JP2003004626A - クリープひずみ速度を利用した金属材料の余寿命評価方法 - Google Patents
クリープひずみ速度を利用した金属材料の余寿命評価方法Info
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- JP2003004626A JP2003004626A JP2001184314A JP2001184314A JP2003004626A JP 2003004626 A JP2003004626 A JP 2003004626A JP 2001184314 A JP2001184314 A JP 2001184314A JP 2001184314 A JP2001184314 A JP 2001184314A JP 2003004626 A JP2003004626 A JP 2003004626A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 クリープひずみ速度に着目し、寿命消費率の
後半においても余寿命評価精度の高い、金属材料の余寿
命評価方法を提供すること。 【解決手段】 あらかじめ、寿命消費率とクリープひず
みの関係あるいは寿命消費率の変化に対するクリープひ
ずみの変化率と寿命消費率との関係を求めておき、評価
材のクリープひずみ速度から、寿命消費率の後半におい
ても余寿命評価精度が高い余寿命を評価する。
後半においても余寿命評価精度の高い、金属材料の余寿
命評価方法を提供すること。 【解決手段】 あらかじめ、寿命消費率とクリープひず
みの関係あるいは寿命消費率の変化に対するクリープひ
ずみの変化率と寿命消費率との関係を求めておき、評価
材のクリープひずみ速度から、寿命消費率の後半におい
ても余寿命評価精度が高い余寿命を評価する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料のクリー
プ余寿命評価方法に関し、より詳しくは、クリープひず
み速度を利用した金属材料の余寿命評価方法に関する。
プ余寿命評価方法に関し、より詳しくは、クリープひず
み速度を利用した金属材料の余寿命評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、クリープ余寿命評価方法とし
ては、組織変化や硬さ変化等をもとにした評価方法が提
案され、実用化されているが、これらの評価因子は寿命
消費率の前半に大きく変化するが、寿命消費率の後半に
達した場合、変化が少なく寿命消費率後半の余寿命評価
精度が低いという問題点がある(入門講座「発電設備の
予防保全と余寿命診断」：火力原子力発電Vol.．51 N
o.523 P104)。
ては、組織変化や硬さ変化等をもとにした評価方法が提
案され、実用化されているが、これらの評価因子は寿命
消費率の前半に大きく変化するが、寿命消費率の後半に
達した場合、変化が少なく寿命消費率後半の余寿命評価
精度が低いという問題点がある(入門講座「発電設備の
予防保全と余寿命診断」：火力原子力発電Vol.．51 N
o.523 P104)。
【０００３】また、クリープひずみはクリープ現象その
ものであり、特に寿命消費率の後半に変化が著しいため
余寿命評価精度を向上させる指標として有効であるが、
クリープひずみの測定では初期寸法データが必要である
のに対し、初期寸法データが得られない等の問題があ
る。
ものであり、特に寿命消費率の後半に変化が著しいため
余寿命評価精度を向上させる指標として有効であるが、
クリープひずみの測定では初期寸法データが必要である
のに対し、初期寸法データが得られない等の問題があ
る。
【０００４】また、クリープ余寿命評価方法としては、
クリープ破断試験による余寿命評価が最も精度の高い手
法と考えられているが、試験には数千時間を要し、余寿
命の評価結果を出すのに時間がかかる。また、クリープ
破断試験は実機温度、応力条件を加速した条件で実施さ
れるため、試験応力、温度の実機応力、温度への外挿
や、温度―時間パラメータによる実機温度へのクリープ
破断時間の換算において、外挿の仕方や換算係数の値が
実機破断時間の推定に及ぼす影響が大きく、推定値の信
頼性に問題があった。
クリープ破断試験による余寿命評価が最も精度の高い手
法と考えられているが、試験には数千時間を要し、余寿
命の評価結果を出すのに時間がかかる。また、クリープ
破断試験は実機温度、応力条件を加速した条件で実施さ
れるため、試験応力、温度の実機応力、温度への外挿
や、温度―時間パラメータによる実機温度へのクリープ
破断時間の換算において、外挿の仕方や換算係数の値が
実機破断時間の推定に及ぼす影響が大きく、推定値の信
頼性に問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の問題に鑑み、本
発明は、クリープひずみ速度に着目し、寿命消費率の後
半においても余寿命評価精度の高い、金属材料の余寿命
評価方法を提供することを課題としている。
発明は、クリープひずみ速度に着目し、寿命消費率の後
半においても余寿命評価精度の高い、金属材料の余寿命
評価方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明ではクリープ試験
結果から寿命消費率φとクリープひずみεの関係が、ク
リープ試験温度、応力によらずほとんど同一であること
を利用したもので、あらかじめ、寿命消費率φとクリー
プひずみεの関係のマスターカーブを求めておき、評価
材のある評価時点での寿命消費率とその後の評価時点で
の寿命消費率との間におけるクリープひずみ変化の勾配
（Δε/Δφ）が、前記マスターカーブ上の勾配と一致
するような全寿命を求め、評価時点での余寿命を求める
ことを特徴とするものである。
結果から寿命消費率φとクリープひずみεの関係が、ク
