JP2017083324A - Method for predicting remaining life of metal material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for predicting the remaining life of a metal material, the method enabling the remaining life of the metal material to be appropriately predicted according to the level of deterioration of the metal material.SOLUTION: The remaining life of a metal material (test material) is predicted by the following steps (A)-(C) on the basis of a plurality of kinds of structure parameters showing a state of a micro structure. (A) a metal material corresponding to a metal material used in a high temperature environment is used as a reference material and a relationship between a structure parameter and remaining life information is obtained on the reference material for every kind of the structure parameters; (B) a metal material corresponding to a metal material used in a high temperature environment is used as a test material and one kind of structure parameter selected from the plurality of structure parameters is obtained on the test material; and (C) the remaining life of the test material is predicted using a relationship between: the one kind of structure parameters obtained in the step (B) and structure parameter obtained in the step (A); and the remaining life information.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、金属材料の余寿命または寿命消費率を予測する方法に関する。   The present invention relates to a method for predicting the remaining life or lifetime consumption rate of a metal material.

従来、火力発電プラント等において高温環境下で使用されている金属材料(鋼管等)の余寿命を予測するための方法が提案されている。   Conventionally, a method for predicting the remaining life of a metal material (such as a steel pipe) used in a high-temperature environment in a thermal power plant or the like has been proposed.

例えば、特開2004−3922号公報(特許文献1)には、局所的な結晶方位のずれに基づいて、金属材料の余寿命を予測する方法が開示されている。具体的には、特許文献1の方法では、結晶粒内の所定領域のKAM値を測定することによって、金属材料の余寿命を推定している。なお、KAM値とは、結晶粒内における微小回転を示す値であり、結晶粒内の歪み量に関する値である。KAM値は、例えば、電子線後方散乱回折法(EBSD)を用いて、以下のようにして測定できる。まず、結晶粒内の複数に分割された分析区画(ピクセル)のうちから、任意の分析区画を選択する。そして、その選択した分析区画とその分析区画の周囲の複数の分析区画との間における結晶方位差の平均値を、KAM値として算出する。   For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-3922 (Patent Document 1) discloses a method for predicting the remaining life of a metal material based on a local crystal orientation shift. Specifically, in the method of Patent Document 1, the remaining life of the metal material is estimated by measuring the KAM value of a predetermined region in the crystal grain. The KAM value is a value indicating a minute rotation within the crystal grain, and is a value related to the strain amount within the crystal grain. The KAM value can be measured as follows using, for example, electron beam backscatter diffraction (EBSD). First, an arbitrary analysis section is selected from a plurality of analysis sections (pixels) divided into crystal grains. Then, an average value of crystal orientation differences between the selected analysis section and a plurality of analysis sections around the analysis section is calculated as a KAM value.

また、特開昭63−228062号公報(特許文献2)には、結晶粒の形状に基づいて、金属材料の余寿命を予測する方法が開示されている。具体的には、特許文献2の方法では、結晶粒の長径、結晶粒の巾径、および結晶粒の円形度等に基づいて結晶粒の形状変化量を測定し、金属材料の余寿命を推定している。   Japanese Patent Laid-Open No. 63-228062 (Patent Document 2) discloses a method for predicting the remaining life of a metal material based on the shape of crystal grains. Specifically, in the method of Patent Document 2, the amount of change in crystal grain shape is measured based on the major axis of the crystal grain, the width of the crystal grain, the circularity of the crystal grain, etc., and the remaining life of the metal material is estimated. doing.

特開2004−3922号公報JP 2004-3922 A 特開昭63−228062号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-228062

しかしながら、本発明者の種々の検討の結果、上述のような方法では、金属材料の余寿命を適切に予測できない場合があることが分かった。   However, as a result of various studies by the present inventors, it has been found that there are cases where the above-described method cannot appropriately predict the remaining life of the metal material.

すなわち、金属材料の劣化に伴って金属材料のミクロ組織の状態は変化するが、その変化量は、金属材料の劣化の程度によって異なる。具体的には、例えば、ミクロ組織の状態を示す要素として転位密度を挙げることができるが、転位密度の増加量は、クリープ変形量が小さい期間(例えば、遷移クリープ域)では大きいが、クリープ変形量が大きくなった期間(例えば、加速クリープ域)では小さくなる。   That is, the state of the microstructure of the metal material changes with the deterioration of the metal material, but the amount of change varies depending on the degree of deterioration of the metal material. Specifically, for example, the dislocation density can be cited as an element indicating the state of the microstructure, but the increase amount of the dislocation density is large in a period where the creep deformation amount is small (for example, transition creep region), but creep deformation. It becomes smaller during the period when the amount becomes larger (for example, the acceleration creep region).

このため、ミクロ組織の状態を示す一つの情報(結晶粒内の歪み量または結晶粒の形状)に基づいて余寿命を予測する特許文献1および2の方法では、金属材料の劣化の程度によっては、余寿命を適切に予測できない場合がある。   For this reason, in the methods of Patent Documents 1 and 2 for predicting the remaining life based on one piece of information (the amount of strain in crystal grains or the shape of crystal grains) indicating the state of the microstructure, depending on the degree of deterioration of the metal material In some cases, the remaining life cannot be properly predicted.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、金属材料の余寿命または寿命消費率を金属材料の劣化の程度に応じて適切に予測することができる金属材料の余寿命予測方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and the remaining life of the metal material can be appropriately predicted according to the degree of deterioration of the metal material. An object is to provide a prediction method.

本発明の一実施形態にかかる余寿命予測方法は、ミクロ組織の状態に関する複数種の組織パラメータに基づいて、高温環境下で使用されている金属材料の余寿命を予測する余寿命予測方法であって、下記の(A)から(C)のステップを備える。
(A)前記高温環境下で使用されている金属材料に対応する金属材料を基準材として、該基準材について、前記組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータと余寿命に関する余寿命情報との関係を得るステップ
(B)前記高温環境下で使用されている前記金属材料を試験材として、該試験材について、前記複数種の組織パラメータの中から選択された1種の組織パラメータを得るステップ
(C)前記(B)のステップで得た前記1種の組織パラメータおよび前記(A)のステップで得た前記組織パラメータと余寿命情報との関係から、前記試験材の余寿命を予測するステップ
The remaining life prediction method according to an embodiment of the present invention is a remaining life prediction method for predicting the remaining life of a metal material used in a high temperature environment based on a plurality of types of structure parameters related to the microstructure state. The following steps (A) to (C) are provided.
(A) Using a metal material corresponding to a metal material used in the high temperature environment as a reference material, for the reference material, for each type of the structure parameter, the relationship between the structure parameter and the remaining life information regarding the remaining life (B) Obtaining one type of tissue parameter selected from the plurality of types of tissue parameters for the test material using the metal material used in the high temperature environment as a test material (C) A step of predicting the remaining life of the test material from the relationship between the one kind of structure parameter obtained in the step (B) and the structure parameter obtained in the step (A) and the remaining life information.

前記複数種の組織パラメータは、転位密度を含んでもよい。   The plurality of types of structure parameters may include dislocation density.

前記複数種の組織パラメータは、粒内歪みをさらに含んでもよい。   The plurality of types of texture parameters may further include intragranular strain.

前記複数種の組織パラメータは、粒界歪みをさらに含んでもよい。   The plurality of types of texture parameters may further include grain boundary strain.

前記(B)のステップでは、前記試験材の転位密度が所定の閾値以下の場合には該転位密度が前記1種の組織パラメータとして選択され、前記試験材の転位密度が前記所定の閾値を超えている場合には、転位密度以外の組織パラメータが前記1種の組織パラメータとして選択されてもよい。   In the step (B), when the dislocation density of the test material is less than or equal to a predetermined threshold value, the dislocation density is selected as the one type of structural parameter, and the dislocation density of the test material exceeds the predetermined threshold value. In such a case, a texture parameter other than the dislocation density may be selected as the one kind of texture parameter.

前記(A)のステップは、下記の(a1)および(a2)のステップを有し、
前記(A)のステップで得られる前記組織パラメータと余寿命情報との関係は、下記の(a1)のステップで得られる組織パラメータとクリープ歪み量との関係、および下記の(a2)のステップで得られるクリープ歪み量と余寿命との関係を含み、
前記(C)のステップは、下記の(c1)および(c2)のステップを有してもよい。
(a1)前記基準材について、前記複数種の組織パラメータごとに、組織パラメータとクリープ歪み量との関係を得るステップ
(a2)前記基準材について、クリープ歪み量と余寿命との関係を得るステップ
(c1)前記(B)のステップで得た前記1種の組織パラメータおよび前記(a1)のステップで得た該1種の組織パラメータとクリープ歪み量との関係から、前記試験材のクリープ歪み量を得るステップ
(c2)前記(c1)のステップで得た前記試験材のクリープ歪み量および前記(a2)のステップで得た前記クリープ歪み量と余寿命との関係から、前記試験材の余寿命を予測するステップ
The step (A) includes the following steps (a1) and (a2):
The relationship between the structure parameter obtained in the step (A) and the remaining life information is the relationship between the structure parameter obtained in the step (a1) and the creep strain amount, and the step (a2) below. Including the relationship between the amount of creep strain obtained and the remaining life,
The step (C) may include the following steps (c1) and (c2).
(A1) A step of obtaining a relationship between a structure parameter and a creep strain amount for each of the plurality of types of structure parameters for the reference material (a2) A step of obtaining a relationship between a creep strain amount and a remaining life for the reference material ( c1) From the relationship between the one type of structural parameter obtained in the step (B) and the one type of structural parameter obtained in the step (a1) and the amount of creep strain, the amount of creep strain of the test material is determined. Step (c2) Obtaining the remaining life of the test material from the relationship between the creep strain amount obtained in the step (c1) and the creep strain amount obtained in the step (a2) and the remaining life. Step to predict

前記複数種の組織パラメータは、転位密度を含み、
前記(B)のステップにおいて前記1種の組織パラメータとして転位密度が選択された場合に前記(c1)のステップで得られるクリープ歪み量は、前記(B)のステップにおいて転位密度以外の組織パラメータが前記1種の組織パラメータとして選択された場合に前記(c1)のステップで得られるクリープ歪み量よりも小さくてもよい。
The plurality of structural parameters include dislocation density,
When the dislocation density is selected as the one type of structure parameter in the step (B), the amount of creep strain obtained in the step (c1) is the same as the structure parameter other than the dislocation density in the step (B). It may be smaller than the amount of creep strain obtained in the step (c1) when selected as the one type of structure parameter.

前記(A)のステップでは、前記組織パラメータと余寿命情報との関係として、前記組織パラメータと余寿命との関係を求めてもよい。   In the step (A), a relationship between the tissue parameter and the remaining life may be obtained as a relationship between the tissue parameter and the remaining life information.

本発明によれば、金属材料の劣化の程度に影響されることなく金属材料の余寿命を適切に予測することができる。   According to the present invention, it is possible to appropriately predict the remaining life of a metal material without being affected by the degree of deterioration of the metal material.

図1は、転位密度とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブである。FIG. 1 is a master curve showing the relationship between the dislocation density and the amount of creep strain. 図2は、β方向強度偏差とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブである。FIG. 2 is a master curve showing the relationship between the β-direction intensity deviation and the creep strain amount. 図3は、GROD値とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブである。FIG. 3 is a master curve showing the relationship between the GROD value and the creep strain amount. 図4は、寿命消費率とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブである。FIG. 4 is a master curve showing the relationship between the life consumption rate and the amount of creep strain. 図5は、残留応力とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブである。FIG. 5 is a master curve showing the relationship between residual stress and creep strain. 図6は、基準ガウス関数および乗算ガウス関数の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the reference Gaussian function and the multiplication Gaussian function.

