JP2005024389A - 金属材料の寿命評価方法及びその評価システム - Google Patents
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Abstract
【課題】特定のクリープ環境下における寿命を正確に測定し得る金属材料の寿命評価方法を提供する。
【解決手段】所定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表す特性図を得る一方、測定対象の金属材料の平均結晶方位差を測定し、その測定値を前記特性図に当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出する。
【選択図】 図１
【解決手段】所定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表す特性図を得る一方、測定対象の金属材料の平均結晶方位差を測定し、その測定値を前記特性図に当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属材料の寿命評価方法及びその評価システムに関し、特にボイラ材料としての高強度フェライト鋼の寿命評価に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ材料は高温で応力を受ける部位、すなわちクリープ環境下で使用されることが多い。したがって、ボイラ材料のクリープ環境下での余寿命評価が、ボイラの保守管理上肝要となってくる。
【０００３】
一般の低合金鋼（２Ｃｒ鋼等）は、クリープ損傷に伴なう組織の変化、炭化物の球状化及びクリープボイドの生成を経て破壊へと至る。したがって、この種の低合金鋼の場合には、クリープ破断時間を推定するためにそれらの組織の変化、炭化物の球状化及びクリープボイドの生成量の調査を行うことで寿命消費量を定量的に把握することができる。
【０００４】
一方、高強度フェライト鋼（ニクロムタングステン鋼）は、ボイラ材料として汎用されているが、低合金鋼に較べ、それらの組織変化が極めて微小であるため、上述の如き低合金鋼と同様の寿命診断をすることができない。このため、従来技術ではクリープ損傷に伴って現れる硬さ変化及びクリープボイドの生成量によって寿命消費率を算出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高強度フェライト鋼は、組織が単相でないため、硬さ測定に範囲があり、また表層には脱炭層が生成して硬さが低下するため、寿命診断に誤差を生じてしまうという問題を生起していた。
【０００６】
なお、Ｃｒ−Ｍｏ鋼を対象としたものであるが、高温で使用中の高温機器材料のクリープ寿命を、簡単な操作と少ない材料採取量で、短時間に精度良く評価することができるクリープ寿命評価方法を公知技術として挙げることができる。これは、試料のサブグレインサイズ（亜粒界組織の大きさ）を測定し、予め求めておいたサブグレインサイズとクリープ歪の大きさとの関係図からクリープ歪を算出し、さらに予め求めておいたクリープ歪の大きさとクリープ寿命消費率との関係図からクリープ寿命消費率を算出するようにした耐熱鋼のクリープ寿命評価方法である（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１７０５０３
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、上記高強度フェライト鋼も含めクリープ環境下における寿命を正確に測定し得る金属材料の寿命評価方法及びその評価システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明に係る金属材料の寿命評価方法は次の点を特徴とする。
【００１０】
１） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１１】
２） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料のＩＱ値を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１２】
３） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差と前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値とを測定するとともに、
かかる各測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差及びＩＱ値との相関を表すデータをそれぞれ得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差とＩＱ値とを結晶方位顕微鏡で測定し、それぞれの測定値を前記各データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１３】
４） 上記１）に記載する金属材料の寿命評価方法において、 測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１４】
５） 上記２）に記載する金属材料の寿命評価方法において、 測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１５】
６） 上記３）に記載する金属材料の寿命評価方法において、 測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１６】
７） 上記１）乃至６）に記載する何れか一つの金属材料の寿命評価方法において、
金属材料は高強度フェライト鋼であること。
【００１７】
また、本発明に係る金属材料の寿命評価システムは次の点を特徴とする。
【００１８】
８） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における前記第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有すること。
【００１９】
９） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒についてＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有すること。
【００２０】
１０） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
同一条件の下で前記結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差及びＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求めるとともに、前記結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理装置とを有すること。
【００２１】
１１） 上記８）に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したこと。
【００２２】
１２） 上記９）に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したこと。
【００２３】
１３） 上記１０）に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したこと。
【００２４】
１４） 上記１３）に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