リープ試験温度、応力によらずほとんど同一であること
を利用したもので、あらかじめ、寿命消費率φとクリー
プひずみεの関係のマスターカーブを求めておき、評価
材のある評価時点での寿命消費率とその後の評価時点で
の寿命消費率との間におけるクリープひずみ変化の勾配
（Δε/Δφ）が、前記マスターカーブ上の勾配と一致
するような全寿命を求め、評価時点での余寿命を求める
ことを特徴とするものである。
【０００７】これにより、評価時点間の平均クリープひ
ずみ速度Δε/Δφと評価時点の使用時間ｔさえわかれ
ば、寿命消費率φとクリープひずみεとの関係のマスタ
ーカーブの勾配ｄε/ｄφの変化に着目し、その勾配ｄ
ε/ｄφと一致する評価材の全寿命ｔ0を求め、評価時点
での寿命消費率φ（φ＝ｔ/ｔ0）及び余寿命ｔｒ（ｔｒ
＝ｔ0−ｔ）を得ることができる。
ずみ速度Δε/Δφと評価時点の使用時間ｔさえわかれ
ば、寿命消費率φとクリープひずみεとの関係のマスタ
ーカーブの勾配ｄε/ｄφの変化に着目し、その勾配ｄ
ε/ｄφと一致する評価材の全寿命ｔ0を求め、評価時点
での寿命消費率φ（φ＝ｔ/ｔ0）及び余寿命ｔｒ（ｔｒ
＝ｔ0−ｔ）を得ることができる。
【０００８】また、本発明では寿命消費率φと寿命消費
率φの変化に対するクリープひずみεの変化率との関係
が、クリープ試験温度、応力によらずほとんど同一であ
ることを利用したもので、あらかじめ、寿命消費率φと
クリープひずみεの関係を求め、寿命消費率φと寿命消
費率φの変化に対するクリープひずみεの変化率（ｄε
/ｄφ）との関係のマスターカーブを求めておき、評価
材の評価時点でのクリープひずみ速度（ｄε/ｄｔ）か
ら、前記マスターカーブに載るような全寿命を求め、評
価時点での余寿命を求めることを特徴とするものであ
る。
率φの変化に対するクリープひずみεの変化率との関係
が、クリープ試験温度、応力によらずほとんど同一であ
ることを利用したもので、あらかじめ、寿命消費率φと
クリープひずみεの関係を求め、寿命消費率φと寿命消
費率φの変化に対するクリープひずみεの変化率（ｄε
/ｄφ）との関係のマスターカーブを求めておき、評価
材の評価時点でのクリープひずみ速度（ｄε/ｄｔ）か
ら、前記マスターカーブに載るような全寿命を求め、評
価時点での余寿命を求めることを特徴とするものであ
る。
【０００９】さらに、評価材の評価時点でのクリープひ
ずみ速度（ｄε/ｄｔ）を、評価材の使用温度、使用応
力、組織及び硬さの情報から算出し、この算出したクリ
ープひずみ速度（ｄε/ｄｔ）から、前記マスターカー
ブに載るような全寿命を求め、評価時点での余寿命を求
めることもできる。この場合において、評価材の使用温
度は、新材のクリープ破断強度曲線を用いて前記使用温
度と全寿命を関係づけ、前記マスターカーブに載ような
温度を求め、評価時点での余寿命を求めることもできる
し、評価材の使用応力は、新材のクリープ破断強度曲線
を用いて前記使用応力と全寿命を関係づけ、前記マスタ
ーカーブに載るような応力を求め、評価時点での余寿命
を求めることもできる。
ずみ速度（ｄε/ｄｔ）を、評価材の使用温度、使用応
力、組織及び硬さの情報から算出し、この算出したクリ
ープひずみ速度（ｄε/ｄｔ）から、前記マスターカー
ブに載るような全寿命を求め、評価時点での余寿命を求
めることもできる。この場合において、評価材の使用温
度は、新材のクリープ破断強度曲線を用いて前記使用温
度と全寿命を関係づけ、前記マスターカーブに載ような
温度を求め、評価時点での余寿命を求めることもできる
し、評価材の使用応力は、新材のクリープ破断強度曲線
を用いて前記使用応力と全寿命を関係づけ、前記マスタ
ーカーブに載るような応力を求め、評価時点での余寿命
を求めることもできる。
【００１０】これにより、評価時点でのクリープひずみ
速度ｄε/ｄｔと評価時点までの使用時間ｔさえわかれ
ば、寿命消費率φと寿命消費率の変化に対するクリープ
ひずみの変化率ｄε/ｄφとの関係のマスターカーブを
利用し、そのマスターカーブに載る評価材の全寿命を求
め、評価時点での寿命消費率と余寿命を得ることができ
る。
速度ｄε/ｄｔと評価時点までの使用時間ｔさえわかれ
ば、寿命消費率φと寿命消費率の変化に対するクリープ
ひずみの変化率ｄε/ｄφとの関係のマスターカーブを
利用し、そのマスターカーブに載る評価材の全寿命を求
め、評価時点での寿命消費率と余寿命を得ることができ
る。
【００１１】ここで、寿命消費率φの変化に対するクリ
ープひずみεの変化率ｄε/ｄφは、ｄε/ｄφ＝ｄε/
(ｄｔ /ｔ0) =ｔ0(ｄε/ｄｔ ) となり、全寿命
（ｔ0）とクリープひずみ速度(ｄε/ｄｔ )の積であ
る。
ープひずみεの変化率ｄε/ｄφは、ｄε/ｄφ＝ｄε/
(ｄｔ /ｔ0) =ｔ0(ｄε/ｄｔ ) となり、全寿命
（ｔ0）とクリープひずみ速度(ｄε/ｄｔ )の積であ
る。
【００１２】さらに本発明では、あらかじめ、寿命消費
率φとクリープひずみεの関係を求め、寿命消費率φと
寿命消費率φの変化に対するクリープひずみの変化率
（ｄε/ｄφ）との関係のマスターカーブを求めてお
き、評価材のクリープ試験にて測定したクリープひずみ
速度（ｄε/ｄｔ）と任意に設定した新材のクリープ破
断時間とから、前記マスターカーブに載るような評価材
のクリープ破断時間を、クリープ破断試験途中段階で精
度よく求めることもでき、試験時間の短縮が可能であ
る。
率φとクリープひずみεの関係を求め、寿命消費率φと
寿命消費率φの変化に対するクリープひずみの変化率
（ｄε/ｄφ）との関係のマスターカーブを求めてお
き、評価材のクリープ試験にて測定したクリープひずみ
速度（ｄε/ｄｔ）と任意に設定した新材のクリープ破
断時間とから、前記マスターカーブに載るような評価材
のクリープ破断時間を、クリープ破断試験途中段階で精