(余寿命予測方法の概要)
本発明の一実施形態に係る余寿命予測方法(以下、単に予測方法という。)は、高温環境下において使用されている材料の余寿命を予測する際に好適に用いられる。なお、本発明において予測される余寿命には、後述する寿命消費率(寿命比)が含まれる。本実施形態において高温環境とは、例えば、通常の火力発電ボイラーまたは石油精製機器等の使用温度である500℃以上の環境を意味する。
(Outline of remaining life prediction method)
A remaining life prediction method according to an embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as a prediction method) is suitably used for predicting the remaining life of a material used in a high temperature environment. The remaining life predicted in the present invention includes a life consumption rate (lifetime ratio) described later. In the present embodiment, the high temperature environment means an environment of 500 ° C. or higher, which is a use temperature of a normal thermal power boiler or petroleum refining equipment, for example.

本実施形態に係る予測方法は、例えば、発電プラント等において高温および高圧(例えば、20MPa以上)の環境下において使用されている金属材料の余寿命を予測する際に利用できる。具体的には、本実施形態に係る予測方法は、例えば、発電プラントから抜管したボイラー用鋼管の余寿命を予測する際に利用できる。   The prediction method according to the present embodiment can be used, for example, when predicting the remaining life of a metal material used in a power plant or the like under a high temperature and high pressure (for example, 20 MPa or more) environment. Specifically, the prediction method according to the present embodiment can be used, for example, when predicting the remaining life of a steel pipe for boilers that has been extracted from a power plant.

本実施形態では、後述するミクロ組織の状態に関する複数種のパラメータ(以下、組織パラメータという。)に基づいて、金属材料の余寿命を予測する。以下においては、余寿命の予測が行われる金属材料を試験材という。また、本実施形態では、試験材に対応する金属材料を基準材として用いる。基準材は、例えば、試験材と同様のミクロ組織を有する金属材料である。以下においては、予測方法の一例として、試験材および基準材としてともにNi基合金を用いた場合について説明する。   In the present embodiment, the remaining life of the metal material is predicted based on a plurality of types of parameters (hereinafter referred to as “structural parameters”) relating to the microstructure state to be described later. Hereinafter, a metal material for which the remaining life is predicted is referred to as a test material. In this embodiment, a metal material corresponding to the test material is used as the reference material. The reference material is, for example, a metal material having a microstructure similar to that of the test material. In the following, as an example of the prediction method, a case where a Ni-based alloy is used as both the test material and the reference material will be described.

本実施形態に係る予測方法は、例えば、下記のステップA〜Cを備える。
ステップA:基準材について、組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータと余寿命に関する情報(以下、余寿命情報という。)との関係を得る。
ステップB:試験材について、複数種の組織パラメータの中から選択された1種の組織パラメータを得る。
ステップC:ステップBで得た1種の組織パラメータおよびステップAで得た組織パラメータと余寿命情報との関係から、試験材の余寿命を予測する。
以下、上記のステップA〜Cについて具体的に説明する。
The prediction method according to the present embodiment includes, for example, the following steps A to C.
Step A: For the reference material, for each type of structure parameter, a relationship between the structure parameter and information on the remaining life (hereinafter referred to as remaining life information) is obtained.
Step B: For a test material, one kind of structure parameter selected from a plurality of kinds of structure parameters is obtained.
Step C: The remaining life of the test material is predicted from the relationship between the one type of structural parameter obtained in Step B and the structural parameter obtained in Step A and the remaining life information.
The steps A to C will be specifically described below.

(ステップA:基準材に関する処理)
本実施形態では、ステップAは、下記のステップa1,a2を有する。また、ステップAで得られる組織パラメータと余寿命情報との関係には、下記のステップa1で得られる組織パラメータとクリープ歪み量との関係、および下記のステップa2で得られるクリープ歪み量と余寿命との関係が含まれる。
ステップa1:基準材について、複数種の組織パラメータごとに、組織パラメータとクリープ歪み量との関係を得る。
ステップa2:基準材について、クリープ歪み量と余寿命との関係を得る。
(Step A: Processing for reference material)
In the present embodiment, step A includes the following steps a1 and a2. The relationship between the structure parameter obtained in step A and the remaining life information includes the relationship between the structure parameter obtained in step a1 below and the creep strain amount, and the creep strain amount and remaining life obtained in step a2 below. The relationship is included.
Step a1: For the reference material, a relationship between the structure parameter and the creep strain amount is obtained for each of a plurality of kinds of structure parameters.
Step a2: For the reference material, a relationship between the amount of creep strain and the remaining life is obtained.

ステップa1,a2における上述の関係はそれぞれ、複数の基準材を用いて実験的に求められる。実験は、例えば、試験材が使用されている環境を模した環境下で行われる。   Each of the above relationships in steps a1 and a2 is experimentally obtained using a plurality of reference materials. The experiment is performed, for example, in an environment simulating an environment where the test material is used.

本実施形態では、上記複数種の組織パラメータには、転位密度、粒内歪み、および粒界歪みが含まれる。なお、本実施形態において粒内歪みとは、外力によって粒内全体に付与される均一歪みおよび不均一歪みのことを意味し、粒界歪みとは、外力によって粒界近傍に生じる結晶方位の微小回転を意味する。本実施形態では、粒内歪みを表す値(測定パラメータ)として、後述するβ方向強度偏差を測定し、粒界歪みを表す値(測定パラメータ)として、GROD(Grain Refirence Orientation Deviation)値を測定する。   In the present embodiment, the plurality of types of structure parameters include dislocation density, intragranular strain, and grain boundary strain. In this embodiment, the intragranular strain means uniform strain and nonuniform strain applied to the entire grain by an external force, and the grain boundary strain is a small crystal orientation generated in the vicinity of the grain boundary by the external force. Means rotation. In the present embodiment, a β-direction intensity deviation described later is measured as a value (measurement parameter) representing intragranular strain, and a GROD (Grain Reference Orientation Deviation) value is measured as a value (measurement parameter) representing grain boundary strain. .

本実施形態では、上記のステップa1において、図1〜図3に示すように、組織パラメータとクリープ歪み量との関係として、転位密度とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブ、粒内歪み(本実施形態では、β方向強度偏差)とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブ、および粒界歪み(本実施形態では、GROD値)とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブが作成される。また、上記のステップa2において、図4に示すように、寿命消費率とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブが作成される。これらのマスターカーブは、過去の実験等のデータに基づいて作成してもよく、試験材の余寿命を予測する際に新たに実験を行ってデータを収集し、そのデータに基づいて作成してもよい。マスターカーブは、例えば、実験データに基づいて、最小二乗法を用いて求めることができる。   In the present embodiment, in step a1, the master curve indicating the relationship between the dislocation density and the creep strain amount as the relationship between the structure parameter and the creep strain amount, as shown in FIGS. In this embodiment, a master curve indicating the relationship between the β-direction intensity deviation) and the creep strain amount, and a master curve indicating the relationship between the grain boundary strain (GROD value in the present embodiment) and the creep strain amount are created. . In step a2, the master curve indicating the relationship between the life consumption rate and the creep strain amount is created as shown in FIG. These master curves may be created based on data from past experiments, etc., and when predicting the remaining life of a test material, new experiments are performed and data are collected and created based on that data. Also good. The master curve can be obtained using, for example, the least square method based on experimental data.

なお、図1〜図4のグラフ(マスターカーブ)において横軸は、クリープ歪み量を対数目盛で示している。図1のグラフにおいて縦軸は、転位密度(m−2)を対数目盛で示している。図4に示すグラフにおいて寿命消費率とは、クリープ試験において、基準材がクリープ破断に至るまでの時間Trに対する試験経過時間Tの割合であり、T/Trで求められる値である。 In the graphs (master curves) in FIGS. 1 to 4, the horizontal axis indicates the amount of creep strain on a logarithmic scale. In the graph of FIG. 1, the vertical axis indicates the dislocation density (m −2 ) on a logarithmic scale. In the graph shown in FIG. 4, the life consumption rate is a ratio of the test elapsed time T to the time Tr until the reference material reaches the creep rupture in the creep test, and is a value obtained by T / Tr.

転位密度は公知の方法で求めることができるので詳細な説明は省略するが、例えば、X線回折法によって得られる回折プロファイルの半値幅を用いて算出することができる。具体的には、転位密度は、例えば、Williamsの式を用いた方法、またはModified Warren-Abelbachの式およびModified willamson-Hallの式を用いた方法等によって算出することができる。また、転位密度は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた観察によって測定してもよく、陽電子消滅法(陽電子消滅寿命から転位密度を求める方法)を用いて算出してもよく、ビッカース硬さ(Hv)を測定して、測定したHvに基づいてBailey-Hirschの式を用いて算出してもよい。   Since the dislocation density can be obtained by a known method, a detailed description thereof is omitted. For example, the dislocation density can be calculated by using a half width of a diffraction profile obtained by an X-ray diffraction method. Specifically, the dislocation density can be calculated by, for example, a method using the Williams equation or a method using the Modified Warren-Abelbach equation and the Modified willamson-Hall equation. The dislocation density may be measured, for example, by observation using a transmission electron microscope (TEM), may be calculated using a positron annihilation method (a method for obtaining a dislocation density from a positron annihilation lifetime), and Vickers The hardness (Hv) may be measured and calculated using the Bailey-Hirsch equation based on the measured Hv.

また、β方向強度偏差は、2次元X線回折パターンを用いて算出することができる。以下、β方向強度偏差について簡単に説明する。β方向とは、デバイ・シェラーリングのリング方向を意味し、β方向強度偏差は、2次元X線回折パターンの状態(より具体的には、デバイ・シェラーリングの状態)を示す。本実施形態では、2次元X線回折パターンのβ方向の回折強度分布の標準偏差を、β方向強度偏差として求める。2次元X線回折パターンがバックグラウンドを含んでいる場合には、該回折パターンからバックグラウンドを除去した後、β方向強度偏差を求めることができる。例えば、β方向の回折強度分布の近似曲線とバックグラウンドの近似曲線との残差の標準偏差を、β方向強度偏差として求めてもよい。なお、2次元X線回折パターンは、クリープ歪みの増加に伴って、スポット状のパターンから、リング状のパターンへ変化する。すなわち、クリープ歪みの増加に伴って、デバイ・シェラーリングが表れる。2次元X線回折パターンがリング状のパターンである場合(クリープ歪み量が大きい場合)、2次元X線回折パターンのβ方向(リング方向)の強度分布は均一になる。この場合、β方向強度偏差は小さくなる。一方、2次元X線回折パターンがスポット状のパターンである場合(クリープ歪み量が小さい場合)、2次元X線回折パターンのβ方向(リング方向)の強度分布は不均一になる。この場合、β方向強度偏差は大きくなる。   The β direction intensity deviation can be calculated using a two-dimensional X-ray diffraction pattern. Hereinafter, the β direction intensity deviation will be briefly described. The β direction means the ring direction of the Debye-Scherrer ring, and the β-direction intensity deviation indicates the state of the two-dimensional X-ray diffraction pattern (more specifically, the Debye-Scherrer ring state). In the present embodiment, the standard deviation of the diffraction intensity distribution in the β direction of the two-dimensional X-ray diffraction pattern is obtained as the β direction intensity deviation. When the two-dimensional X-ray diffraction pattern includes a background, the β-direction intensity deviation can be obtained after removing the background from the diffraction pattern. For example, the standard deviation of the residual between the approximate curve of the diffraction intensity distribution in the β direction and the background approximate curve may be obtained as the β direction intensity deviation. The two-dimensional X-ray diffraction pattern changes from a spot-shaped pattern to a ring-shaped pattern as the creep strain increases. That is, Debye-Scherrer ring appears as the creep strain increases. When the two-dimensional X-ray diffraction pattern is a ring-shaped pattern (when the amount of creep strain is large), the intensity distribution in the β direction (ring direction) of the two-dimensional X-ray diffraction pattern is uniform. In this case, the β direction intensity deviation becomes small. On the other hand, when the two-dimensional X-ray diffraction pattern is a spot-like pattern (when the amount of creep strain is small), the intensity distribution in the β direction (ring direction) of the two-dimensional X-ray diffraction pattern becomes non-uniform. In this case, the β direction intensity deviation becomes large.