情報処理装置は、第１のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も大きく評価されるよう、次に第２のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が評価されるよう、また第３のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も小さく評価されるよう、それぞれの推定寿命消費率に所定の重み係数を掛けて、その後これらを平均化し、この平均値を推定寿命消費率とするよう構成したこと。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２６】
本発明の各実施の形態は次の知見を基礎とするものである。すなわち、クリープ変形に伴う組織変化を調べるため、４種類の試料を用意した。試料１は、全くクリープ歪が付与されていない高強度鋼であるニクロムタングステン鋼である。試料２は試料１と同一材料のニクロムタングステン鋼が特定の条件（温度及び応力条件）の下でクリープ変形により破断に至る迄の時間の５７％の時間、同様のクリープ環境下においた試料１と同一材料のニクロムタングステン鋼である。試料３は前記破断に至る迄の時間の８６％の時間、同様のクリープ環境下においた試料１と同一材料のニクロムタングステン鋼である。試料４は前記クリープ環境下で破断に至った試料１と同一材料のニクロムタングステン鋼である。
【００２７】
したがって、試料１は推定寿命消費率が０％、試料２は推定寿命消費率が５７％ 試料３は推定寿命消費率が８６％、試料４は推定寿命消費率が１００％ということになる。
【００２８】
かかる試料１乃至試料４のそれぞれについて結晶方位顕微鏡（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｐａｔｔｅｒｎ）でその特定の結晶粒について平均結晶方位差及びＩＱ（Ｉｍａｇｅ Ｑｕａｌｉｔｙ） 値を測定した。ここで、結晶方位顕微鏡とは、金属材料の結晶方位を測定することができる装置であり、０．１μｍピッチ（測定対象となる結晶粒は１００μｍ程度である。）での結晶方位の変化、歪の定性的な測定等が可能な装置である。また、平均結晶方位差は、結晶方位顕微鏡で得る解析パターンの一つで、各測定点の結晶格子がその周囲に較べてどの程度歪んでいるかを示す指標であり、その値が大きい程、周囲に較べて格子の歪み（結晶方位の角度差）が大きいことを意味する。ＫＡＭ（Ｋａｒｎｅｌ Ａｖｅｒａｇｅ Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）値がその一例である。
【００２９】
ＩＱ値は、同様に結晶方位顕微鏡の解析パターンの一つであり、結晶方位の完全性を評価するもので、歪量に対応させることができる。すなわち、ＩＱ値が大きいほど、歪が少ない。歪が少ない程、結晶方位顕微鏡で得られる結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度（ＩＱ（Ｉｍａｇｅ Ｑｕａｌｉｔｙ） ）が向上するからである。
【００３０】
ここで、結晶方位顕微鏡による０．１μｍピッチでの結晶方位角の測定の際には、その角度に閾値を設けておき、測定した角度が前記閾値を越える場合には、隣接する結晶粒における測定値であるとみなし、この値を排除して測定データを処理することにより特定の結晶粒について平均結晶方位差及びＩＱ値を測定した。
【００３１】
図１は平均結晶方位角の測定結果に関する特性図、図２はＩＱ値の測定結果に関する特性図である。図１を参照すれば、推定寿命消費率が５０％を越え、６０％の近傍に達した時点からクリープ変形が進行するに伴い急激に平均結晶方位差が小さくなって破壊（推定寿命消費率１００％）に至っていることが分かる。一方、図２を参照すれば、クリープ変形を受けていない状態（推定寿命消費率が０％の状態）から破壊状態（推定寿命消費率が１００％の状態）に向けて直線的にＩＱ値が向上していることが分かる。これは、次の様な理由によるものと考えられる。
【００３２】
クリープ変形を生じる前のニクロムタングステン鋼の組織はベイナイト組織であり、結晶方位が揃っていない。しかし、ある程度クリープ損傷を受けた場合には組織がサブグレン化し、組織の回復（歪の消失）が起こる。かかる組織の回復により結晶方位が滑りやすい方位に変化するため、方位差が減少するものと考えられる。また、歪みの消失に比例して回折パターンが鮮明化するためＩＱ値が向上する。
【００３３】
したがって、上述の如き平均結晶方位差及びＩＱ値を把握することによりクリープ損傷の程度、すなわちニクロムタングステン鋼の寿命消費率を推定することができる。
【００３４】
図３は、従来より実施していたビッカース硬さ（Ｈｖ）に基づくニクロムタングステン鋼の推定寿命消費率を示す特性図である。同図に示すように、寿命消費率が変化しても当該ニクロムタングステン鋼の硬さのクリープ環境下における経時的な変化が小さいので、当該硬さの測定による推定寿命消費率の測定だけでは十分な精度を確保するのが困難である。特に、材料の寿命消費率を知りたい範囲である寿命消費率が５０％乃至１００％の範囲の測定値の変化が平坦であるため当該範囲における寿命消費率の評価に正確を期し難い。
【００３５】
上記知見に基づく本発明の実施の形態は次の通りである。
【００３６】
図４は本発明の実施の形態に係る寿命評価システムを示すブロック線図である。同図に示すように、第１のデータベース１１は、各クリープ条件（温度、応力）における平均結晶方位差と推定寿命消費率との関係（図１の特性図に示す関係）を予め測定し、その結果のデータをデータベース化したものである。第２のデータベース１２は、各クリープ条件（温度、応力）におけるＩＱ値と推定寿命消費率との関係（図２の特性図に示す関係）を予め測定し、その結果のデータをデータベース化したものである。第３のデータベース１３は、各クリープ条件（温度、応力）における材料の硬度と推定寿命消費率との関係（図３の特性図に示す関係）を予め測定し、その結果のデータをデータベース化したものである。
【００３７】
かかる第１乃至第３のデータベース１１乃至１３に記憶するデータは、クリープ条件が異なるデータの種類が多くなれば、その分評価システムとして有用なものとなるが、特定の一種類のクリープ条件に関するデータであっても、勿論良い。
【００３８】
結晶方位顕微鏡１４は、本形態における測定対象であるニクロムタングステン鋼の結晶方位及びＩＱ値を測定するもので、その測定データを情報処理装置１５に送出する。このとき、方位角が所定の閾値を越えた場合にはその値を排除することにより、特定の結晶粒についての平均結晶方位差及びＩＱ値を求める。
【００３９】
硬度計１６は本形態における測定対象であるニクロムタングステン鋼の硬度を測定してその測定データを情報処理装置１５に送出する。
【００４０】
入力装置１７は、例えばキーボード等で構成したもので、測定対象のクリープ条件（温度、圧力）等、測定に必要な情報を入力するためのマン／マシンインターフェースであり、その入力情報は情報処理装置１５に送出する。
【００４１】
情報処理装置１５は、測定対象となるニクロムタングステン鋼の結晶方位顕微鏡１４及び硬度計１６での測定値を読み込むとともに、入力装置１７から入力されるクリープ条件等を読み込んで、第１乃至第３のデータベース１１、１２、１３を参照することにより、平均結晶方位差、ＩＱ値及び硬度に対応する推定寿命消費率を検出する。そして、各検出値に所定の処理をした後、又はそのまま表示部１８に送出して当該測定対象となっているニクロムタングステン鋼の推定寿命消費率を前記表示部１８に表示する。
【００４２】
ここで、当該情報処理装置１５に取り込んだ各測定値に基づく推定寿命消費率の検出方法は、種々考えられる。
【００４３】
先ず、最も単純には、平均結晶方位差（図１の特性図）、ＩＱ値（図２の特性図）及び硬度（図３の特性図）に基づく推定寿命消費率を併記して表示する方法がある。この場合には、表示部１８に表示された３種類の検出値を測定作業者が読んで、何れかを選択するか、又は何れかを主として他を参照することにより適宜主たる検出値を補正する等の作業を行う。ちなみに、最も信頼性が高いのは、図１の特性図を利用する平均結晶方位差に基づく検出であり、次に図２の特性図を利用するＩＱ値に基づく検出であり、図３の特性図を利用する硬度に基づく検出は経時的な変化が小さいので最も信頼性が劣る。