度よく求めることもでき、試験時間の短縮が可能であ
る。
【００１３】また、設定する新材のクリープ破断時間
を、あらかじめ新材のクリープ破断試験から求めておく
か、新材のクリープ破断強度曲線を用いて求めておけ
ば、精度よく寿命消費率を求めることができる。
を、あらかじめ新材のクリープ破断試験から求めておく
か、新材のクリープ破断強度曲線を用いて求めておけ
ば、精度よく寿命消費率を求めることができる。
【００１４】これにより、評価時点までの使用時間と評
価材のクリープ試験中のクリープひずみ速度さえわかれ
ば、寿命消費率φと寿命消費率の変化に対するクリープ
ひずみの変化率（ｄε/ｄφ）との関係のマスターカー
ブを利用し、そのマスターカーブに載る点から評価材の
クリープ破断時間を求め、評価材の余寿命を短時間で予
測することを可能とする。
価材のクリープ試験中のクリープひずみ速度さえわかれ
ば、寿命消費率φと寿命消費率の変化に対するクリープ
ひずみの変化率（ｄε/ｄφ）との関係のマスターカー
ブを利用し、そのマスターカーブに載る点から評価材の
クリープ破断時間を求め、評価材の余寿命を短時間で予
測することを可能とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を実
施例に基づき説明する。
施例に基づき説明する。
【００１６】
【実施例１】寿命消費率φとクリープひずみεの関係
は、例えば、JISSTBA28材の単軸引張りクリープ試験を
実機で使用され得る応力10kg/mm2以下の応力の範囲で行
った結果、応力、温度に係らず一致することから、あら
かじめ寿命消費率φとクリープひずみεの関係のマスタ
ーカーブを求めておく。このマスターカーブの一例を図
１に示す。
は、例えば、JISSTBA28材の単軸引張りクリープ試験を
実機で使用され得る応力10kg/mm2以下の応力の範囲で行
った結果、応力、温度に係らず一致することから、あら
かじめ寿命消費率φとクリープひずみεの関係のマスタ
ーカーブを求めておく。このマスターカーブの一例を図
１に示す。
【００１７】なお、実機では評価材が内圧の負荷された
筒状であることが多いため、この場合、単軸クリープ試
験より得られた寿命消費率―クリープひずみの曲線を公
知の理論式（例えば、平、大谷：材料の高温強度論 第
１４２頁１９８０年オーム社発行）を用いて寿命消費率
と外径の変化の関係に変換したものを用いるか、実際に
内圧クリープ試験を行い寿命消費率―クリープひずみ曲
線を求め、これをマスターカーブとして使用することが
できる。
筒状であることが多いため、この場合、単軸クリープ試
験より得られた寿命消費率―クリープひずみの曲線を公
知の理論式（例えば、平、大谷：材料の高温強度論 第
１４２頁１９８０年オーム社発行）を用いて寿命消費率
と外径の変化の関係に変換したものを用いるか、実際に
内圧クリープ試験を行い寿命消費率―クリープひずみ曲
線を求め、これをマスターカーブとして使用することが
できる。
【００１８】ここで、ある評価時点t1（10万時間）で測
定した寸法L1（502mm）とあるインターバルΔT（５万時
間）後の評価時点のt2（１５万時間）に測定した寸法L2
（505mm）の差からt1‐t2間のクリープひずみの変化Δ
εは、t1、t2時点でのクリープひずみをそれぞれε1、
ε2とすると、Δε＝ε2―ε１である。
定した寸法L1（502mm）とあるインターバルΔT（５万時
間）後の評価時点のt2（１５万時間）に測定した寸法L2
（505mm）の差からt1‐t2間のクリープひずみの変化Δ
εは、t1、t2時点でのクリープひずみをそれぞれε1、
ε2とすると、Δε＝ε2―ε１である。
【００１９】初期寸法をL0（500ｍｍ）とするとt1時点
でのクリープひずみε1は ε1＝ln(L1/L0)＝ln(502/500) と表される。同様にt2時点でのクリープひずみε2は ε2＝ln(L2/L0)=ln(505/500) と表されることから、t1‐t2間のクリープひずみの変化
Δεは Δε= ln(L2/L1)=ln(505/502)=0.00596 となり初期寸法の値がなくてもクリープひずみ変化Δε
が得られる。
でのクリープひずみε1は ε1＝ln(L1/L0)＝ln(502/500) と表される。同様にt2時点でのクリープひずみε2は ε2＝ln(L2/L0)=ln(505/500) と表されることから、t1‐t2間のクリープひずみの変化
Δεは Δε= ln(L2/L1)=ln(505/502)=0.00596 となり初期寸法の値がなくてもクリープひずみ変化Δε
が得られる。
【００２０】このΔεからｔ１時点の寿命消費率φ
1（＝t1/ｔ0＝10万時間/ｔ0）とt2（15万時間）時点で
の寿命消費率φ２（＝t2/ｔ0＝15万時間/ｔ0）間のクリ
ープひずみ変化の勾配ｄε/ｄφ（＝ｔ0×ｄε/ (t2‐t
1)=ｔ0×0.00596/５万時間）が、マスターカーブ上のφ
1（＝t 1/ｔ0＝10万時間/ｔ0）とφ２（＝t2/ｔ0＝15万
時間/ｔ0）間の勾配と一致する全寿命t0をトライアンド
エラーで求めると例えば全寿命t0＝25万時間となる。こ
れにより、t１（10万時間）時点、t2（15万時間）時点
での寿命消費率はそれぞれt1/t0 (=10万時間/25万時間
＝0.4)、t2/t0 (=15万時間/25万時間＝0.6)となり、t
１時点、t２時点での余寿命はそれぞれt0‐t1(=25万時
間−10万時間=15万時間)、t0‐t2＝25万時間−15万時間
＝10万時間)で求められる。（図2参照）
1（＝t1/ｔ0＝10万時間/ｔ0）とt2（15万時間）時点で
の寿命消費率φ２（＝t2/ｔ0＝15万時間/ｔ0）間のクリ
ープひずみ変化の勾配ｄε/ｄφ（＝ｔ0×ｄε/ (t2‐t
1)=ｔ0×0.00596/５万時間）が、マスターカーブ上のφ