GROD値は公知の方法で求めることができるので詳細な説明は省略するが、例えば、電子線後方散乱回折法(EBSD)を用いて求めることができる。   Since the GROD value can be obtained by a known method and will not be described in detail, for example, it can be obtained by using electron beam backscatter diffraction (EBSD).

図1に示すように、クリープ変形の初期の段階において、転位密度が大きく上昇していることが分かる。また、図2に示すように、クリープ変形の中期の段階においては、β方向強度偏差が大きく低下していることが分かる。さらに、図3に示すように、クリープ変形の後期の段階においては、GROD値が大きく上昇していることが分かる。すなわち、クリープ変形の初期の段階においては、転位密度の変化量が大きくなり、クリープ変形の中期の段階においては、粒内歪みの変化量が大きくなり、クリープ変形の後期の段階においては、粒界歪みの変化量が大きくなっている。   As shown in FIG. 1, it can be seen that the dislocation density is greatly increased in the initial stage of creep deformation. Further, as shown in FIG. 2, it can be seen that the β-direction intensity deviation is greatly reduced in the middle stage of creep deformation. Further, as shown in FIG. 3, it can be seen that the GROD value is greatly increased in the later stage of creep deformation. That is, the amount of change in dislocation density is large in the early stage of creep deformation, the amount of intragranular strain is large in the middle stage of creep deformation, and the grain boundary is in the later stage of creep deformation. The amount of distortion change is large.

(ステップB:試験材に関する処理)
ステップBにおいては、試験材について、ミクロ組織の状態に関する複数種の組織パラメータ(転位密度、粒内歪みおよび粒界歪み)の中から選択された1種の組織パラメータが求められる。本実施形態では、上記1種の組織パラメータとして粒内歪みが選択された場合には、粒内歪みを表す値としてβ方向強度偏差が求められ、上記1種の組織パラメータとして粒界歪みが選択された場合には、粒界歪みを表す値としてGROD値が求められる。以下、ステップCの詳細な説明とともに、ステップBにおける組織パラメータの選択方法の一例を説明する。
(Step B: Treatment for test material)
In Step B, one kind of structure parameter selected from a plurality of kinds of structure parameters (dislocation density, intragranular strain and intergranular strain) relating to the microstructure state is obtained for the test material. In this embodiment, when intragranular strain is selected as the one type of structural parameter, the β-direction intensity deviation is obtained as a value representing the intragranular strain, and grain boundary strain is selected as the one type of structural parameter. In such a case, a GROD value is obtained as a value representing the grain boundary strain. Hereinafter, an example of a method for selecting tissue parameters in Step B will be described together with a detailed description of Step C.

(ステップC:試験材の余寿命予測に関する処理)
本実施形態では、ステップCは、下記のステップc1,c2を有する。
ステップc1:ステップBで得た1種の組織パラメータおよびステップa1で得た組織パラメータとクリープ歪み量との関係から、試験材のクリープ歪み量を得る。
ステップc2:ステップc1で得た試験材のクリープ歪み量およびステップa2で得たクリープ歪み量と余寿命との関係から、試験材の余寿命を予測する。
(Step C: Processing related to prediction of remaining life of test material)
In the present embodiment, step C includes the following steps c1 and c2.
Step c1: The creep strain amount of the test material is obtained from one type of structural parameter obtained in Step B and the relationship between the structural parameter obtained in Step a1 and the creep strain amount.
Step c2: The remaining life of the test material is predicted from the amount of creep strain of the test material obtained in Step c1 and the relationship between the amount of creep strain obtained in Step a2 and the remaining life.

上記のように、ステップCでは、ステップBにおいて選択された組織パラメータに基づいて試験材のクリープ歪み量を求め(ステップc1)、求めたクリープ歪み量に基づいて試験材の余寿命を予測する(ステップc2)。ここで、図1〜図3に示したように、ミクロ組織の組織パラメータ(転位密度、粒内歪み、粒界歪み)の変化量は、クリープ変形の進行の程度によって異なる。   As described above, in step C, the creep strain amount of the test material is obtained based on the structure parameter selected in step B (step c1), and the remaining life of the test material is predicted based on the obtained creep strain amount (step c1). Step c2). Here, as shown in FIGS. 1 to 3, the amount of change in the microstructure parameters (dislocation density, intragranular strain, intergranular strain) of the microstructure varies depending on the degree of progress of creep deformation.

そこで、本実施形態では、転位密度の変化量が大きくなるクリープ変形の初期の段階においては、試験材の組織パラメータとして、転位密度を求める(ステップB)。そして、ステップBで得た試験材の転位密度および図1に示したマスターカーブに基づいて試験材のクリープ歪み量を求める(ステップc1)。その後、ステップc1で求めたクリープ歪み量と図4に示したマスターカーブとに基づいて試験材の余寿命を求める(ステップc2)。なお、ステップc2では、図4に示したマスターカーブから求められる寿命消費率を試験材の余寿命としてもよく、1から寿命消費率を減算して得られる値を試験材の余寿命としてもよい。   Therefore, in the present embodiment, at the initial stage of creep deformation where the amount of change in the dislocation density is large, the dislocation density is obtained as the structure parameter of the test material (step B). Then, the creep strain amount of the test material is obtained based on the dislocation density of the test material obtained in Step B and the master curve shown in FIG. 1 (Step c1). Thereafter, the remaining life of the test material is obtained based on the creep strain amount obtained in step c1 and the master curve shown in FIG. 4 (step c2). In step c2, the life consumption rate obtained from the master curve shown in FIG. 4 may be used as the remaining life of the test material, and a value obtained by subtracting the life consumption rate from 1 may be used as the remaining life of the test material. .

なお、ステップBでは、例えば、試験材の転位密度が所定の閾値(以下、第1閾値という。)以下の場合に、試験材の組織パラメータとして転位密度を選択する。転位密度についての上記第1閾値は、試験材の特性等に応じて適宜設定される。本実施形態では、第1閾値は、例えば、基準材のクリープ歪み量が0.05になるときの基準材の転位密度に設定される。基準材のクリープ歪み量が0.05になるときの転位密度は、例えば、図1に示したマスターカーブから求めることができる。   In Step B, for example, when the dislocation density of the test material is a predetermined threshold value (hereinafter referred to as the first threshold value) or less, the dislocation density is selected as the structure parameter of the test material. The first threshold value for the dislocation density is appropriately set according to the characteristics of the test material. In the present embodiment, the first threshold value is set, for example, to the dislocation density of the reference material when the creep strain amount of the reference material is 0.05. The dislocation density when the creep strain amount of the reference material is 0.05 can be obtained from, for example, the master curve shown in FIG.

また、粒内歪みの変化量が大きくなるクリープ変形の中期の段階においては、試験材の組織パラメータとして、粒内歪みを求める(ステップB)。本実施形態では、粒内歪みを表す値として、β方向強度偏差を求める。そして、ステップBで求めた試験材の粒内歪み(β方向強度偏差)および図2に示したマスターカーブに基づいて試験材のクリープ歪み量を求める(ステップc1)。その後、ステップc1で求めたクリープ歪み量と図4に示したマスターカーブとに基づいて試験材の余寿命を求める(ステップc2)。   Further, in the middle stage of creep deformation in which the amount of change in intragranular strain becomes large, intragranular strain is obtained as a structural parameter of the test material (step B). In the present embodiment, the β-direction intensity deviation is obtained as a value representing intragranular strain. Then, the amount of creep strain of the test material is obtained based on the intragranular strain (β direction strength deviation) of the test material obtained in step B and the master curve shown in FIG. 2 (step c1). Thereafter, the remaining life of the test material is obtained based on the creep strain amount obtained in step c1 and the master curve shown in FIG. 4 (step c2).

なお、ステップBでは、例えば、試験材の転位密度および粒内歪みが所定の条件を満たしている場合に、試験材の組織パラメータとして粒内歪みを選択する。本実施形態では、試験材の転位密度が上記の第1閾値を超えかつβ方向強度偏差が所定の閾値(以下、第2閾値という。)以上の場合に、試験材の組織パラメータとして粒内歪みを選択する。β方向強度偏差についての上記第2閾値は、試験材の特性等に応じて適宜設定される。本実施形態では、第2閾値は、例えば、クリープ歪み量が0.1になるときの基準材のβ方向強度偏差に設定される。基準材のクリープ歪み量が0.1になるときのβ方向強度偏差は、例えば、図2に示したマスターカーブから求めることができる。   In Step B, for example, when the dislocation density and intragranular strain of the test material satisfy predetermined conditions, intragranular strain is selected as the structure parameter of the test material. In this embodiment, when the dislocation density of the test material exceeds the first threshold value and the β-direction intensity deviation is equal to or greater than a predetermined threshold value (hereinafter referred to as the second threshold value), intragranular strain is used as the structure parameter of the test material. Select. The second threshold value for the β direction strength deviation is appropriately set according to the characteristics of the test material. In the present embodiment, for example, the second threshold value is set to the β direction strength deviation of the reference material when the creep strain amount is 0.1. The β-direction strength deviation when the creep strain amount of the reference material is 0.1 can be obtained from, for example, the master curve shown in FIG.

さらに、粒界歪みの変化量が大きくなるクリープ変形の後期の段階においては、試験材の組織パラメータとして、粒界歪みを求める(ステップB)。本実施形態では、粒界歪みを表す値として、GROD値を求める。そして、ステップBで求めた試験材の粒界歪み(GROD値)および図3に示したマスターカーブに基づいて試験材のクリープ歪み量を求める(ステップc1)。その後、ステップc1で求めたクリープ歪み量と図4に示したマスターカーブとに基づいて試験材の余寿命を求める(ステップc2)。   Further, at the later stage of creep deformation in which the amount of change in grain boundary strain becomes large, grain boundary strain is obtained as a structural parameter of the test material (step B). In the present embodiment, a GROD value is obtained as a value representing the grain boundary strain. Then, the amount of creep strain of the test material is obtained based on the grain boundary strain (GROD value) of the test material obtained in step B and the master curve shown in FIG. 3 (step c1). Thereafter, the remaining life of the test material is obtained based on the creep strain amount obtained in step c1 and the master curve shown in FIG. 4 (step c2).