【００４４】
そこで、硬度に基づく検出値は参考程度に参照するに止める。また、特に５０％を越える領域での信頼性は最も高い寿命消費率の推定値を提供し得る平均結晶方位差を利用する場合も、５０％以下の領域では寿命消費率の経時的な変化が小さいので、この領域に関してはＩＱ値を利用する等、各特性の特徴を組み合わせることにより検出精度を上げることができる。
【００４５】
また、情報処理部１５での処理の際、信頼度の高い検出値がより大きく評価されるように各特性毎に重み係数を設定しておき、各重み係数を掛けて算出した推定寿命消費率を平均した一個の検出値とし、これを表示部１８に表示するようにしても良い。
【００４６】
さらに、平均結晶方位差に基づく推定寿命消費率、ＩＱ値に基づく推定寿命消費率、又は硬度に基づく推定寿命消費率が単独でも十分信頼できる場合は、これらの何れかのみを表示する装置構成とすることもできる。当然、平均結晶方位差に基づく推定寿命消費率、ＩＱ値に基づく推定寿命消費率、又は硬度に基づく推定寿命消費率のうちの何れか２種類を組み合わせることも可能であり、この場合には、何れかを単独で用いる場合に較べ、相互の欠点を補完してより正確な寿命消費率の推定を行うことができる。
【００４７】
本発明は、従来の硬度による寿命消費率の推定では経時的な変化が乏しいニクロムタングステン鋼に適用して特に効果的に、高精度の測定を行うことができるが、測定対象をこのニクロムタングステン鋼に限る必要はない。一般に金属材料のクリープ損傷による寿命消費率の評価に適用することにより、同様の高精度の評価結果を得ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、
〔請求項１〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
クリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率を平均結晶方位差を媒介として検出・評価することができる。
かかる平均結晶方位差は、図１に示すように、特に寿命消費率が５０％以上の領域で顕著な経時的な変化を示す。
したがって、特に寿命消費率の評価を行う必要性が高い前記範囲の金属材料の寿命消費率の検査に適用してその評価を高精度に行うことができる。
【００４９】
〔請求項２〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料のＩＱ値を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
クリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率をＩＱ値を媒介として検出・評価することができる。
かかるＩＱ値は、図２に示すように、寿命消費率が０％乃至１００％の前記領域で直線的に顕著な経時的な変化を示す。
したがって、金属材料の寿命消費率の全領域に亘ってその評価を高精度に行うことができる。
【００５０】
〔請求項３〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差と前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値とを測定するとともに、
かかる各測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差及びＩＱ値との相関を表すデータをそれぞれ得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差とＩＱ値とを結晶方位顕微鏡で測定し、それぞれの測定値を前記各データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
クリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率を平均結晶方位差及びＩＱ値を媒介として検出・評価することができる。
かかる平均結晶方位差は、図１に示すように、特に寿命消費率が５０％以上の領域で顕著な経時的な変化を示すとともに、ＩＱ値は、図２に示すように、寿命消費率が０％乃至１００％の前記領域で直線的に顕著な経時的な変化を示す。
したがって、平均結晶方位差及びＩＱ値に基づく特性の相互の特徴を相乗した効果により金属材料の寿命評価をさらに高精度に行うことができる。
【００５１】
〔請求項４〕に記載する発明は、
〔請求項１〕に記載する金属材料の寿命評価方法において、
測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
硬度による寿命消費率の判定を平均結晶方位差に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、当該寿命消費率の総合的な精度を向上させることができる。
【００５２】
〔請求項５〕に記載する発明は、
〔請求項２〕に記載する金属材料の寿命評価方法において、
測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
硬度による寿命消費率の判定をＩＱ値に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、当該寿命消費率の総合的な精度を向上させることができる。
【００５３】
〔請求項６〕に記載する発明は、
〔請求項３〕に記載する金属材料の寿命評価方法において、
測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
硬度による寿命消費率の判定を平均結晶方位差及びＩＱ値に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、３種類の寿命消費率の評価を総合することにより、その分高精度の寿命消費率の判定を行うことができる。
【００５４】
〔請求項７〕に記載する発明は、
〔請求項１〕乃至〔請求項６〕に記載する何れか一つの金属材料の寿命評価方法において、
金属材料はニクロムタングステン鋼であるので、
硬度による寿命消費率の推定では、経時的な変化に乏しいため、正確な推定ができないニクロムタングステン鋼に関して平均結晶方位差及び／又はＩＱ値を加味することにより経時的に変化する顕著な特性を得ることができる。
この結果、本発明によれば、最も正確な寿命消費率の評価を行うことができる。
【００５５】
〔請求項８〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における前記第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有するので、
第１のデータベースのデータを参照することでクリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率を平均結晶方位差を媒介として検出・評価することができる。
かかる平均結晶方位差は、図１に示すように、特に寿命消費率が５０％以上の領域で顕著な経時的な変化を示す。
したがって、特に寿命消費率の評価を行う必要性が高い前記範囲の金属材料の寿命消費率の検査に適用してその評価を高精度に行うことができる。
【００５６】
〔請求項９〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒についてＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有するので、
第２のデータベースのデータを参照することでクリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率をＩＱ値を媒介として検出・評価することができる。
かかるＩＱ値は、図２に示すように、寿命消費率が０％乃至１００％の前記領域で直線的に顕著な経時的な変化を示す。
