评价中，损伤集中在外表面附近，与实际结构物中所报告的损伤状态不对应。另一方面，与相当应力相比，在主应力中考虑了多轴度的效果的损伤值在板厚内部也为较大的值。

以上，通过进行考虑了多轴度的应力的修正，与各种应力状态对应的损伤评价的高精度化成为可能。

Claims (8)

1.一种用于判定在高温环境下所使用的高温部件的蠕变损伤度的高温部件的蠕变损伤评价方法，其特征在于，

求出单轴条件下的高温部件的损伤参数的时间变化和高温部件的多轴度的时间变化，并根据所述多轴度的时间变化来修正所述损伤参数的时间变化，由此判定所述高温部件的蠕变损伤度。

2.根据权利要求1所述的高温部件的蠕变损伤评价方法，其特征在于，

通过蠕变试验来求出所述单轴条件下的高温部件的损伤参数的时间变化，通过高温部件的结构分析来求出高温部件的多轴度的时间变化。

3.根据权利要求1所述的高温部件的蠕变损伤评价方法，其特征在于，

由多轴度的幂乘来决定根据所述多轴度的时间变化修正所述损伤参数的时间变化时的修正系数。

4.根据权利要求1所述的高温部件的蠕变损伤评价方法，其特征在于，

由多轴度的指数函数来决定根据所述多轴度的时间变化修正所述损伤参数的时间变化时的修正系数。

5.根据权利要求1所述的高温部件的蠕变损伤评价方法，其特征在于，

所述高温部件的损伤参数的时间变化，作为损伤参数的损伤发展曲线而被获得。

6.根据权利要求1所述的高温部件的蠕变损伤评价方法，其特征在于，

该高温部件的蠕变损伤评价方法是一种以通过结构分析而得到的应力或应变的时间履历为基础，解析地求出蠕变损伤的蠕变损伤评价法，根据所述多轴度的时间变化来进行修正。

7.一种由耐热钢或耐热合金组成且在高温下长期使用的高温部件的蠕变损伤评价方法，其特征在于，

通过实验将应力多轴度对于在损伤度的判定中所使用的参数的成长速度的影响进行预先公式化，利用通过高温部件的结构分析所求出的多轴度和时间的关系来修正蠕变损伤的发展速度，根据由该修正而得到的蠕变损伤和时间的关系来判定部件的蠕变损伤度。

8.一种用于判定在高温环境下使用的高温部件的蠕变损伤度的高温部件的蠕变损伤评价系统，其特征在于，包括：

损伤发展曲线导出部，其根据实验数据求出多轴度为1时的损伤发展曲线；

多轴度导出部，其求出高温部件的多轴度；

损伤发展曲线修正部，其由根据求出的多轴度来计算针对多轴度为1时的所述损伤发展曲线的修正系数的修正系数导出部而构成；

实机参数导出部，其通过所述高温部件的实机检查求出损伤参数；以及

损伤度判定部，其根据修正后的损伤发展曲线和实机损伤参数来进行损伤度判定。

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