なお、ステップBでは、例えば、試験材の粒内歪みが所定の条件を満たしている場合に、試験材の組織パラメータとして粒界歪みを選択する。本実施形態では、試験材のβ方向強度偏差が上記の第2閾値未満の場合に、試験材の組織パラメータとして粒界歪みを選択する。   In Step B, for example, when the intragranular strain of the test material satisfies a predetermined condition, the grain boundary strain is selected as the structure parameter of the test material. In this embodiment, when the β-direction strength deviation of the test material is less than the second threshold value, the grain boundary strain is selected as the structure parameter of the test material.

なお、本実施形態に係る予測方法によって試験材の余寿命を予測する際には、例えば、最初に試験材の転位密度を測定して、転位密度が第1閾値以上の場合に、試験材のβ方向強度偏差を測定してもよい。また、例えば、最初に試験材のβ方向強度偏差を測定して、β方向強度偏差が上述の第2閾値未満の場合には試験材のGROD値を測定し、β方向強度偏差が所定の閾値(第3閾値)以上の場合には試験材の転位密度を測定してもよい。また、最初に試験材のGROD値を測定して、GROD値が所定の閾値(第4閾値)以下の場合には、試験材のβ方向強度偏差を測定してもよい。なお、上記の第3閾値および第4閾値は、試験材の特性等に応じて適宜設定される。このように、本実施形態に係る予測方法では、複数種の組織パラメータ(転位密度、粒内歪み(本実施形態では、β方向強度偏差)、および粒界歪み(本実施形態では、GROD値))のうちのいずれの組織パラメータを最初に求めてもよい。そして、最初に求めた組織パラメータが所定の条件を満たしていない場合には、他の組織パラメータを求め、その組織パラメータが所定の条件を満たしていない場合には、さらに他の組織パラメータを求め、クリープ歪み量を求めればよい。   When the remaining life of the test material is predicted by the prediction method according to the present embodiment, for example, when the dislocation density of the test material is first measured and the dislocation density is equal to or higher than the first threshold, You may measure a beta direction intensity | strength deviation. Further, for example, first, the β direction strength deviation of the test material is measured, and when the β direction strength deviation is less than the second threshold value, the GROD value of the test material is measured, and the β direction strength deviation is a predetermined threshold value. In the case of (third threshold value) or more, the dislocation density of the test material may be measured. Alternatively, the GROD value of the test material may be measured first, and if the GROD value is less than or equal to a predetermined threshold value (fourth threshold value), the β-direction strength deviation of the test material may be measured. In addition, said 3rd threshold value and said 4th threshold value are suitably set according to the characteristic etc. of a test material. As described above, in the prediction method according to the present embodiment, a plurality of types of structure parameters (dislocation density, intragranular strain (β-direction strength deviation in the present embodiment), and grain boundary strain (GROD value in the present embodiment). ) May be determined first. Then, when the tissue parameter obtained first does not satisfy the predetermined condition, another tissue parameter is obtained, and when the tissue parameter does not satisfy the predetermined condition, further other tissue parameter is obtained, What is necessary is just to obtain the amount of creep strain.

(本実施形態の作用効果)
以上のように、本実施形態に係る予測方法では、転位密度の変化量が大きいクリープ変形の初期段階においては、転位密度に基づいてクリープ歪み量を求める。また、粒内歪みの変化量が大きいクリープ変形の中期段階においては、粒内歪みに基づいてクリープ歪み量を求める。さらに、粒界歪みの変化量が大きいクリープ変形の後期段階においては、粒界歪みに基づいてクリープ歪み量を求める。
(Operational effect of this embodiment)
As described above, in the prediction method according to the present embodiment, the amount of creep strain is obtained based on the dislocation density in the initial stage of creep deformation where the amount of change in the dislocation density is large. Further, in the middle stage of creep deformation where the amount of change in intragranular strain is large, the amount of creep strain is obtained based on the intragranular strain. Further, in the later stage of creep deformation in which the amount of change in grain boundary strain is large, the amount of creep strain is determined based on the grain boundary strain.

より具体的には、転位密度が所定の第1条件(本実施形態では、試験材の転位密度が第1閾値以下)を満たしている場合には、転位密度に基づいてクリープ歪み量を求める。また、転位密度が上記第1条件を満たしておらずかつ粒内歪みが所定の第2条件(本実施形態では、試験材のβ方向強度偏差が第2閾値以上)を満たしている場合には、粒内歪みに基づいてクリープ歪み量を求める。さらに、転位密度および粒内歪みが上記の第1条件および第2条件を満たしていない場合には、粒界歪みに基づいてクリープ歪み量を求める。   More specifically, when the dislocation density satisfies a predetermined first condition (in this embodiment, the dislocation density of the test material is not more than the first threshold value), the creep strain amount is obtained based on the dislocation density. Further, when the dislocation density does not satisfy the first condition and the intragranular strain satisfies a predetermined second condition (in this embodiment, the β-direction strength deviation of the test material is equal to or greater than the second threshold). The amount of creep strain is obtained based on the intragranular strain. Further, when the dislocation density and the intragranular strain do not satisfy the first condition and the second condition, the amount of creep strain is obtained based on the grain boundary strain.

以上のように、本実施形態に係る予測方法によれば、試験材のクリープ変形の進行の程度(すなわち、試験材の劣化の程度)に応じて、試験材のクリープ歪み量を適切に求めることができる。具体的には、複数種の組織パラメータ(転位密度、粒内歪み、粒界歪み)のうちから選択された適切な組織パラメータに基づいて、試験材のクリープ歪み量を求めることができる。これにより、試験材のクリープ歪み量を高精度に予測することができる。その結果、試験材の余寿命を高精度で予測することができる。   As described above, according to the prediction method according to the present embodiment, the amount of creep strain of the test material is appropriately determined according to the degree of progress of creep deformation of the test material (that is, the degree of deterioration of the test material). Can do. Specifically, the amount of creep strain of the test material can be obtained based on an appropriate structure parameter selected from among a plurality of kinds of structure parameters (dislocation density, intragranular strain, intergranular strain). Thereby, the amount of creep strain of the test material can be predicted with high accuracy. As a result, the remaining life of the test material can be predicted with high accuracy.

(他の実施形態)
上述の実施形態では、組織パラメータとして転位密度を求める場合について説明したが、転位密度の代わりに、転位密度を表す値(測定パラメータ)として、弾性ひずみエネルギーまたは陽電子消滅寿命を求めてもよい。なお、弾性ひずみエネルギーおよび陽電子消滅寿命は、公知の測定方法によって求めることができるので、測定方法の説明は省略する。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the case where the dislocation density is obtained as the texture parameter has been described, but elastic strain energy or positron annihilation lifetime may be obtained as a value (measurement parameter) representing the dislocation density instead of the dislocation density. Since the elastic strain energy and the positron annihilation lifetime can be obtained by a known measurement method, description of the measurement method is omitted.

また、上述の実施形態では、粒内歪みを表す値(測定パラメータ)として、β方向強度偏差を求める場合について説明したが、粒内歪みを表す値として、残留応力を求めてもよい。該残留応力は、例えば、公知の技術であるsinψ法または2次元X線回折パターンを用いて算出することができる。 In the above-described embodiment, the case where the β-direction intensity deviation is obtained as the value (measurement parameter) representing intragranular strain has been described. However, the residual stress may be obtained as a value representing intragranular strain. The residual stress can be calculated using, for example, a known technique such as the sin 2 ψ method or a two-dimensional X-ray diffraction pattern.

また、上述の実施形態では、粒界歪みを表す値(測定パラメータ)としてGROD値を求める場合について説明したが、KAM(Kernel Average Misorientation)値を求めてもよい。KAM値は、例えば、EBSDを用いて求めることができる。また、粒界歪みを表す値として、粒界近傍の局所的な格子定数を求めてもよい。局所的な格子定数は、例えば、収束電子回折(CBED)法を用いて求めることができる。   In the above-described embodiment, the case where the GROD value is obtained as a value (measurement parameter) representing the grain boundary strain has been described, but a KAM (Kernel Average Misorientation) value may be obtained. The KAM value can be obtained using, for example, EBSD. Further, a local lattice constant in the vicinity of the grain boundary may be obtained as a value representing the grain boundary distortion. The local lattice constant can be obtained by using, for example, a convergent electron diffraction (CBED) method.

また、上述の実施形態では、3種類の組織パラメータに基づいて試験材の余寿命を予測する場合について説明したが、2種類の組織パラメータに基づいて余寿命を予測してもよく、4種類以上の組織パラメータに基づいて余寿命を予測してもよい。例えば、転位密度および粒内歪みの2種類の組織パラメータを用いて、試験材の余寿命を予測してもよい。なお、転位密度および粒内歪みの2種類の組織パラメータから試験材の余寿命を予測する場合、例えば、粒内歪みを表す値として残留応力を測定してもよい。この場合、図1および図4に示したマスターカーブに加えて、図5に示すような、残留応力とクリープ歪み量との関係を示すマスターカーブを作成する。このマスターカーブを用いて、上述の実施形態と同様に、クリープ歪み量および寿命消費率(余寿命)を予測することができる。なお、この場合にも、β方向強度偏差およびGROD値を用いる場合と同様に、残留応力についての閾値が適宜設定される。詳細な説明は省略するが、組織パラメータとして上述の弾性ひずみエネルギー、陽電子消滅寿命、またはKAM値等を用いる場合にも、各値についての閾値が適宜設定される。   Further, in the above-described embodiment, the case where the remaining life of the test material is predicted based on the three types of structure parameters has been described, but the remaining life may be predicted based on the two types of structure parameters. The remaining life may be predicted based on the tissue parameters. For example, the remaining life of the test material may be predicted using two types of structure parameters, dislocation density and intragranular strain. Note that when the remaining life of the test material is predicted from two types of structural parameters such as dislocation density and intragranular strain, for example, the residual stress may be measured as a value representing intragranular strain. In this case, in addition to the master curves shown in FIGS. 1 and 4, a master curve showing the relationship between the residual stress and the creep strain amount as shown in FIG. 5 is created. Using this master curve, the amount of creep strain and the life consumption rate (remaining life) can be predicted as in the above-described embodiment. In this case as well, as in the case of using the β-direction intensity deviation and the GROD value, the threshold for the residual stress is appropriately set. Although detailed description is omitted, even when the above-described elastic strain energy, positron annihilation lifetime, KAM value, or the like is used as the tissue parameter, a threshold value for each value is appropriately set.

上述の実施形態では、ステップAがステップa1,a2を有し、ステップCがステップc1,c2を有する場合について説明したが、ステップAおよびステップCにおける処理は上述の例に限定されない。具体的には、上述の実施形態では、ステップAにおいて、組織パラメータとクリープ歪み量との関係(ステップa1)、およびクリープ歪み量と余寿命との関係(ステップa2)を得ている。しかしながら、ステップa1,a2で得られる上記の関係の代わりに、ステップAにおいて、組織パラメータと余寿命との関係を得てもよい。この場合、ステップCにおいては、ステップBで得た組織パラメータとステップAで得た関係とに基づいて、試験材の余寿命を予測することができる。   In the above-described embodiment, the case where Step A has Steps a1 and a2 and Step C has Steps c1 and c2 has been described. However, the processing in Step A and Step C is not limited to the above example. Specifically, in the above-described embodiment, in step A, the relationship between the texture parameter and the creep strain amount (step a1) and the relationship between the creep strain amount and the remaining life (step a2) are obtained. However, instead of the relationship obtained in steps a1 and a2, the relationship between the tissue parameter and the remaining life may be obtained in step A. In this case, in Step C, the remaining life of the test material can be predicted based on the structure parameter obtained in Step B and the relationship obtained in Step A.