1（＝t 1/ｔ0＝10万時間/ｔ0）とφ２（＝t2/ｔ0＝15万
時間/ｔ0）間の勾配と一致する全寿命t0をトライアンド
エラーで求めると例えば全寿命t0＝25万時間となる。こ
れにより、t１（10万時間）時点、t2（15万時間）時点
での寿命消費率はそれぞれt1/t0 (=10万時間/25万時間
＝0.4)、t2/t0 (=15万時間/25万時間＝0.6)となり、t
１時点、t２時点での余寿命はそれぞれt0‐t1(=25万時
間−10万時間=15万時間)、t0‐t2＝25万時間−15万時間
＝10万時間)で求められる。（図2参照）
【００２１】
【実施例２】寿命消費率φと寿命消費率φの変化に対す
るクリープひずみεの変化率ｄε/ｄφの関係は、例え
ば、JISSTBA28材の単軸引張りクリープ試験を実機で使
用され得る応力10kg/mm2以下の応力の範囲で行った結
果、応力、温度に係らず一致することから、あらかじめ
寿命消費率φと寿命消費率φの変化に対するクリープひ
ずみεの変化率ｄε/ｄφとの関係のマスターカーブ
（以下「φ―ｄε/ｄφマスターカーブ」と呼ぶ。）を
求めておく。このφ―ｄε/ｄφマスターカーブの一例
を図3に示す。
るクリープひずみεの変化率ｄε/ｄφの関係は、例え
ば、JISSTBA28材の単軸引張りクリープ試験を実機で使
用され得る応力10kg/mm2以下の応力の範囲で行った結
果、応力、温度に係らず一致することから、あらかじめ
寿命消費率φと寿命消費率φの変化に対するクリープひ
ずみεの変化率ｄε/ｄφとの関係のマスターカーブ
（以下「φ―ｄε/ｄφマスターカーブ」と呼ぶ。）を
求めておく。このφ―ｄε/ｄφマスターカーブの一例
を図3に示す。
【００２２】ここで、寿命消費率φの変化に対するクリ
ープひずみεの変化率ｄε/ｄφは ｄε/ｄφ＝ｄε/ (ｄt /ｔ0) =ｔ0(ｄε/ｄt ) となり全寿命ｔ0とクリープひずみ速度ｄε/ｄt の積で
表される。
ープひずみεの変化率ｄε/ｄφは ｄε/ｄφ＝ｄε/ (ｄt /ｔ0) =ｔ0(ｄε/ｄt ) となり全寿命ｔ0とクリープひずみ速度ｄε/ｄt の積で
表される。
【００２３】なお、実機では評価材が内圧の負荷された
筒状であることが多いため、この場合、単軸クリープ試
験より得られた寿命消費率φ―クリープひずみεの曲線
を公知の理論式を用いて寿命消費率φと外径の変化の関
係に変換するか、実際に内圧クリープ試験を行い寿命消
費率―クリープひずみ曲線を求めることで、φ―ｄε/
ｄφマスターカーブを得ることができる。
筒状であることが多いため、この場合、単軸クリープ試
験より得られた寿命消費率φ―クリープひずみεの曲線
を公知の理論式を用いて寿命消費率φと外径の変化の関
係に変換するか、実際に内圧クリープ試験を行い寿命消
費率―クリープひずみ曲線を求めることで、φ―ｄε/
ｄφマスターカーブを得ることができる。
【００２４】次に、評価材の寸法をある評価時点t1（10
万時間）とあるインターバル後の評価時点t2（15万時
間）に測定し、t1（10万時間）とt2（15万時間）間の平
均クリープひずみ速度ｄε/ｄｔを実施例1と同様に得て
おき、t1（10万時間）時点とt2（15万時間）時点の中間
時間(12.5万時間)での寿命消費率(12.5万時間/t0)とt1
（10万時間）とt2（15万時間）間の平均クリープひずみ
速度ｄε/ｄｔ（0.00596/５万時間）と全寿命t0の積（t
0×0.00596/５万時間）の関係がφ―ｄε/ｄφマスター
カーブ（図３）に載る全寿命t0をトライアンドエラーで
求める。全寿命t0を求めると例えば全寿命t0＝25万時間
になるとすると、これにより、t１（10万時間）時点、t
2（15万時間）時点での寿命消費率はそれぞれt1/t0 (=
10万時間/25万時間＝0.4)、t2/t0 (=15万時間/25万時
間＝0.6)となり、t１時点、t２時点での余寿命はそれぞ
れt0‐t1(=25万時間−10万時間=15万時間)、t0‐t2＝25
万時間−15万時間＝10万時間)で求められる。（図４参
照）
万時間）とあるインターバル後の評価時点t2（15万時
間）に測定し、t1（10万時間）とt2（15万時間）間の平
均クリープひずみ速度ｄε/ｄｔを実施例1と同様に得て
おき、t1（10万時間）時点とt2（15万時間）時点の中間
時間(12.5万時間)での寿命消費率(12.5万時間/t0)とt1
（10万時間）とt2（15万時間）間の平均クリープひずみ
速度ｄε/ｄｔ（0.00596/５万時間）と全寿命t0の積（t
0×0.00596/５万時間）の関係がφ―ｄε/ｄφマスター
カーブ（図３）に載る全寿命t0をトライアンドエラーで
求める。全寿命t0を求めると例えば全寿命t0＝25万時間
になるとすると、これにより、t１（10万時間）時点、t
2（15万時間）時点での寿命消費率はそれぞれt1/t0 (=
10万時間/25万時間＝0.4)、t2/t0 (=15万時間/25万時
間＝0.6)となり、t１時点、t２時点での余寿命はそれぞ
れt0‐t1(=25万時間−10万時間=15万時間)、t0‐t2＝25
万時間−15万時間＝10万時間)で求められる。（図４参
照）
【００２５】
【実施例３】実施例２と同様に、あらかじめφ―ｄε/
ｄφマスターカーブを求めておく（図３）。
ｄφマスターカーブを求めておく（図３）。
【００２６】また、あらかじめ、組織、硬さと各温度、
応力における転位密度と転位の移動速度とを関連づけて
おく。転位密度は、実測することも可能であるし、応力
急変試験等により求めることも可能である。応力急変試
験から転位密度を求める場合、転位の易動度の値が必要
であるが、理論解の導出や、実測した転位密度とクリー
プひずみ速度の関係から逆算が可能である。（例えば、
丸山公一、中島英治：高温強度の材料科学 第５６頁１
９９７年内田老鶴圃発行）次に、評価部の評価時点ｔで