したがって、金属材料の寿命消費率の全領域に亘ってその評価を高精度に行うことができる。
【００５７】
〔請求項１０〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
同一条件の下で前記結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差及びＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求めるとともに、前記結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理装置とを有するので、
第１及び第２のデータベースのデータをそれぞれ参照することによりクリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率を平均結晶方位差及びＩＱ値を媒介として検出・評価することができる。
かかる平均結晶方位差は、図１に示すように、特に寿命消費率が５０％以上の領域で顕著な経時的な変化を示すとともに、ＩＱ値は、図２に示すように、寿命消費率が０％乃至１００％の前記領域で直線的に顕著な経時的な変化を示す。
したがって、平均結晶方位差及びＩＱ値に基づく特性の相互の特徴を相乗した効果により金属材料の寿命評価をさらに高精度に行うことができる。
【００５８】
〔請求項１１〕に記載する発明は、
〔請求項８〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したので、
第３のデータベースを参照することによる硬度による寿命消費率の判定を平均結晶方位差に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、当該寿命消費率の総合的な精度を向上させることができる。
【００５９】
〔請求項１２〕に記載する発明は、
〔請求項９〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したので、
第３のデータベースを参照することによる硬度による寿命消費率の判定をＩＱ値に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、当該寿命消費率の総合的な精度を向上させることができる。
【００６０】
〔請求項１３〕に記載する発明は、
〔請求項１０〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したので、
第３のデータベースを参照することによる硬度による寿命消費率の判定を平均結晶方位差及びＩＱ値に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、３種類の寿命消費率の評価を総合することにより、その分高精度の寿命消費率の判定を行うことができる。
【００６１】
〔請求項１４〕に記載する発明は、
〔請求項１３〕に記載する発明金属材料の寿命評価システムにおいて、
情報処理装置は、第１のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も大きく評価されるよう、次に第２のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が評価されるよう、また第３のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も小さく評価されるよう、それぞれの推定寿命消費率に所定の重み係数を掛けて、その後これらを平均化し、この平均値を推定寿命消費率とするよう構成したので、
最も信頼性が高い平均結晶方位差による寿命消費率を大きく評価し、次に信頼性が高いＩＱ値による寿命消費率を大きく評価し、特に金属材料によっては信頼性に乏しい硬度による寿命消費率を最も小さく評価して総合的な寿命消費率を求めることができる。
この結果、極めて正確な寿命消費率を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を実現する平均結晶方位差と推定寿命消費率との関係をニクロムタングステン鋼に関して示す特性図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を実現するＩＱ値と推定寿命消費率との関係をニクロムタングステン鋼に関して示す特性図である。
【図３】測定対象であるニクロムタングステン鋼の硬度と推定寿命消費率との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る評価システムを示すブロック線図である。
【符号の説明】
１１ 第１のデータベース
１２ 第２のデータベース
１３ 第３のデータベース
１４ 結晶方位顕微鏡
１５ 情報処理装置
１６ 硬度計
１７ 入力装置
１８ 表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は金属材料の寿命評価方法及びその評価システムに関し、特にボイラ材料としての高強度フェライト鋼の寿命評価に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ材料は高温で応力を受ける部位、すなわちクリープ環境下で使用されることが多い。したがって、ボイラ材料のクリープ環境下での余寿命評価が、ボイラの保守管理上肝要となってくる。
【０００３】
一般の低合金鋼（２Ｃｒ鋼等）は、クリープ損傷に伴なう組織の変化、炭化物の球状化及びクリープボイドの生成を経て破壊へと至る。したがって、この種の低合金鋼の場合には、クリープ破断時間を推定するためにそれらの組織の変化、炭化物の球状化及びクリープボイドの生成量の調査を行うことで寿命消費量を定量的に把握することができる。
【０００４】
一方、高強度フェライト鋼（ニクロムタングステン鋼）は、ボイラ材料として汎用されているが、低合金鋼に較べ、それらの組織変化が極めて微小であるため、上述の如き低合金鋼と同様の寿命診断をすることができない。このため、従来技術ではクリープ損傷に伴って現れる硬さ変化及びクリープボイドの生成量によって寿命消費率を算出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高強度フェライト鋼は、組織が単相でないため、硬さ測定に範囲があり、また表層には脱炭層が生成して硬さが低下するため、寿命診断に誤差を生じてしまうという問題を生起していた。
【０００６】
なお、Ｃｒ−Ｍｏ鋼を対象としたものであるが、高温で使用中の高温機器材料のクリープ寿命を、簡単な操作と少ない材料採取量で、短時間に精度良く評価することができるクリープ寿命評価方法を公知技術として挙げることができる。これは、試料のサブグレインサイズ（亜粒界組織の大きさ）を測定し、予め求めておいたサブグレインサイズとクリープ歪の大きさとの関係図からクリープ歪を算出し、さらに予め求めておいたクリープ歪の大きさとクリープ寿命消費率との関係図からクリープ寿命消費率を算出するようにした耐熱鋼のクリープ寿命評価方法である（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１７０５０３
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、上記高強度フェライト鋼も含めクリープ環境下における寿命を正確に測定し得る金属材料の寿命評価方法及びその評価システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明に係る金属材料の寿命評価方法は次の点を特徴とする。
【００１０】
１） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１１】
２） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料のＩＱ値を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１２】
３） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差と前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値とを測定するとともに、
かかる各測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差及びＩＱ値との相関を表すデータをそれぞれ得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差とＩＱ値とを結晶方位顕微鏡で測定し、それぞれの測定値を前記各データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１３】
４） 上記１）に記載する金属材料の寿命評価方法において、 測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１４】
５） 上記２）に記載する金属材料の寿命評価方法において、 測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１５】
６） 上記３）に記載する金属材料の寿命評価方法において、 測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出すること。
【００１６】
７） 上記１）乃至６）に記載する何れか一つの金属材料の寿命評価方法において、
金属材料は高強度フェライト鋼であること。
【００１７】
また、本発明に係る金属材料の寿命評価システムは次の点を特徴とする。
【００１８】
８） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における前記第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有すること。
【００１９】
９） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒についてＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有すること。
【００２０】
１０） 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
同一条件の下で前記結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差及びＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求めるとともに、前記結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理装置とを有すること。
【００２１】
１１） 上記８）に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したこと。
【００２２】
１２） 上記９）に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したこと。
【００２３】
１３） 上記１０）に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したこと。
【００２４】
１４） 上記１３）に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
情報処理装置は、第１のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も大きく評価されるよう、次に第２のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が評価されるよう、また第３のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も小さく評価されるよう、それぞれの推定寿命消費率に所定の重み係数を掛けて、その後これらを平均化し、この平均値を推定寿命消費率とするよう構成したこと。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２６】
本発明の各実施の形態は次の知見を基礎とするものである。すなわち、クリープ変形に伴う組織変化を調べるため、４種類の試料を用意した。試料１は、全くクリープ歪が付与されていない高強度鋼であるニクロムタングステン鋼である。試料２は試料１と同一材料のニクロムタングステン鋼が特定の条件（温度及び応力条件）の下でクリープ変形により破断に至る迄の時間の５７％の時間、同様のクリープ環境下においた試料１と同一材料のニクロムタングステン鋼である。試料３は前記破断に至る迄の時間の８６％の時間、同様のクリープ環境下においた試料１と同一材料のニクロムタングステン鋼である。試料４は前記クリープ環境下で破断に至った試料１と同一材料のニクロムタングステン鋼である。
【００２７】
したがって、試料１は推定寿命消費率が０％、試料２は推定寿命消費率が５７％ 試料３は推定寿命消費率が８６％、試料４は推定寿命消費率が１００％ということになる。
【００２８】
かかる試料１乃至試料４のそれぞれについて結晶方位顕微鏡（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｐａｔｔｅｒｎ）でその特定の結晶粒について平均結晶方位差及びＩＱ（Ｉｍａｇｅ Ｑｕａｌｉｔｙ） 値を測定した。ここで、結晶方位顕微鏡とは、金属材料の結晶方位を測定することができる装置であり、０．１μｍピッチ（測定対象となる結晶粒は１００μｍ程度である。）での結晶方位の変化、歪の定性的な測定等が可能な装置である。また、平均結晶方位差は、結晶方位顕微鏡で得る解析パターンの一つで、各測定点の結晶格子がその周囲に較べてどの程度歪んでいるかを示す指標であり、その値が大きい程、周囲に較べて格子の歪み（結晶方位の角度差）が大きいことを意味する。ＫＡＭ（Ｋａｒｎｅｌ Ａｖｅｒａｇｅ Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）値がその一例である。
【００２９】
ＩＱ値は、同様に結晶方位顕微鏡の解析パターンの一つであり、結晶方位の完全性を評価するもので、歪量に対応させることができる。すなわち、ＩＱ値が大きいほど、歪が少ない。歪が少ない程、結晶方位顕微鏡で得られる結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度（ＩＱ（Ｉｍａｇｅ Ｑｕａｌｉｔｙ） ）が向上するからである。
【００３０】
ここで、結晶方位顕微鏡による０．１μｍピッチでの結晶方位角の測定の際には、その角度に閾値を設けておき、測定した角度が前記閾値を越える場合には、隣接する結晶粒における測定値であるとみなし、この値を排除して測定データを処理することにより特定の結晶粒について平均結晶方位差及びＩＱ値を測定した。
【００３１】
図１は平均結晶方位角の測定結果に関する特性図、図２はＩＱ値の測定結果に関する特性図である。図１を参照すれば、推定寿命消費率が５０％を越え、６０％の近傍に達した時点からクリープ変形が進行するに伴い急激に平均結晶方位差が小さくなって破壊（推定寿命消費率１００％）に至っていることが分かる。一方、図２を参照すれば、クリープ変形を受けていない状態（推定寿命消費率が０％の状態）から破壊状態（推定寿命消費率が１００％の状態）に向けて直線的にＩＱ値が向上していることが分かる。これは、次の様な理由によるものと考えられる。
【００３２】
クリープ変形を生じる前のニクロムタングステン鋼の組織はベイナイト組織であり、結晶方位が揃っていない。しかし、ある程度クリープ損傷を受けた場合には組織がサブグレン化し、組織の回復（歪の消失）が起こる。かかる組織の回復により結晶方位が滑りやすい方位に変化するため、方位差が減少するものと考えられる。また、歪みの消失に比例して回折パターンが鮮明化するためＩＱ値が向上する。