具体的には、例えば、ステップAにおいて、基準材について、転位密度と余寿命との関係を示すマスターカーブ、粒内歪み(例えば、β方向強度偏差)と余寿命との関係を示すマスターカーブ、および粒界歪み(例えば、GROD値)と余寿命との関係を示すマスターカーブを得てもよい。そして、ステップCにおいて、ステップBで得た転位密度、粒内歪みまたは粒界歪みとステップAで得たマスターカーブとに基づいて、試験材の余寿命を予測してもよい。   Specifically, for example, in Step A, for the reference material, a master curve indicating the relationship between the dislocation density and the remaining life, a master curve indicating the relationship between the intragranular strain (for example, β direction strength deviation) and the remaining life, In addition, a master curve indicating the relationship between grain boundary strain (for example, GROD value) and remaining life may be obtained. In Step C, the remaining life of the test material may be predicted based on the dislocation density, intragranular strain or grain boundary strain obtained in Step B, and the master curve obtained in Step A.

上述の実施形態では、基準材および試験材の各組織パラメータを任意の一つの方法によって求め、その求めた組織パラメータに基づいて、試験材の寿命消費率を予測している。しかしながら、1種の組織パラメータを異なる複数の方法によって求めてもよい。具体的には、例えば、転位密度を求める方法として複数の方法(X線回折法および陽電子消滅法等)が考えられる。上述の実施形態では、該複数の方法の中から任意に選んだ一つの方法を用いて転位密度を求めている。しかしながら、例えば、遷移クリープ域において、X線回折法によって求めた転位密度および陽電子消滅法によって求めた転位密度の両方を用いて、試験材の余寿命を予測してもよい。同様に、例えば、粒内歪みを表す値としては、それぞれ異なる方法によって求められる複数の値(β方向強度偏差および残留応力等)が考えられる。上述の実施形態では、該複数の値の中から任意に選んだ値を、粒内歪みを表す値として用いている。しかしながら、例えば、加速クリープ域の前半部分において、β方向強度偏差および残留応力の両方を、粒内歪みを表す値として用いて、試験材の余寿命を予測してもよい。これらの場合、試験材の余寿命の予測精度を向上させることができる。   In the above-described embodiment, each structural parameter of the reference material and the test material is obtained by any one method, and the life consumption rate of the test material is predicted based on the obtained structural parameter. However, one type of tissue parameter may be obtained by a plurality of different methods. Specifically, for example, a plurality of methods (such as an X-ray diffraction method and a positron annihilation method) can be considered as a method for obtaining the dislocation density. In the above-described embodiment, the dislocation density is obtained using one method arbitrarily selected from the plurality of methods. However, for example, in the transition creep region, the remaining life of the test material may be predicted using both the dislocation density obtained by the X-ray diffraction method and the dislocation density obtained by the positron annihilation method. Similarly, for example, as a value representing intragranular strain, a plurality of values (β-direction strength deviation, residual stress, etc.) obtained by different methods can be considered. In the above-described embodiment, a value arbitrarily selected from the plurality of values is used as a value representing intragranular strain. However, for example, in the first half of the accelerated creep region, the remaining life of the test material may be predicted using both the β-direction strength deviation and the residual stress as values representing intragranular strain. In these cases, the prediction accuracy of the remaining life of the test material can be improved.

以下、1種の組織パラメータを異なる複数の方法によって求める場合について説明する。以下においては、X線回折法および陽電子消滅法の2つの方法によって転位密度を求める場合について説明する。以下に説明する第1予測方法および第2予測方法では、試験材の余寿命として、寿命消費率を求める。なお、以下に説明する予測方法においても、上記実施形態と同様に定義される基準材および試験材を用いることができる。   Hereinafter, a case where one type of tissue parameter is obtained by a plurality of different methods will be described. Below, the case where a dislocation density is calculated | required by two methods, an X-ray diffraction method and a positron annihilation method, is demonstrated. In the first prediction method and the second prediction method described below, the life consumption rate is obtained as the remaining life of the test material. In the prediction method described below, a reference material and a test material defined in the same manner as in the above embodiment can be used.

[第1予測方法]
本実施形態に係る予測方法では、後述するように、組織パラメータ(本実施形態では、転位密度)の測定方法ごとに、試験材の余寿命の予測値を示すガウス関数(以下、基準ガウス関数ともいう。)を求める。さらに、転位密度の測定方法ごとに求めた複数の基準ガウス関数を確率の乗法定理で乗算してガウス関数(以下、乗算ガウス関数ともいう。)を求める。そして、求めた乗算ガウス関数に基づいて試験材の余寿命を求める。
[First prediction method]
In the prediction method according to the present embodiment, as will be described later, a Gaussian function (hereinafter referred to as a reference Gaussian function) indicating a predicted value of the remaining life of the test material for each measurement method of the structure parameter (dislocation density in the present embodiment). Say). Further, a Gaussian function (hereinafter also referred to as a multiplication Gaussian function) is obtained by multiplying a plurality of reference Gaussian functions obtained for each measurement method of dislocation density by a probability multiplication theorem. Then, the remaining life of the test material is obtained based on the obtained multiplication Gaussian function.

〈基準ガウス関数の導出〉
まず、基準ガウス関数の導出方法について説明する。本実施形態では、例えば、下記のステップQ1〜Q7の処理を実行することによって、転位密度の測定方法ごとに、基準ガウス関数を求める。以下、各ステップについて説明する。
<Derivation of reference Gaussian function>
First, a method for deriving a reference Gaussian function will be described. In the present embodiment, for example, a reference Gaussian function is obtained for each measurement method of dislocation density by executing the following steps Q1 to Q7. Hereinafter, each step will be described.

(ステップQ1)
ステップQ1では、詳細を後述するように、複数の基準材のクリープ試験を行い、下記の表1に示すように、該クリープ試験後の複数の基準材についてそれぞれ、転位密度、余寿命およびクリープ歪みを求める。転位密度は、X線回折法および陽電子消滅法によって求める。なお、表1においては、説明を簡単にするために、転位密度等を、アルファベット文字を用いて示している。
(Step Q1)
In step Q1, as will be described in detail later, a creep test is performed on a plurality of reference materials. As shown in Table 1 below, the dislocation density, the remaining life, and the creep strain of each of the plurality of reference materials after the creep test are performed. Ask for. The dislocation density is determined by an X-ray diffraction method and a positron annihilation method. In Table 1, the dislocation density and the like are shown using alphabetic characters for the sake of simplicity.

Figure 2017083324
Figure 2017083324

表1を参照して、ステップQ1では、例えば、任意の温度および応力の条件下で複数の基準材のクリープ試験を行い、複数のクリープ中断材(以下、単に中断材という。)およびクリープ破断材(以下、単に破断材という。)を得る。表1の例では、クリープ試験によって、7本の中断材と1本の破断材を得ている。クリープ試験における温度および応力は、例えば、余寿命を予測する金属材料の使用環境に応じて適宜設定される。クリープ試験によって得られた複数の中断材および破断材の転位密度を、X線回折法および陽電子消滅法によって求める。また、複数の中断材および破断材についてそれぞれ余寿命(寿命消費率)およびクリープ歪み量を求める。本実施形態では、例えば、クリープ試験において破断材が破断に至るまでに要した時間をTrとし、中断材の試験中断時間(試験経過時間)をTとして、各中断材の寿命消費率(=T/Tr)を求める。なお、破断材の寿命消費率は、1.0とする。   Referring to Table 1, in step Q1, for example, a plurality of reference materials are subjected to a creep test under arbitrary temperature and stress conditions, and a plurality of creep interrupted materials (hereinafter simply referred to as interrupted materials) and a creep rupture material. (Hereinafter simply referred to as a fractured material). In the example of Table 1, seven interrupted materials and one fractured material are obtained by a creep test. The temperature and stress in the creep test are appropriately set according to, for example, the usage environment of the metal material that predicts the remaining life. The dislocation density of the plurality of interrupted materials and fractured materials obtained by the creep test is determined by an X-ray diffraction method and a positron annihilation method. Further, the remaining life (lifetime consumption rate) and the amount of creep strain are determined for each of the plurality of interrupted materials and fractured materials. In this embodiment, for example, the time required for the fractured material to break in the creep test is Tr, the test interruption time (test elapsed time) of the interruption material is T, and the lifetime consumption rate (= T / Tr). The life consumption rate of the fractured material is 1.0.

(ステップQ2)
本実施形態に係る予測方法のステップQ2は、下記のステップq21およびq22を含む。
(Step Q2)
Step Q2 of the prediction method according to the present embodiment includes the following steps q21 and q22.

(ステップq21)
ステップq21では、ステップQ1で求めたクリープ歪みおよび転位密度に基づいて、転位密度の測定方法ごとに、例えば、図1に示したような、転位密度とクリープ歪みとの関係を示すマスターカーブ(以下、第1マスターカーブという。)を求める。本実施形態では、X線回折法によって求めた転位密度とクリープ歪みとの関係を示す第1マスターカーブ、および陽電子消滅法によって求めた転位密度とクリープ歪みとの関係を示す第1マスターカーブがそれぞれ作成される。
(Step q21)
In step q21, based on the creep strain and dislocation density obtained in step Q1, for each dislocation density measurement method, for example, a master curve (hereinafter referred to as a relationship between dislocation density and creep strain) as shown in FIG. , Referred to as a first master curve). In the present embodiment, a first master curve indicating the relationship between the dislocation density and creep strain determined by the X-ray diffraction method, and a first master curve indicating the relationship between the dislocation density and creep strain determined by the positron annihilation method, respectively. Created.

なお、ステップq21においては、1つの測定方法に対して1つの第1マスターカーブを作成してもよく、1つの測定方法に対して複数の第1マスターカーブを作成してもよい。具体的には、例えば表1を参照して、基準材1〜4のクリープ試験条件と基準材5〜8のクリープ試験条件とが異なるような場合に、1つの測定方法に対して複数の第1マスターカーブを作成することが考えられる。このような場合、例えば、転位密度A〜Aとクリープ歪みS〜Sとに基づいて1つの第1マスターカーブを作成し、転位密度A〜Aとクリープ歪みS〜Sとに基づいて1つの第1マスターカーブを作成し、転位密度B〜Bとクリープ歪みS〜Sとに基づいて1つの第1マスターカーブを作成し、転位密度B〜Bとクリープ歪みS〜Sとに基づいて1つの第1マスターカーブを作成してもよい。 In step q21, one first master curve may be created for one measurement method, or a plurality of first master curves may be created for one measurement method. Specifically, referring to Table 1, for example, when the creep test conditions of the reference materials 1 to 4 and the creep test conditions of the reference materials 5 to 8 are different, a plurality of first measurements are performed for one measurement method. It is conceivable to create one master curve. In such a case, for example, one first master curve is created based on the dislocation densities A 1 to A 4 and the creep strains S 1 to S 4, and the dislocation densities A 5 to A 8 and the creep strains S 5 to S are generated. 8 , one first master curve is created, and one first master curve is created based on the dislocation density B 1 to B 4 and the creep strain S 1 to S 4, and the dislocation density B 5 to B One first master curve may be created based on 8 and creep strains S 5 to S 8 .