のクリープひずみ速度を評価部の使用温度、使用応力、
組織、硬さ、の情報から、転位の移動速度ｖとその密度
ρを求め、クリープひずみ速度ｄε/ｄtを、ｄε/ｄt＝
Aρｂｖ（A：定数、ｂ：バーガースベクトルの大きさ）
から算出する。そのクリープひずみ速度ｄε/ｄtと全寿
命t0の積（t0×ｄε/ｄt）が、φ―ｄε/ｄφマスター
カーブ（図３）に載る全寿命t0をトライアンドエラーで
求める。例えば、評価時点ｔを10万時間、使用温度、使
用応力、組織、硬さ、の情報から推定したクリープひず
み速度を10-6とすると、φ―ｄε/ｄφマスターカーブ
に載る全寿命t0が例えば20万時間となった。これによ
り、ｔ（10万時間）時点での寿命消費率はt/t0 (=10万
時間/20万時間＝0.5)となり、ｔ時点での余寿命はそれ
ぞれt0‐t(=20万時間−10万時間=10万時間)で求められ
る。（図５（ａ）参照）。
応力における転位密度と転位の移動速度とを関連づけて
おく。転位密度は、実測することも可能であるし、応力
急変試験等により求めることも可能である。応力急変試
験から転位密度を求める場合、転位の易動度の値が必要
であるが、理論解の導出や、実測した転位密度とクリー
プひずみ速度の関係から逆算が可能である。（例えば、
丸山公一、中島英治：高温強度の材料科学 第５６頁１
９９７年内田老鶴圃発行）次に、評価部の評価時点ｔで
のクリープひずみ速度を評価部の使用温度、使用応力、
組織、硬さ、の情報から、転位の移動速度ｖとその密度
ρを求め、クリープひずみ速度ｄε/ｄtを、ｄε/ｄt＝
Aρｂｖ（A：定数、ｂ：バーガースベクトルの大きさ）
から算出する。そのクリープひずみ速度ｄε/ｄtと全寿
命t0の積（t0×ｄε/ｄt）が、φ―ｄε/ｄφマスター
カーブ（図３）に載る全寿命t0をトライアンドエラーで
求める。例えば、評価時点ｔを10万時間、使用温度、使
用応力、組織、硬さ、の情報から推定したクリープひず
み速度を10-6とすると、φ―ｄε/ｄφマスターカーブ
に載る全寿命t0が例えば20万時間となった。これによ
り、ｔ（10万時間）時点での寿命消費率はt/t0 (=10万
時間/20万時間＝0.5)となり、ｔ時点での余寿命はそれ
ぞれt0‐t(=20万時間−10万時間=10万時間)で求められ
る。（図５（ａ）参照）。
【００２７】上記評価方法における評価材の使用温度が
未知の場合でも、新材のクリープ破断強度曲線（応力と
時間−温度パラメータの関係（図５（ｄ）参照）を用い
れば、全寿命は温度をパラメータとして関係づけられ、
φ―ｄε/ｄφマスターカーブ（図３）に載る温度を求
めることで全寿命t0を求めることができる。この場合、
全寿命t0= 10((LMP/T)-20）で表される。ここで、LMP：
T(20+log t0) =aσ2+bσ＋ｃ（T:使用温度（K）、t0：
温度T，使用応力における新材の破断時間、a、b、c:定
数）である（LMP：ラーソンミラーパラメータ）。
未知の場合でも、新材のクリープ破断強度曲線（応力と
時間−温度パラメータの関係（図５（ｄ）参照）を用い
れば、全寿命は温度をパラメータとして関係づけられ、
φ―ｄε/ｄφマスターカーブ（図３）に載る温度を求
めることで全寿命t0を求めることができる。この場合、
全寿命t0= 10((LMP/T)-20）で表される。ここで、LMP：
T(20+log t0) =aσ2+bσ＋ｃ（T:使用温度（K）、t0：
温度T，使用応力における新材の破断時間、a、b、c:定
数）である（LMP：ラーソンミラーパラメータ）。
【００２８】ここで、使用応力4kg/mm2でのLMPは新材の
クリープ破断強度曲線（LMP=aσ2+bσ＋ｃ）（図５
（ｄ））から21000となったとする。全寿命t0はt0=10
（（21000/ T）-20）となり、温度を変化させることで、
図５（ｂ）のようにφ―ｄε/ｄφマスターカーブに載
る温度が例えば833Kとなった。これにより、全寿命t0は
t0=10（（21000/833）-20）=162000時間と計算され、評
価時点ｔ（10万時間）における寿命消費率（t/t0）は0.
62となり、評価時点ｔにおける余寿命はそれぞれt0‐t
（62000時間）で求められる（図５（ｂ）参照） 一方、上記評価方法における評価部の使用応力が未知の
場合でも、新材のクリープ破断強度曲線（LMP=aσ2+bσ
＋ｃ）（応力と時間−温度パラメータの関係（図５
（ｄ））を用いれば、全寿命は応力σをパラメータとし
て関係づけられ、全寿命t0=10(LMP/T)-20）＝10
((aσ2+bσ＋ｃ)/T)-20）で表される。使用温度は既知
なので応力を変化させ、φ―ｄε/ｄφマスターカーブ
に載る応力を求めることで全寿命t0を求めることができ
る。例えば、使用温度833Kの時の全寿命t0はt0=10
（(（aσ2+bσ＋ｃ）/833)-20）となり、応力を変化さ
せることで、図５（ｃ）のようにφ―ｄε/ｄφマスタ
ーカーブに載る応力が例えば4kg/mm2となった。応力4kg
/mm2での全寿命t0はt0=10
（(（aσ2+bσ＋ｃ）/833)-20）となり例えば162000時
間となり、評価時点ｔ（10万時間）における寿命消費率
はt/t0は0.62となり、評価時点ｔにおける余寿命はそれ
ぞれt0‐t（62000時間）で求められる（図５（ｃ））
クリープ破断強度曲線（LMP=aσ2+bσ＋ｃ）（図５
（ｄ））から21000となったとする。全寿命t0はt0=10
（（21000/ T）-20）となり、温度を変化させることで、
図５（ｂ）のようにφ―ｄε/ｄφマスターカーブに載
る温度が例えば833Kとなった。これにより、全寿命t0は
t0=10（（21000/833）-20）=162000時間と計算され、評
価時点ｔ（10万時間）における寿命消費率（t/t0）は0.