【００３３】
したがって、上述の如き平均結晶方位差及びＩＱ値を把握することによりクリープ損傷の程度、すなわちニクロムタングステン鋼の寿命消費率を推定することができる。
【００３４】
図３は、従来より実施していたビッカース硬さ（Ｈｖ）に基づくニクロムタングステン鋼の推定寿命消費率を示す特性図である。同図に示すように、寿命消費率が変化しても当該ニクロムタングステン鋼の硬さのクリープ環境下における経時的な変化が小さいので、当該硬さの測定による推定寿命消費率の測定だけでは十分な精度を確保するのが困難である。特に、材料の寿命消費率を知りたい範囲である寿命消費率が５０％乃至１００％の範囲の測定値の変化が平坦であるため当該範囲における寿命消費率の評価に正確を期し難い。
【００３５】
上記知見に基づく本発明の実施の形態は次の通りである。
【００３６】
図４は本発明の実施の形態に係る寿命評価システムを示すブロック線図である。同図に示すように、第１のデータベース１１は、各クリープ条件（温度、応力）における平均結晶方位差と推定寿命消費率との関係（図１の特性図に示す関係）を予め測定し、その結果のデータをデータベース化したものである。第２のデータベース１２は、各クリープ条件（温度、応力）におけるＩＱ値と推定寿命消費率との関係（図２の特性図に示す関係）を予め測定し、その結果のデータをデータベース化したものである。第３のデータベース１３は、各クリープ条件（温度、応力）における材料の硬度と推定寿命消費率との関係（図３の特性図に示す関係）を予め測定し、その結果のデータをデータベース化したものである。
【００３７】
かかる第１乃至第３のデータベース１１乃至１３に記憶するデータは、クリープ条件が異なるデータの種類が多くなれば、その分評価システムとして有用なものとなるが、特定の一種類のクリープ条件に関するデータであっても、勿論良い。
【００３８】
結晶方位顕微鏡１４は、本形態における測定対象であるニクロムタングステン鋼の結晶方位及びＩＱ値を測定するもので、その測定データを情報処理装置１５に送出する。このとき、方位角が所定の閾値を越えた場合にはその値を排除することにより、特定の結晶粒についての平均結晶方位差及びＩＱ値を求める。
【００３９】
硬度計１６は本形態における測定対象であるニクロムタングステン鋼の硬度を測定してその測定データを情報処理装置１５に送出する。
【００４０】
入力装置１７は、例えばキーボード等で構成したもので、測定対象のクリープ条件（温度、圧力）等、測定に必要な情報を入力するためのマン／マシンインターフェースであり、その入力情報は情報処理装置１５に送出する。
【００４１】
情報処理装置１５は、測定対象となるニクロムタングステン鋼の結晶方位顕微鏡１４及び硬度計１６での測定値を読み込むとともに、入力装置１７から入力されるクリープ条件等を読み込んで、第１乃至第３のデータベース１１、１２、１３を参照することにより、平均結晶方位差、ＩＱ値及び硬度に対応する推定寿命消費率を検出する。そして、各検出値に所定の処理をした後、又はそのまま表示部１８に送出して当該測定対象となっているニクロムタングステン鋼の推定寿命消費率を前記表示部１８に表示する。
【００４２】
ここで、当該情報処理装置１５に取り込んだ各測定値に基づく推定寿命消費率の検出方法は、種々考えられる。
【００４３】
先ず、最も単純には、平均結晶方位差（図１の特性図）、ＩＱ値（図２の特性図）及び硬度（図３の特性図）に基づく推定寿命消費率を併記して表示する方法がある。この場合には、表示部１８に表示された３種類の検出値を測定作業者が読んで、何れかを選択するか、又は何れかを主として他を参照することにより適宜主たる検出値を補正する等の作業を行う。ちなみに、最も信頼性が高いのは、図１の特性図を利用する平均結晶方位差に基づく検出であり、次に図２の特性図を利用するＩＱ値に基づく検出であり、図３の特性図を利用する硬度に基づく検出は経時的な変化が小さいので最も信頼性が劣る。
【００４４】
そこで、硬度に基づく検出値は参考程度に参照するに止める。また、特に５０％を越える領域での信頼性は最も高い寿命消費率の推定値を提供し得る平均結晶方位差を利用する場合も、５０％以下の領域では寿命消費率の経時的な変化が小さいので、この領域に関してはＩＱ値を利用する等、各特性の特徴を組み合わせることにより検出精度を上げることができる。
【００４５】
また、情報処理部１５での処理の際、信頼度の高い検出値がより大きく評価されるように各特性毎に重み係数を設定しておき、各重み係数を掛けて算出した推定寿命消費率を平均した一個の検出値とし、これを表示部１８に表示するようにしても良い。
【００４６】
さらに、平均結晶方位差に基づく推定寿命消費率、ＩＱ値に基づく推定寿命消費率、又は硬度に基づく推定寿命消費率が単独でも十分信頼できる場合は、これらの何れかのみを表示する装置構成とすることもできる。当然、平均結晶方位差に基づく推定寿命消費率、ＩＱ値に基づく推定寿命消費率、又は硬度に基づく推定寿命消費率のうちの何れか２種類を組み合わせることも可能であり、この場合には、何れかを単独で用いる場合に較べ、相互の欠点を補完してより正確な寿命消費率の推定を行うことができる。
【００４７】
本発明は、従来の硬度による寿命消費率の推定では経時的な変化が乏しいニクロムタングステン鋼に適用して特に効果的に、高精度の測定を行うことができるが、測定対象をこのニクロムタングステン鋼に限る必要はない。一般に金属材料のクリープ損傷による寿命消費率の評価に適用することにより、同様の高精度の評価結果を得ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、
〔請求項１〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
クリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率を平均結晶方位差を媒介として検出・評価することができる。
かかる平均結晶方位差は、図１に示すように、特に寿命消費率が５０％以上の領域で顕著な経時的な変化を示す。
したがって、特に寿命消費率の評価を行う必要性が高い前記範囲の金属材料の寿命消費率の検査に適用してその評価を高精度に行うことができる。
【００４９】
〔請求項２〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料のＩＱ値を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
クリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率をＩＱ値を媒介として検出・評価することができる。
かかるＩＱ値は、図２に示すように、寿命消費率が０％乃至１００％の前記領域で直線的に顕著な経時的な変化を示す。
したがって、金属材料の寿命消費率の全領域に亘ってその評価を高精度に行うことができる。
【００５０】
〔請求項３〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差と前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値とを測定するとともに、
かかる各測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差及びＩＱ値との相関を表すデータをそれぞれ得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差とＩＱ値とを結晶方位顕微鏡で測定し、それぞれの測定値を前記各データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
クリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率を平均結晶方位差及びＩＱ値を媒介として検出・評価することができる。