(ステップq22)
ステップq22では、ステップQ1で求めたクリープ歪みおよび余寿命に基づいて、図4に示したような、クリープ歪みと余寿命との関係を示すマスターカーブ(以下、第2マスターカーブという。)を求める。第2マスターカーブは、例えば、最小二乗法を用いて作成することができる。
(Step q22)
In step q22, a master curve (hereinafter referred to as a second master curve) showing the relationship between the creep strain and the remaining life as shown in FIG. 4 is obtained based on the creep strain and the remaining life obtained in step Q1. . The second master curve can be created using, for example, the least square method.

なお、ステップq22においては、1つの第2マスターカーブを作成してもよく、複数の第2マスターカーブを作成してもよい。具体的には、例えば表1を参照して、基準材1〜4のクリープ試験条件と基準材5〜8のクリープ試験条件とが異なるような場合に、複数の第2マスターカーブを作成することが考えられる。このような場合、例えば、クリープ歪みS〜Sと余寿命rt〜rtとに基づいて1つの第2マスターカーブを作成し、クリープ歪みS〜Sと余寿命rt〜rtとに基づいて1つの第2マスターカーブを作成してもよい。 In step q22, one second master curve may be created or a plurality of second master curves may be created. Specifically, referring to Table 1, for example, when the creep test conditions of the reference materials 1 to 4 and the creep test conditions of the reference materials 5 to 8 are different, a plurality of second master curves are created. Can be considered. In such a case, for example, one second master curve is created based on the creep strains S 1 to S 4 and the remaining life rt 1 to rt 4, and the creep strains S 5 to S 8 and the remaining life rt 5 to rt 8 may create one second master curve.

(ステップQ3)
本実施形態に係る予測方法のステップQ3は、下記のステップq31およびq32を含む。
(Step Q3)
Step Q3 of the prediction method according to the present embodiment includes the following steps q31 and q32.

(ステップq31)
ステップq31では、ステップQ1で求めた転位密度とステップq21で測定方法ごとに求めた第1マスターカーブ(図1参照)とに基づいて、測定方法ごとに、複数の基準材のクリープ歪み(以下、第1予測クリープ歪みという。)を求める。表1を参照して、本実施形態では、転位密度Aに基づいて各基準材の第1予測クリープ歪みASを求めるとともに、転位密度Bに基づいて各基準材の第1予測クリープ歪みBSを求める。
(Step q31)
In step q31, based on the dislocation density obtained in step Q1 and the first master curve (see FIG. 1) obtained for each measurement method in step q21, for each measurement method, a plurality of reference materials creep strain (hereinafter, (Referred to as first predicted creep strain). Referring to Table 1, in this embodiment, the obtaining a first predicted creep strain AS n of each reference material based on the dislocation density A n, first predicted creep strain of each reference material based on the dislocation density B n Find BS n .

(ステップq32)
ステップq32では、ステップq31で測定方法ごとに求めた第1予測クリープ歪みとステップq22で求めた第2マスターカーブ(図4参照)とに基づいて、測定方法ごとに、複数の基準材の余寿命(以下、第1予測余寿命という。)を求める。表1を参照して、本実施形態では、第1予測クリープ歪みASに基づいて第1予測余寿命Atを求めるとともに、第1予測クリープ歪みBSに基づいて第1予測余寿命Btを求める。
(Step q32)
In step q32, based on the first predicted creep strain obtained for each measurement method in step q31 and the second master curve (see FIG. 4) obtained in step q22, the remaining life of a plurality of reference materials for each measurement method. (Hereinafter referred to as the first predicted remaining life). Referring to Table 1, in this embodiment, the obtaining a first predicted remaining lifetime At n based on the first predicted creep strain AS n, first predicted remaining lifetime Bt n based on the first predicted creep strain BS n Ask for.

(ステップQ4)
ステップQ4では、測定方法ごとに、ステップQ1で求めた複数の基準材の余寿命に対する、ステップQ3で求めた複数の基準材の第1予測余寿命の標準偏差を求める。すなわち、ステップQ4においては、複数の基準材の余寿命の実測値に対する、マスターカーブから決定される第1予測余寿命のばらつきの程度を、上記標準偏差として求めている。表1を参照して、例えば、ステップQ1において余寿命rtが測定され、ステップQ3において第1予測寿命At,Btが求められている場合には、ステップQ4では、余寿命rtに対する第1予測寿命At,Btの標準偏差AD,BDを求める。
(Step Q4)
In step Q4, for each measurement method, a standard deviation of the first predicted remaining lives of the plurality of reference materials obtained in step Q3 is obtained with respect to the remaining lives of the plurality of reference materials obtained in step Q1. That is, in step Q4, the degree of variation of the first predicted remaining life determined from the master curve with respect to the actual measured remaining life of the plurality of reference materials is obtained as the standard deviation. Referring to Table 1, for example, when the remaining life rt n is measured in step Q1 and the first predicted life At n and Bt n are obtained in step Q3, in step Q4, the remaining life rt n is determined . Standard deviations AD and BD of the first predicted lifetimes At n and Bt n are obtained.

(ステップQ5)
ステップQ5では、ステップQ1と同じ測定方法で試験材の組織パラメータ(本実施形態では、転位密度)を求める。本実施形態では、X線回折法および陽電子消滅法によって試験材の転位密度を求める。
(Step Q5)
In step Q5, the structure parameter (dislocation density in the present embodiment) of the test material is obtained by the same measurement method as in step Q1. In this embodiment, the dislocation density of the test material is obtained by an X-ray diffraction method and a positron annihilation method.

(ステップQ6)
本実施形態に係る予測方法のステップQ6は、下記のステップq61およびq62を含む。
(Step Q6)
Step Q6 of the prediction method according to the present embodiment includes the following steps q61 and q62.

(ステップq61)
ステップq61では、上述のステップQ5で求めた試験材の転位密度とステップq21で測定方法ごとに求めた第1マスターカーブ(図1参照)とに基づいて、測定方法ごとに、試験材のクリープ歪み(以下、第2予測クリープ歪みという。)を求める。本実施形態では、X線回折法によって求めた転位密度に基づいて、上記第1マスターカーブから決定されるクリープ歪みを、第2予測クリープ歪みとして求める。同様に、陽電子消滅法に基づいて求めた転位密度に基づいて、上記第1マスターカーブから決定されるクリープ歪みを、第2予測クリープ歪みとして求める。すなわち、ステップq61では、測定方法ごとに、試験材の第2予測クリープ歪みが求められる。
(Step q61)
In step q61, based on the dislocation density of the test material obtained in step Q5 and the first master curve (see FIG. 1) obtained for each measurement method in step q21, the creep strain of the test material is determined for each measurement method. (Hereinafter referred to as second predicted creep strain). In the present embodiment, the creep strain determined from the first master curve is obtained as the second predicted creep strain based on the dislocation density obtained by the X-ray diffraction method. Similarly, based on the dislocation density obtained based on the positron annihilation method, the creep strain determined from the first master curve is obtained as the second predicted creep strain. That is, in step q61, the second predicted creep strain of the test material is obtained for each measurement method.

(ステップq62)
ステップq62では、ステップq61で測定方法ごとに求めた試験材の第2予測クリープ歪みとステップq22で求めた第2マスターカーブ(図4参照)とに基づいて、測定方法ごとに、試験材の余寿命(以下、第2予測余寿命という。)を求める。
(Step q62)
In step q62, based on the second predicted creep strain of the test material obtained for each measurement method in step q61 and the second master curve (see FIG. 4) obtained in step q22, the remainder of the test material is determined for each measurement method. A lifetime (hereinafter referred to as a second predicted remaining lifetime) is obtained.

(ステップQ7)
ステップQ7では、ステップQ6で測定方法ごとに求めた第2予測余寿命を平均値としかつステップQ4で測定方法ごとに求めた標準偏差(表1の標準偏差AD,BDを参照。)を標準偏差とするガウス関数を、基準ガウス関数として、測定方法ごとに求める。すなわち、ステップQ7では、測定方法ごとに、試験材の余寿命の予測値を示す基準ガウス関数が求められる。
(Step Q7)
In step Q7, the second predicted remaining life obtained for each measurement method in step Q6 is averaged, and the standard deviation (see standard deviations AD and BD in Table 1) obtained for each measurement method in step Q4 is the standard deviation. For each measurement method as a reference Gaussian function. That is, in step Q7, a reference Gaussian function indicating a predicted value of the remaining life of the test material is obtained for each measurement method.

〈試験材の余寿命予測〉
本実施形態では、上述のようにして求めた複数の基準ガウス関数を用いて、下記のステップS1およびS2の処理を実行することによって、試験材(金属材料)の余寿命を予測する。
<Prediction of remaining life of test material>
In the present embodiment, the remaining life of the test material (metal material) is predicted by executing the processes of the following steps S1 and S2 using the plurality of reference Gauss functions obtained as described above.

(ステップS1)
ステップS1では、ステップQ7で求めた複数の基準ガウス関数を、確率の乗法定理で乗算することによってガウス関数(以下、乗算ガウス関数という。)を求める。図6は、基準ガウス関数および乗算ガウス関数を表す正規分布図の一例を示す図である。図6には、X線回折法によって求めた転位密度に基づく基準ガウス関数と、陽電子消滅法によって求めた転位密度に基づく基準ガウス関数と、これらの基準ガウス関数を乗算することによって得られる乗算ガウス関数とが示されている。
(Step S1)
In Step S1, a Gaussian function (hereinafter referred to as a multiplication Gaussian function) is obtained by multiplying the plurality of reference Gaussian functions obtained in Step Q7 by a probability multiplication theorem. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a normal distribution diagram representing a reference Gaussian function and a multiplication Gaussian function. FIG. 6 shows a reference Gaussian function based on the dislocation density obtained by the X-ray diffraction method, a reference Gaussian function based on the dislocation density obtained by the positron annihilation method, and a multiplication Gauss obtained by multiplying these reference Gaussian functions. Function is shown.

(ステップS2)
ステップS2では、ステップS1で求めた乗算ガウス関数に基づいて、試験材の余寿命を予測する。図6を参照して、本実施形態では、例えば、乗算ガウス関数の半値幅FWHMによって規定される寿命消費率の範囲t〜tを、試験材の寿命消費率(余寿命)として予測する。
(Step S2)
In step S2, the remaining life of the test material is predicted based on the multiplication Gaussian function obtained in step S1. With reference to FIG. 6, in the present embodiment, for example, a life consumption rate range t s to t f defined by a half-value width FWHM of a multiplication Gaussian function is predicted as a life consumption rate (remaining life) of a test material. .