62となり、評価時点ｔにおける余寿命はそれぞれt0‐t
（62000時間）で求められる（図５（ｂ）参照） 一方、上記評価方法における評価部の使用応力が未知の
場合でも、新材のクリープ破断強度曲線（LMP=aσ2+bσ
＋ｃ）（応力と時間−温度パラメータの関係（図５
（ｄ））を用いれば、全寿命は応力σをパラメータとし
て関係づけられ、全寿命t0=10(LMP/T)-20）＝10
((aσ2+bσ＋ｃ)/T)-20）で表される。使用温度は既知
なので応力を変化させ、φ―ｄε/ｄφマスターカーブ
に載る応力を求めることで全寿命t0を求めることができ
る。例えば、使用温度833Kの時の全寿命t0はt0=10
（(（aσ2+bσ＋ｃ）/833)-20）となり、応力を変化さ
せることで、図５（ｃ）のようにφ―ｄε/ｄφマスタ
ーカーブに載る応力が例えば4kg/mm2となった。応力4kg
/mm2での全寿命t0はt0=10
（(（aσ2+bσ＋ｃ）/833)-20）となり例えば162000時
間となり、評価時点ｔ（10万時間）における寿命消費率
はt/t0は0.62となり、評価時点ｔにおける余寿命はそれ
ぞれt0‐t（62000時間）で求められる（図５（ｃ））
【００２９】
【実施例４】実施例２及び実施例３と同様に、あらかじ
めφ―ｄε/ｄφマスターカーブを求めておく（図
３）。
めφ―ｄε/ｄφマスターカーブを求めておく（図
３）。
【００３０】次に、評価材のクリープ試験を実施し、寿
命消費率φにおける寿命消費率の変化に対するクリープ
ひずみの変化率ｄε/ｄφは、その寿命消費率における
評価材のクリープひずみ速度(ｄε/ｄt )と評価材の新
材状態の同一クリープ条件でのクリープ破断時間ｔ0と
の積で表されることを利用し、評価材のクリープ試験か
ら遷移クリープ後のクリープひずみ速度ｄε/ｄt を測
定し，評価材の新材状態時の同一クリープ試験条件での
クリープ破断時間に適当なto値を設定し、φ―ｄε/ｄ
φマスターカーブに載る評価材のクリープ破断時間trを
トライアンドエラーで求める。
命消費率φにおける寿命消費率の変化に対するクリープ
ひずみの変化率ｄε/ｄφは、その寿命消費率における
評価材のクリープひずみ速度(ｄε/ｄt )と評価材の新
材状態の同一クリープ条件でのクリープ破断時間ｔ0と
の積で表されることを利用し、評価材のクリープ試験か
ら遷移クリープ後のクリープひずみ速度ｄε/ｄt を測
定し，評価材の新材状態時の同一クリープ試験条件での
クリープ破断時間に適当なto値を設定し、φ―ｄε/ｄ
φマスターカーブに載る評価材のクリープ破断時間trを
トライアンドエラーで求める。
【００３１】例えば、JIS：STBA28新材を試験温度665
℃，応力8kg/mm2でクリープ試験し、それぞれ寿命消費
率27％，58％，92%の予損傷を与えたものを評価
材とし、690℃応力8kg/mm2でクリープ試験を実施した場
合の評価材のクリープひずみ速度からφ―ｄε/ｄφマ
スターカーブに載るクリープ破断時間trを求めた。その
予測結果を表１に示す。
℃，応力8kg/mm2でクリープ試験し、それぞれ寿命消費
率27％，58％，92%の予損傷を与えたものを評価
材とし、690℃応力8kg/mm2でクリープ試験を実施した場
合の評価材のクリープひずみ速度からφ―ｄε/ｄφマ
スターカーブに載るクリープ破断時間trを求めた。その
予測結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
ここで、新材状態の同クリープ条件でのクリープ破断時
間ｔ0を設定すると寿命消費率φはφ＝(ｔ0―tr)/ｔ0、
ｄε/ｄφはｄε/ｄφ＝ｔ0(ｄε/ｄt )となり、φ―ｄ
ε/ｄφマスターカーブに載る評価材のクリープ破断時
間trを評価材のクリープ試験における遷移クリープ後の
クリープひずみ速度ｄε/ｄt から推定したものであ
る。
間ｔ0を設定すると寿命消費率φはφ＝(ｔ0―tr)/ｔ0、
ｄε/ｄφはｄε/ｄφ＝ｔ0(ｄε/ｄt )となり、φ―ｄ
ε/ｄφマスターカーブに載る評価材のクリープ破断時
間trを評価材のクリープ試験における遷移クリープ後の
クリープひずみ速度ｄε/ｄt から推定したものであ
る。
【００３３】評価材のクリープ破断時間をクリープ破断
試験時間の20％〜40％の時間で予測でき、予測結果は実
際のクリープ破断時間とよく一致している(図６)。予測
値の幅は新材状態の同クリープ条件でのクリープ破断時
間ｔ0の設定を60時間から500時間まで変えたときの予測
値の変化幅であり、設定値にあまり依存しない。
試験時間の20％〜40％の時間で予測でき、予測結果は実
際のクリープ破断時間とよく一致している(図６)。予測
値の幅は新材状態の同クリープ条件でのクリープ破断時
間ｔ0の設定を60時間から500時間まで変えたときの予測
値の変化幅であり、設定値にあまり依存しない。
【００３４】
【実施例５】実施例２〜実施例４と同様に、あらかじめ
φ―ｄε/ｄφマスターカーブを求めておく（図３）。
φ―ｄε/ｄφマスターカーブを求めておく（図３）。
【００３５】実施例４と同様に、評価材のクリープ試験
を実施し，寿命消費率φにおける寿命消費率の変化に対
するクリープひずみの変化率ｄε/ｄφは、その寿命消
費率における評価材のクリープひずみ速度(ｄε/ｄt )
と評価材の新材状態の同一クリープ条件でのクリープ破
断時間ｔ0との積で表されることを利用し、評価材のク
リープ試験から遷移クリープ後のクリープひずみ速度ｄ
ε/ｄt を測定し、評価材の新材状態時の同一クリープ
試験条件でのクリープ破断時間ｔ0に新材の同一クリー
プ試験条件でのクリープ破断試験時間の値を設定し、寿
命消費率φはφ＝(ｔ0―tr)/ｔ0、ｄε/ｄφはｄε/ｄ
φ＝ｔ0(ｄε/ｄt )であるから、φ―ｄε/ｄφマスタ
ーカーブに載る評価材のクリープ破断時間trを評価材の
クリープ試験から得られた遷移クリープ後のクリープひ
ずみ速度ｄε/ｄt から推定したものである。φ―ｄε/
ｄφマスターカーブに載る評価材のクリープ破断時間tr
をトライアンドエラーで求めることにより寿命消費率φ
＝(ｔ0 −tr)/ｔ0 ，及び余寿命ｔ((1/φ)-1) が求めら