かかる平均結晶方位差は、図１に示すように、特に寿命消費率が５０％以上の領域で顕著な経時的な変化を示すとともに、ＩＱ値は、図２に示すように、寿命消費率が０％乃至１００％の前記領域で直線的に顕著な経時的な変化を示す。
したがって、平均結晶方位差及びＩＱ値に基づく特性の相互の特徴を相乗した効果により金属材料の寿命評価をさらに高精度に行うことができる。
【００５１】
〔請求項４〕に記載する発明は、
〔請求項１〕に記載する金属材料の寿命評価方法において、
測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
硬度による寿命消費率の判定を平均結晶方位差に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、当該寿命消費率の総合的な精度を向上させることができる。
【００５２】
〔請求項５〕に記載する発明は、
〔請求項２〕に記載する金属材料の寿命評価方法において、
測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
硬度による寿命消費率の判定をＩＱ値に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、当該寿命消費率の総合的な精度を向上させることができる。
【００５３】
〔請求項６〕に記載する発明は、
〔請求項３〕に記載する金属材料の寿命評価方法において、
測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出するので、
硬度による寿命消費率の判定を平均結晶方位差及びＩＱ値に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、３種類の寿命消費率の評価を総合することにより、その分高精度の寿命消費率の判定を行うことができる。
【００５４】
〔請求項７〕に記載する発明は、
〔請求項１〕乃至〔請求項６〕に記載する何れか一つの金属材料の寿命評価方法において、
金属材料はニクロムタングステン鋼であるので、
硬度による寿命消費率の推定では、経時的な変化に乏しいため、正確な推定ができないニクロムタングステン鋼に関して平均結晶方位差及び／又はＩＱ値を加味することにより経時的に変化する顕著な特性を得ることができる。
この結果、本発明によれば、最も正確な寿命消費率の評価を行うことができる。
【００５５】
〔請求項８〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における前記第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有するので、
第１のデータベースのデータを参照することでクリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率を平均結晶方位差を媒介として検出・評価することができる。
かかる平均結晶方位差は、図１に示すように、特に寿命消費率が５０％以上の領域で顕著な経時的な変化を示す。
したがって、特に寿命消費率の評価を行う必要性が高い前記範囲の金属材料の寿命消費率の検査に適用してその評価を高精度に行うことができる。
【００５６】
〔請求項９〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒についてＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有するので、
第２のデータベースのデータを参照することでクリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率をＩＱ値を媒介として検出・評価することができる。
かかるＩＱ値は、図２に示すように、寿命消費率が０％乃至１００％の前記領域で直線的に顕著な経時的な変化を示す。
したがって、金属材料の寿命消費率の全領域に亘ってその評価を高精度に行うことができる。
【００５７】
〔請求項１０〕に記載する発明は、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
同一条件の下で前記結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差及びＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求めるとともに、前記結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理装置とを有するので、
第１及び第２のデータベースのデータをそれぞれ参照することによりクリープ損傷を受けた測定対象である金属材料の推定寿命消費率を平均結晶方位差及びＩＱ値を媒介として検出・評価することができる。
かかる平均結晶方位差は、図１に示すように、特に寿命消費率が５０％以上の領域で顕著な経時的な変化を示すとともに、ＩＱ値は、図２に示すように、寿命消費率が０％乃至１００％の前記領域で直線的に顕著な経時的な変化を示す。
したがって、平均結晶方位差及びＩＱ値に基づく特性の相互の特徴を相乗した効果により金属材料の寿命評価をさらに高精度に行うことができる。
【００５８】
〔請求項１１〕に記載する発明は、
〔請求項８〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したので、
第３のデータベースを参照することによる硬度による寿命消費率の判定を平均結晶方位差に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、当該寿命消費率の総合的な精度を向上させることができる。
【００５９】
〔請求項１２〕に記載する発明は、
〔請求項９〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したので、
第３のデータベースを参照することによる硬度による寿命消費率の判定をＩＱ値に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、当該寿命消費率の総合的な精度を向上させることができる。
【００６０】
〔請求項１３〕に記載する発明は、
〔請求項１０〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したので、
第３のデータベースを参照することによる硬度による寿命消費率の判定を平均結晶方位差及びＩＱ値に基づく寿命消費率の検出値で補完することができる。
この結果、３種類の寿命消費率の評価を総合することにより、その分高精度の寿命消費率の判定を行うことができる。
【００６１】
〔請求項１４〕に記載する発明は、
〔請求項１３〕に記載する発明金属材料の寿命評価システムにおいて、
情報処理装置は、第１のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も大きく評価されるよう、次に第２のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が評価されるよう、また第３のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も小さく評価されるよう、それぞれの推定寿命消費率に所定の重み係数を掛けて、その後これらを平均化し、この平均値を推定寿命消費率とするよう構成したので、
最も信頼性が高い平均結晶方位差による寿命消費率を大きく評価し、次に信頼性が高いＩＱ値による寿命消費率を大きく評価し、特に金属材料によっては信頼性に乏しい硬度による寿命消費率を最も小さく評価して総合的な寿命消費率を求めることができる。
この結果、極めて正確な寿命消費率を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を実現する平均結晶方位差と推定寿命消費率との関係をニクロムタングステン鋼に関して示す特性図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を実現するＩＱ値と推定寿命消費率との関係をニクロムタングステン鋼に関して示す特性図である。