〈作用効果〉
以上のように、本実施形態では、まず、組織パラメータの測定方法ごとに、試験材の余寿命の予測値を示す複数の基準ガウス関数が求められる。そして、複数の基準ガウス関数を乗算して得られる乗算ガウス関数に基づいて、試験材の余寿命が予測される。すなわち、本実施形態では、異なる複数の余寿命予測方法を複合して、試験材の余寿命を予測する。この場合、複数の基準ガウス関数のうちのいずれかの基準ガウス関数が示す余寿命の予測値に大きな誤差が生じていたとしても、その誤差の影響を低減することができる。また、図6に示すように、乗算ガウス関数の標準偏差は、各基準ガウス関数の標準偏差よりも小さくなる。このため、乗算ガウス関数に基づいて余寿命を予測することによって、予測結果のバラツキを小さくすることができる。以上の結果、金属材料の余寿命の高精度な予測が可能になる。
<Effect>
As described above, in the present embodiment, first, a plurality of reference Gaussian functions indicating predicted values of the remaining life of the test material are obtained for each measurement method of the tissue parameter. Then, the remaining life of the test material is predicted based on a multiplication Gaussian function obtained by multiplying a plurality of reference Gaussian functions. That is, in the present embodiment, a plurality of different remaining life prediction methods are combined to predict the remaining life of the test material. In this case, even if a large error occurs in the predicted value of the remaining life indicated by any one of the plurality of reference Gaussian functions, the influence of the error can be reduced. Further, as shown in FIG. 6, the standard deviation of the multiplication Gaussian function is smaller than the standard deviation of each reference Gaussian function. Therefore, by predicting the remaining life based on the multiplication Gaussian function, it is possible to reduce the variation in the prediction result. As a result, it is possible to accurately predict the remaining life of the metal material.

[第2予測方法]
上述の第1予測方法では、測定パラメータ(転位密度)からクリープ歪みを求めた後、該クリープ歪みに基づいて余寿命を求めている。しかしながら、測定パラメータから余寿命を直接求めてもよい。以下、測定パラメータから余寿命を直接求める場合の予測方法について簡単に説明する。
[Second prediction method]
In the first prediction method described above, after obtaining the creep strain from the measurement parameter (dislocation density), the remaining life is obtained based on the creep strain. However, the remaining life may be obtained directly from the measurement parameters. Hereinafter, a prediction method for directly obtaining the remaining life from the measurement parameters will be briefly described.

〈基準ガウス関数の導出〉
まず、基準ガウス関数の導出方法について説明する。なお、上述の第1予測方法と本実施形態に係る予測方法とでは、ステップQ1、Q2、Q3およびQ6の処理が異なる。したがって、以下においては、主に、ステップQ1、Q2、Q3およびQ6の処理について説明する。
<Derivation of reference Gaussian function>
First, a method for deriving a reference Gaussian function will be described. Note that the processes of steps Q1, Q2, Q3, and Q6 are different between the above-described first prediction method and the prediction method according to the present embodiment. Therefore, in the following, the processes of steps Q1, Q2, Q3 and Q6 will be mainly described.

(ステップQ1)
本実施形態に係る予測方法のステップQ1では、下記の表2に示すように、クリープ試験後の複数の基準材についてそれぞれ、転位密度および余寿命を求める。
(Step Q1)
In Step Q1 of the prediction method according to the present embodiment, as shown in Table 2 below, the dislocation density and the remaining life are obtained for each of the plurality of reference materials after the creep test.

Figure 2017083324
Figure 2017083324

(ステップQ2)
ステップQ2では、ステップQ1で求めた余寿命および転位密度に基づいて、測定方法ごとに、転位密度と余寿命との関係を示すマスターカーブを求める。
(Step Q2)
In Step Q2, a master curve indicating the relationship between the dislocation density and the remaining life is obtained for each measurement method based on the remaining life and the dislocation density obtained in Step Q1.

(ステップQ3)
ステップQ3では、ステップQ1で求めた転位密度とステップQ2で測定方法ごとに求めたマスターカーブとに基づいて、測定方法ごとに、複数の基準材の余寿命(以下、第1予測余寿命という。)を求める。表2を参照して、本実施形態では、転位密度Aに基づいて各基準材の第1予測余寿命Atを求めるとともに、転位密度Bに基づいて各基準材の第1予測余寿命Btを求める。
(Step Q3)
In step Q3, based on the dislocation density obtained in step Q1 and the master curve obtained for each measurement method in step Q2, the remaining life of a plurality of reference materials (hereinafter referred to as first predicted remaining life) for each measurement method. ) Referring to Table 2, in the present embodiment, the obtaining a first predicted remaining lifetime At n of each reference material based on the dislocation density A n, first predicted remaining lifetime of each reference material based on the dislocation density B n Bt n is obtained.

(ステップQ4)
表2を参照して、ステップQ4では、上述の第1予測方法の場合と同様に、測定方法ごとに、ステップQ1で求めた複数の基準材の余寿命に対する、ステップQ3で求めた複数の基準材の第1予測余寿命の標準偏差を求める。
(Step Q4)
Referring to Table 2, in step Q4, as in the case of the above-described first prediction method, for each measurement method, a plurality of criteria obtained in step Q3 with respect to the remaining lifetimes of the plurality of reference materials obtained in step Q1. A standard deviation of the first predicted remaining life of the material is obtained.

(ステップQ5)
ステップQ5では、上述の第1予測方法の場合と同様に、ステップQ1と同じ測定方法で試験材の転位密度を求める。本実施形態では、X線回折法および陽電子消滅法によって試験材の転位密度を求める。
(Step Q5)
In step Q5, the dislocation density of the test material is obtained by the same measurement method as in step Q1, as in the case of the first prediction method described above. In this embodiment, the dislocation density of the test material is obtained by an X-ray diffraction method and a positron annihilation method.

(ステップQ6)
ステップQ6では、ステップQ5で求めた転位密度とステップQ2で測定方法ごとに作成したマスターカーブとに基づいて、測定方法ごとに、試験材の余寿命(以下、第2予測余寿命という。)を求める。
(Step Q6)
In step Q6, based on the dislocation density obtained in step Q5 and the master curve created for each measurement method in step Q2, the remaining life of the test material (hereinafter referred to as second predicted remaining life) for each measurement method. Ask.

(ステップQ7)
ステップQ7では、上述の第1予測方法の場合と同様に、ステップQ6で測定方法ごとに求めた第2予測余寿命を平均値としかつステップQ4で測定方法ごとに求めた標準偏差(表2参照)を標準偏差とするガウス関数を、基準ガウス関数として、測定方法ごとに求める。
(Step Q7)
In step Q7, as in the case of the first prediction method described above, the second predicted remaining life obtained for each measurement method in step Q6 is used as an average value, and the standard deviation obtained for each measurement method in step Q4 (see Table 2). ) As a standard Gaussian function for each measurement method.

〈試験材の余寿命予測〉
本実施形態においても、上述の第1予測方法の場合と同様に、上述のようにして求めた複数の基準ガウス関数を用いて、上述のステップS1およびS2の処理を実行することによって、試験材の余寿命を予測する。
<Prediction of remaining life of test material>
Also in the present embodiment, similarly to the case of the first prediction method described above, the test material is executed by executing the processes of steps S1 and S2 using the plurality of reference Gauss functions obtained as described above. Predict the remaining life.

〈作用効果〉
以上のように、本実施形態においても、組織パラメータの測定方法ごとに、試験材の余寿命の予測値を示す複数の基準ガウス関数が求められる。そして、複数の基準ガウス関数を乗算して得られる乗算ガウス関数に基づいて、試験材の余寿命が予測される。すなわち、本実施形態においても、異なる複数の余寿命予測方法を複合して、試験材の余寿命を予測する。この場合、複数の基準ガウス関数のうちのいずれかの基準ガウス関数が示す余寿命の予測値に大きな誤差が生じていたとしても、その誤差の影響を低減することができる。また、上述の第1予測方法の場合と同様に、予測結果のバラツキを小さくすることができる。
<Effect>
As described above, also in the present embodiment, a plurality of reference Gaussian functions indicating the predicted value of the remaining life of the test material are obtained for each measurement method of the tissue parameter. Then, the remaining life of the test material is predicted based on a multiplication Gaussian function obtained by multiplying a plurality of reference Gaussian functions. That is, also in this embodiment, a plurality of different remaining life prediction methods are combined to predict the remaining life of the test material. In this case, even if a large error occurs in the predicted value of the remaining life indicated by any one of the plurality of reference Gaussian functions, the influence of the error can be reduced. Further, similarly to the case of the first prediction method described above, it is possible to reduce the variation in the prediction results.

[変形例]
上述の実施形態では、乗算ガウス関数の半値幅に基づいて試験材の余寿命を予測しているが、余寿命の予測方法は上述の例に限定されない。例えば、乗算ガウス関数の平均値に基づいて試験材の余寿命を予測してもよく、乗算ガウス関数の標準偏差に基づいて試験材の余寿命を予測してもよい。
[Modification]
In the above-described embodiment, the remaining life of the test material is predicted based on the half-value width of the multiplication Gaussian function, but the remaining life prediction method is not limited to the above example. For example, the remaining life of the test material may be predicted based on the average value of the multiplication Gaussian function, or the remaining life of the test material may be predicted based on the standard deviation of the multiplication Gaussian function.

上述の実施形態では、1種の組織パラメータを2つの方法によって求める場合について説明したが、1種の組織パラメータを3つ以上の測定方法によって求めてもよい。   In the above-described embodiment, the case where one type of tissue parameter is obtained by two methods has been described. However, one type of tissue parameter may be obtained by three or more measurement methods.

[寿命予測例]
以下、上述の第1予測方法によって試験材の寿命消費率を実際に予測した場合の一例を、数値とともに説明する。なお、以下の説明では、クリープ歪み量および寿命消費率を百分率で表す。この予測例では、基準材および試験材として、Ni基合金を用いた。また、この予測例では、X線回折法および陽電子消滅法によって、転位密度を求めた。
[Example of life prediction]
Hereinafter, an example when the lifetime consumption rate of the test material is actually predicted by the above-described first prediction method will be described together with numerical values. In the following description, the amount of creep strain and the life consumption rate are expressed as percentages. In this prediction example, a Ni-based alloy was used as the reference material and the test material. Further, in this prediction example, the dislocation density was obtained by the X-ray diffraction method and the positron annihilation method.

まず、複数の基準材について、ステップQ1〜ステップQ4の処理を実行することによって、測定方法ごとに標準偏差(上述のステップQ4参照)を求めた。その結果、下記の表3に示すように、標準偏差はそれぞれ、3.29×10−5および2.31×10−1であった。 First, the standard deviation (refer to above-mentioned step Q4) was calculated | required for every measuring method by performing the process of step Q1-step Q4 about a some reference material. As a result, as shown in Table 3 below, the standard deviations were 3.29 × 10 −5 and 2.31 × 10 −1 , respectively.

Figure 2017083324
Figure 2017083324

次に、上述のステップQ5の処理を実行することによって、試験材の転位密度を求めた。その結果、表3に示すように、X線回折法によって求めた転位密度は、6.75×1012(m−2)であり、陽電子消滅法によって求めた転位密度は、7.17×1012(m−2)であった。 Next, the dislocation density of the test material was obtained by executing the above-described processing of Step Q5. As a result, as shown in Table 3, the dislocation density determined by the X-ray diffraction method is 6.75 × 10 12 (m −2 ), and the dislocation density determined by the positron annihilation method is 7.17 × 10. 12 (m −2 ).

次に、上述のステップq61の処理を実行することによって、試験材のクリープ歪み(第2予測クリープ歪み)を求めた。その結果、表3に示すように、X線回折法に基づく第2予測クリープ歪みは1.70×10−2(%)であり、陽電子消滅法に基づく第2予測クリープ歪みは1.78×10−2(%)であった。 Next, the creep strain (second predicted creep strain) of the test material was obtained by executing the process of step q61 described above. As a result, as shown in Table 3, the second predicted creep strain based on the X-ray diffraction method is 1.70 × 10 −2 (%), and the second predicted creep strain based on the positron annihilation method is 1.78 × 10 -2 (%).