れる。
を実施し，寿命消費率φにおける寿命消費率の変化に対
するクリープひずみの変化率ｄε/ｄφは、その寿命消
費率における評価材のクリープひずみ速度(ｄε/ｄt )
と評価材の新材状態の同一クリープ条件でのクリープ破
断時間ｔ0との積で表されることを利用し、評価材のク
リープ試験から遷移クリープ後のクリープひずみ速度ｄ
ε/ｄt を測定し、評価材の新材状態時の同一クリープ
試験条件でのクリープ破断時間ｔ0に新材の同一クリー
プ試験条件でのクリープ破断試験時間の値を設定し、寿
命消費率φはφ＝(ｔ0―tr)/ｔ0、ｄε/ｄφはｄε/ｄ
φ＝ｔ0(ｄε/ｄt )であるから、φ―ｄε/ｄφマスタ
ーカーブに載る評価材のクリープ破断時間trを評価材の
クリープ試験から得られた遷移クリープ後のクリープひ
ずみ速度ｄε/ｄt から推定したものである。φ―ｄε/
ｄφマスターカーブに載る評価材のクリープ破断時間tr
をトライアンドエラーで求めることにより寿命消費率φ
＝(ｔ0 −tr)/ｔ0 ，及び余寿命ｔ((1/φ)-1) が求めら
れる。
【００３６】なお、新材の同一クリープ試験条件でのク
リープ破断時間ｔ0は，公表されているクリープ破断デ
ータを用いるか，あるいは実際に新材をクリープ破断試
験し求めることができる。これにより、精度の高い余寿
命、寿命消費率を求めることができる。
リープ破断時間ｔ0は，公表されているクリープ破断デ
ータを用いるか，あるいは実際に新材をクリープ破断試
験し求めることができる。これにより、精度の高い余寿
命、寿命消費率を求めることができる。
【００３７】例えば、JIS：STBA28新材を試験温度665
℃、応力8kg/mm2でクリープ試験し、それぞれ寿命消費
率27％，58％，92%の予損傷を与えたものを評価
材とし，690℃応力8kg/mm2でクリープ試験を実施した場
合の評価材のクリープひずみ速度から寿命消費率及び余
寿命を評価した結果を表１に示す。
℃、応力8kg/mm2でクリープ試験し、それぞれ寿命消費
率27％，58％，92%の予損傷を与えたものを評価
材とし，690℃応力8kg/mm2でクリープ試験を実施した場
合の評価材のクリープひずみ速度から寿命消費率及び余
寿命を評価した結果を表１に示す。
【００３８】ここで、新材状態の690℃応力8kg/mm2での
クリープ破断時間ｔ0を実際にクリープ破断試験によっ
て求めておき、その値133時間とその約倍の240時間、約
1/2の60時間及び500時間の4ケースで設定した。寿命消
費率φはφ＝(ｔ0―tr)/ｔ0であり、φはtrによって変
化する。一方、ｄε/ｄφはｄε/ｄφ＝ｔ0(ｄε/ｄt)
であり、ｄε/ｄtは予損傷材を690℃応力8kg/mm2でクリ
ープ試験することにより求められることから φ―ｄε/
ｄφマスターカーブに載る評価材のクリープ破断時間tr
が推定できる。
クリープ破断時間ｔ0を実際にクリープ破断試験によっ
て求めておき、その値133時間とその約倍の240時間、約
1/2の60時間及び500時間の4ケースで設定した。寿命消
費率φはφ＝(ｔ0―tr)/ｔ0であり、φはtrによって変
化する。一方、ｄε/ｄφはｄε/ｄφ＝ｔ0(ｄε/ｄt)
であり、ｄε/ｄtは予損傷材を690℃応力8kg/mm2でクリ
ープ試験することにより求められることから φ―ｄε/
ｄφマスターカーブに載る評価材のクリープ破断時間tr
が推定できる。
【００３９】これより、寿命消費率φ＝(ｔ0 −tr)/ｔ0
及び余寿命ｔ((1/φ)-1) が求められる。
及び余寿命ｔ((1/φ)-1) が求められる。
【００４０】図７は、実際の寿命消費率と予測した寿命
消費率とを比較したものであるが、新材のクリープ破断
時間133時間を用いることで寿命消費率が精度よく予測
できている。
消費率とを比較したものであるが、新材のクリープ破断
時間133時間を用いることで寿命消費率が精度よく予測
できている。
【００４１】以上、各実施例を説明したが、クリープ試
験でクリープひずみ速度が求められるのと同様に、スモ
ールパンチクリープ試験でもクリープひずみ速度あるい
は変位速度が求められることから、スモールパンチクリ
ープ試験でも本発明を適用できる。
験でクリープひずみ速度が求められるのと同様に、スモ
ールパンチクリープ試験でもクリープひずみ速度あるい
は変位速度が求められることから、スモールパンチクリ
ープ試験でも本発明を適用できる。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、寿命消費率とクリープ
ひずみの変化率の関係あるいは寿命消費率と寿命消費率
の変化に対するクリープひずみの変化率との関係を利用
することで、評価材のクリープひずみ速度さえわかれば
寿命消費率の後半に余寿命評価精度の高い余寿命評価を
可能とする。
ひずみの変化率の関係あるいは寿命消費率と寿命消費率
の変化に対するクリープひずみの変化率との関係を利用
することで、評価材のクリープひずみ速度さえわかれば
寿命消費率の後半に余寿命評価精度の高い余寿命評価を
可能とする。
【００４３】また、あるインターバルで評価材の寸法変
化を測定するだけで寿命消費率の後半に余寿命評価精度
の高い余寿命評価を可能とする。
化を測定するだけで寿命消費率の後半に余寿命評価精度
の高い余寿命評価を可能とする。
【図１】 寿命消費率とクリープひずみの関係のマスタ
ーカーブの一例
ーカーブの一例
【図２】 図１に示すマスターカーブから余寿命を評価
する模式図
する模式図
【図３】 寿命消費率と寿命消費率の変化に対するクリ
ープひずみの変化率との関係のマスターカーブの一例
ープひずみの変化率との関係のマスターカーブの一例
【図４】 図３に示すマスターカーブから余寿命を評価
する模式図
する模式図
【図５】 クリープひずみ速度を、評価材の使用温度、
使用応力、組織及び硬さの情報から算出して余寿命を評
価する模式図で、同図（ａ）は使用温度、使用応力が既
知の場合、同図（ｂ）は使用温度が未知の場合、同図
（ｃ）は使用応力が未知の場合の模式図であり、同図
（ｄ）はクリープ破断強度曲線の模式図
使用応力、組織及び硬さの情報から算出して余寿命を評