【図３】測定対象であるニクロムタングステン鋼の硬度と推定寿命消費率との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る評価システムを示すブロック線図である。
【符号の説明】
１１ 第１のデータベース
１２ 第２のデータベース
１３ 第３のデータベース
１４ 結晶方位顕微鏡
１５ 情報処理装置
１６ 硬度計
１７ 入力装置
１８ 表示部
Claims (14)
- 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出することを特徴とする金属材料の寿命評価方法。 - 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料のＩＱ値を結晶方位顕微鏡で測定し、その測定値を前記データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出することを特徴とする金属材料の寿命評価方法。 - 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差と前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値とを測定するとともに、
かかる各測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差及びＩＱ値との相関を表すデータをそれぞれ得る一方、
前記特定のクリープ環境に置いた前記金属材料と同一の測定対象である金属材料の平均結晶方位差とＩＱ値とを結晶方位顕微鏡で測定し、それぞれの測定値を前記各データに当てはめることにより当該金属材料の推定寿命消費率を検出することを特徴とする金属材料の寿命評価方法。 - 〔請求項１〕に記載する金属材料の寿命評価方法において、測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出することを特徴とする金属材料の寿命評価方法。
- 〔請求項２〕に記載する金属材料の寿命評価方法において、測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出することを特徴とする金属材料の寿命評価方法。
- 〔請求項３〕に記載する金属材料の寿命評価方法において、測定対象となる金属材料の硬度を検出し、予め作成しておいたこの硬度と寿命消費率との相関を表すデータに基づき推定した前記金属材料の寿命消費率も加味して前記金属材料の推定寿命消費率を検出することを特徴とする金属材料の寿命評価方法。
- 〔請求項１〕乃至〔請求項６〕に記載する何れか一つの金属材料の寿命評価方法において、
金属材料は高強度フェライト鋼であることを特徴とする金属材料の寿命評価方法。 - 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における前記第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有することを特徴とする金属材料の寿命評価システム。 - 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒についてＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理手段とを有することを特徴とする金属材料の寿命評価システム。 - 所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の特定の結晶粒について結晶方位顕微鏡で平均結晶方位差を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と平均結晶方位差との相関を表すデータを記憶している第１のデータベースと、
同一条件の下で前記結晶方位顕微鏡で得られる前記金属材料の結晶の回折パターンを表す画像の鮮明度であるＩＱ値を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率とＩＱ値との相関を表すデータを記憶している第２のデータベースと、
クリープ損傷を受けている測定対象となる金属材料の特定の結晶粒について平均結晶方位差及びＩＱ値を検出する結晶方位顕微鏡と、
この結晶方位顕微鏡が検出した平均結晶方位差の測定値と、前記測定対象となる金属材料と同一クリープ条件における第１のデータベースのデータとを比較して、前記平均結晶方位差に対応する推定寿命消費率を求めるとともに、前記結晶方位顕微鏡が検出したＩＱ値と、前記同一クリープ条件における第２のデータベースのデータとを比較して、前記ＩＱ値に対応する推定寿命消費率を求める情報処理装置とを有することを特徴とする金属材料の寿命評価システム。 - 〔請求項８〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したことを特徴とする金属材料の寿命評価システム。 - 〔請求項９〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したことを特徴とする金属材料の寿命評価システム。 - 〔請求項１０〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
所定温度雰囲気における所定応力を付与した状態である特定のクリープ環境に所定時間置いた寿命消費率が既知の金属材料の硬度を測定するとともに、かかる測定を寿命消費率が異なる複数種類の同一金属材料について測定することにより、クリープ損傷を発生していない寿命消費率が０％からクリープ損傷により破損した寿命消費率が１００％に至る前記金属材料の寿命消費率と硬度との相関を表すデータを記憶している第３のデータベースと、
測定対象となる金属材料の硬度を検出する硬度測定手段とを追加するとともに、
情報処理手段は、前記第３のデータベースを参照することにより前記硬度測定手段が検出する硬度データも加味して測定対象である金属材料の寿命消費率を推定するように構成したことを特徴とする金属材料の寿命評価システム。 - 〔請求項１３〕に記載する金属材料の寿命評価システムにおいて、
情報処理装置は、第１のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も大きく評価されるよう、次に第２のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が評価されるよう、また第３のデータベースを参照して得る推定寿命消費率が最も小さく評価されるよう、それぞれの推定寿命消費率に所定の重み係数を掛けて、その後これらを平均化し、この平均値を推定寿命消費率とするよう構成したことを特徴とする金属材料の寿命評価システム。
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| JP2003190201A JP2005024389A (ja) | 2003-07-02 | 2003-07-02 | 金属材料の寿命評価方法及びその評価システム |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2007309283A (ja) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Toshiba Corp | ガスタービン部品寿命管理システムおよびガスタービン部品寿命管理方法 |
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2003
- 2003-07-02 JP JP2003190201A patent/JP2005024389A/ja not_active Withdrawn
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