価する模式図で、同図（ａ）は使用温度、使用応力が既
知の場合、同図（ｂ）は使用温度が未知の場合、同図
（ｃ）は使用応力が未知の場合の模式図であり、同図
（ｄ）はクリープ破断強度曲線の模式図
【図６】 クリープ試験途中のクリープひずみ速度を利
用したクリープ破断時間予測結果を示す図
用したクリープ破断時間予測結果を示す図
【図７】 クリープ試験途中のクリープひずみ速度によ
る寿命消費率予測結果を示す図
る寿命消費率予測結果を示す図
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G050 AA01 BA10 BA12 CA01 DA01
EA01 EA10 EB01 EC10
2G055 AA01 BA05 BA11 BA14 BA15
DA08 EA07 EA08 EA10 FA01
FA05
2G061 AA01 AB02 AC03 BA04 BA11
CA01 DA12 EA02 EA03 EC02
Claims (6)
- 【請求項１】 あらかじめ、寿命消費率φとクリープひ
ずみεの関係のマスターカーブを求めておき、評価材の
ある評価時点での寿命消費率とその後の評価時点での寿
命消費率との間におけるクリープひずみ変化の勾配（Δ
ε/Δφ）が、前記マスターカーブ上の勾配と一致する
ような全寿命を求め、評価時点での余寿命を求めること
を特徴とするクリープひずみ速度を利用した金属材料の
余寿命評価方法。 - 【請求項２】 あらかじめ、寿命消費率φとクリープひ
ずみεの関係を求め、寿命消費率φと寿命消費率φの変
化に対するクリープひずみεの変化率（ｄε/ｄφ）と
の関係のマスターカーブを求めておき、評価材の評価時
点でのクリープひずみ速度（ｄε/ｄｔ）から、前記マ
スターカーブに載るような全寿命を求め、評価時点での
余寿命を求めることを特徴とするクリープひずみ速度を
利用した金属材料の余寿命評価方法。 - 【請求項３】 あらかじめ、寿命消費率φとクリープひ
ずみεの関係を求め、寿命消費率φと寿命消費率φの変
化に対するクリープひずみεの変化率（ｄε/ｄφ）と
の関係のマスターカーブを求めておき、評価材の評価時
点でのクリープひずみ速度（ｄε/ｄｔ）を、評価材の
使用温度、使用応力、組織及び硬さの情報から算出し、
この算出したクリープひずみ速度（ｄε/ｄｔ）から、
前記マスターカーブに載るような全寿命を求め、評価時
点での余寿命を求めることを特徴とするクリープひずみ
速度を利用した金属材料の余寿命評価方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の余寿命評価方法におい
て、評価材の使用温度は、評価材の新材のクリープ破断
強度曲線を用いて前記使用温度と全寿命を関係づけ、前
記マスターカーブに載るような温度を求め、評価時点で
の余寿命を求めることを特徴とするクリープひずみ速度
を利用した金属材料の余寿命評価方法。 - 【請求項５】 請求項３記載の余寿命評価方法におい
て、評価材の使用応力は、新材のクリープ破断強度曲線
を用いて前記使用応力と全寿命を関係づけ、前記マスタ
ーカーブに載るような応力を求め、評価時点での余寿命
を求めることを特徴とするクリープひずみ速度を利用し
た金属材料の余寿命評価方法。 - 【請求項６】 あらかじめ、寿命消費率φとクリープひ
ずみεの関係を求め、寿命消費率φと寿命消費率φの変
化に対するクリープひずみεの変化率（ｄε/ｄφ）と
の関係のマスターカーブを求めておき、評価材のクリー
プ試験にて測定したクリープひずみ速度（ｄε/ｄｔ）
と新材のクリープ破断時間とから、前記マスターカーブ
に載るような評価材のクリープ破断時間を求め、余寿命
を求めることを特徴とするクリープひずみ速度を利用し
た金属材料の余寿命評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001184314A JP4638621B2 (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | クリープひずみ速度を利用した金属材料の余寿命評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001184314A JP4638621B2 (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | クリープひずみ速度を利用した金属材料の余寿命評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003004626A true JP2003004626A (ja) | 2003-01-08 |
| JP4638621B2 JP4638621B2 (ja) | 2011-02-23 |
Family
ID=19024095
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001184314A Expired - Fee Related JP4638621B2 (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | クリープひずみ速度を利用した金属材料の余寿命評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4638621B2 (ja) |
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| JP2018087738A (ja) * | 2016-11-29 | 2018-06-07 | 新日鐵住金株式会社 | 金属材料の余寿命評価方法 |
| WO2023234179A1 (ja) * | 2022-06-02 | 2023-12-07 | 学校法人帝京大学 | 評価システム、評価方法、およびプログラム |
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2001
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