次に、上述のステップq62の処理を実行することによって、試験材の寿命消費率(第2予測余寿命)を求めた。その結果、表3に示すように、X線回折法に基づく第2予測余寿命は2.00×10−1(%)であり、陽電子消滅法に基づく第2予測余寿命は2.12×10−1(%)であった。 Next, the life consumption rate (second predicted remaining life) of the test material was obtained by executing the process of step q62 described above. As a result, as shown in Table 3, the second predicted remaining lifetime based on the X-ray diffraction method is 2.00 × 10 −1 (%), and the second predicted remaining lifetime based on the positron annihilation method is 2.12 × 10 −1 (%).

次に、上述のステップQ7、ステップS1およびステップS2の処理を実行することによって、試験材の寿命消費率の範囲t〜tを求めた。その結果、試験材の寿命消費率の範囲は、1.97×10−1〜2.05×10−1(%)であった。一方、試験材の寿命消費率の実測値は、0.2(%)であった。すなわち、試験材の実際の寿命消費率は、上述の第1予測方法によって予測された試験材の寿命消費率の範囲内の値であった。このことから、第1予測方法によって、試験材の寿命消費率を高精度で予測できることが分かる。 Then, step Q7 above, by executing the processing in steps S1 and S2, to determine the range t s ~t f of lifetime consumption of the test material. As a result, the range of the life consumption rate of the test material was 1.97 × 10 −1 to 2.05 × 10 −1 (%). On the other hand, the actual measurement value of the life consumption rate of the test material was 0.2 (%). That is, the actual life consumption rate of the test material was a value within the range of the life consumption rate of the test material predicted by the first prediction method described above. From this, it can be seen that the lifetime consumption rate of the test material can be predicted with high accuracy by the first prediction method.

(他の寿命予測例)
詳細な説明は省略するが、粒内歪みを表す値として、β方向強度偏差および残留応力の2つの値を用いる場合についても、上述の寿命予測例と同様のステップを実行することによって、試験材の余寿命を予測することができる。
(Other life prediction examples)
Although detailed description is omitted, even when two values of β-direction strength deviation and residual stress are used as values representing intragranular strain, by performing the same steps as in the above life prediction example, the test material The remaining life can be predicted.

以下、粒内歪みを表す値としてβ方向強度偏差および残留応力を用いて寿命消費率を予測した場合の一例を、数値とともに説明する。なお、以下の説明では、クリープ歪み量および寿命消費率を百分率で表す。この予測例では、基準材および試験材として、Ni基合金を用いた。   Hereinafter, an example when the life consumption rate is predicted using the β-direction strength deviation and the residual stress as a value representing the intragranular strain will be described together with numerical values. In the following description, the amount of creep strain and the life consumption rate are expressed as percentages. In this prediction example, a Ni-based alloy was used as the reference material and the test material.

まず、複数の基準材について、ステップQ1〜ステップQ4の処理を実行することによって、測定方法ごとに標準偏差(上述のステップQ4参照)を求めた。その結果、下記の表4に示す値が得られた。   First, the standard deviation (refer to above-mentioned step Q4) was calculated | required for every measuring method by performing the process of step Q1-step Q4 about a some reference material. As a result, the values shown in Table 4 below were obtained.

Figure 2017083324
Figure 2017083324

次に、上述のステップQ5,q61,q62の処理と同様の処理を実行することによって、試験材について、β方向強度偏差、残留応力(MPa)、第2予測クリープ歪みおよび第2予測余寿命(寿命消費率)を求めた。その結果、上記の表4に示す値が得られた。   Next, by executing processing similar to the processing in the above-described steps Q5, q61, q62, the β-direction strength deviation, residual stress (MPa), second predicted creep strain, and second predicted remaining life ( Lifetime consumption rate) was determined. As a result, the values shown in Table 4 above were obtained.

次に、上述のステップQ7、ステップS1およびステップS2の処理と同様の処理を実行することによって、試験材の寿命消費率の範囲t〜tを求めた。その結果、試験材の寿命消費率の範囲は、47.6〜48.5(%)であった。一方、試験材の寿命消費率の実測値は、48(%)であった。すなわち、試験材の実際の寿命消費率は、本予測例において予測された試験材の寿命消費率の範囲内の値であった。このことから、試験材の寿命消費率を高精度で予測できたことが分かる。 Next, by performing the same process as the process of the above-mentioned step Q7, step S1, and step S2, the life consumption rate range t s to t f of the test material was obtained. As a result, the range of the life consumption rate of the test material was 47.6 to 48.5 (%). On the other hand, the measured value of the life consumption rate of the test material was 48 (%). That is, the actual life consumption rate of the test material was a value within the range of the life consumption rate of the test material predicted in this prediction example. This shows that the life consumption rate of the test material could be predicted with high accuracy.

本発明によれば、金属材料の余寿命または寿命消費率を金属材料の劣化の程度に応じて適切に予測することができる。本発明は、例えば、ステンレス鋼、Ni基合金、Fe−Ni基合金等の種々の金属材料の余寿命の予測に好適に利用できる。
According to the present invention, the remaining life or life consumption rate of a metal material can be appropriately predicted according to the degree of deterioration of the metal material. The present invention can be suitably used for predicting the remaining lifetime of various metal materials such as stainless steel, Ni-base alloy, Fe-Ni base alloy, and the like.

Claims (8)

ミクロ組織の状態に関する複数種の組織パラメータに基づいて、高温環境下で使用されている金属材料の余寿命を予測する余寿命予測方法であって、下記の(A)から(C)のステップを備える、金属材料の余寿命予測方法。
(A)前記高温環境下で使用されている金属材料に対応する金属材料を基準材として、該基準材について、前記組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータと余寿命に関する余寿命情報との関係を得るステップ
(B)前記高温環境下で使用されている前記金属材料を試験材として、該試験材について、前記複数種の組織パラメータの中から選択された1種の組織パラメータを得るステップ
(C)前記(B)のステップで得た前記1種の組織パラメータおよび前記(A)のステップで得た前記組織パラメータと余寿命情報との関係から、前記試験材の余寿命を予測するステップ
A remaining life prediction method for predicting the remaining life of a metal material used in a high temperature environment based on a plurality of kinds of structure parameters relating to the state of a microstructure, comprising the following steps (A) to (C): A method for predicting the remaining life of a metal material.
(A) Using a metal material corresponding to a metal material used in the high temperature environment as a reference material, for the reference material, for each type of the structure parameter, the relationship between the structure parameter and the remaining life information regarding the remaining life (B) Obtaining one type of tissue parameter selected from the plurality of types of tissue parameters for the test material using the metal material used in the high temperature environment as a test material (C) A step of predicting the remaining life of the test material from the relationship between the one kind of structure parameter obtained in the step (B) and the structure parameter obtained in the step (A) and the remaining life information.
前記複数種の組織パラメータは、転位密度を含む、請求項1に記載の金属材料の余寿命予測方法。   The method for predicting the remaining life of a metal material according to claim 1, wherein the plurality of types of structure parameters include dislocation density. 前記複数種の組織パラメータは、粒内歪みをさらに含む、請求項2に記載の金属材料の余寿命予測方法。   The method for predicting the remaining life of a metal material according to claim 2, wherein the plurality of types of structure parameters further include intragranular strain. 前記複数種の組織パラメータは、粒界歪みをさらに含む、請求項3に記載の金属材料の余寿命予測方法。   The method for predicting the remaining life of a metal material according to claim 3, wherein the plurality of structure parameters further include grain boundary strain. 前記(B)のステップでは、前記試験材の転位密度が所定の閾値以下の場合には該転位密度が前記1種の組織パラメータとして選択され、前記試験材の転位密度が前記所定の閾値を超えている場合には、転位密度以外の組織パラメータが前記1種の組織パラメータとして選択される、請求項2から4のいずれかに記載の金属材料の余寿命予測方法。   In the step (B), when the dislocation density of the test material is less than or equal to a predetermined threshold value, the dislocation density is selected as the one type of structural parameter, and the dislocation density of the test material exceeds the predetermined threshold value. If it is, the structural parameter other than the dislocation density is selected as the one kind of structural parameter, the remaining life prediction method of the metal material according to any one of claims 2 to 4. 前記(A)のステップは、下記の(a1)および(a2)のステップを有し、
前記(A)のステップで得られる前記組織パラメータと余寿命情報との関係は、下記の(a1)のステップで得られる組織パラメータとクリープ歪み量との関係、および下記の(a2)のステップで得られるクリープ歪み量と余寿命との関係を含み、
前記(C)のステップは、下記の(c1)および(c2)のステップを有する、請求項1から5のいずれかに記載の金属材料の余寿命予測方法。
(a1)前記基準材について、前記複数種の組織パラメータごとに、組織パラメータとクリープ歪み量との関係を得るステップ
(a2)前記基準材について、クリープ歪み量と余寿命との関係を得るステップ
(c1)前記(B)のステップで得た前記1種の組織パラメータおよび前記(a1)のステップで得た該1種の組織パラメータとクリープ歪み量との関係から、前記試験材のクリープ歪み量を得るステップ
(c2)前記(c1)のステップで得た前記試験材のクリープ歪み量および前記(a2)のステップで得た前記クリープ歪み量と余寿命との関係から、前記試験材の余寿命を予測するステップ
The step (A) includes the following steps (a1) and (a2):
The relationship between the structure parameter obtained in the step (A) and the remaining life information is the relationship between the structure parameter obtained in the step (a1) and the creep strain amount, and the step (a2) below. Including the relationship between the amount of creep strain obtained and the remaining life,
6. The method for predicting a remaining life of a metal material according to claim 1, wherein the step (C) includes the following steps (c1) and (c2).
(A1) A step of obtaining a relationship between a structure parameter and a creep strain amount for each of the plurality of types of structure parameters for the reference material (a2) A step of obtaining a relationship between a creep strain amount and a remaining life for the reference material ( c1) From the relationship between the one type of structural parameter obtained in the step (B) and the one type of structural parameter obtained in the step (a1) and the amount of creep strain, the amount of creep strain of the test material is determined. Step (c2) Obtaining the remaining life of the test material from the relationship between the creep strain amount obtained in the step (c1) and the creep strain amount obtained in the step (a2) and the remaining life. Step to predict
前記複数種の組織パラメータは、転位密度を含み、
前記(B)のステップにおいて前記1種の組織パラメータとして転位密度が選択された場合に前記(c1)のステップで得られるクリープ歪み量は、前記(B)のステップにおいて転位密度以外の組織パラメータが前記1種の組織パラメータとして選択された場合に前記(c1)のステップで得られるクリープ歪み量よりも小さい、請求項6に記載の金属材料の余寿命予測方法。
The plurality of structural parameters include dislocation density,
When the dislocation density is selected as the one type of structure parameter in the step (B), the amount of creep strain obtained in the step (c1) is the same as the structure parameter other than the dislocation density in the step (B). The method for predicting a remaining life of a metal material according to claim 6, wherein the remaining lifetime is smaller than an amount of creep strain obtained in the step (c1) when selected as the one type of structural parameter.
前記(A)のステップでは、前記組織パラメータと余寿命情報との関係として、前記組織パラメータと余寿命との関係を求める、請求項1から5のいずれかに記載の金属材料の余寿命予測方法。   6. The method for predicting the remaining life of a metal material according to claim 1, wherein, in the step (A), a relationship between the structure parameter and the remaining life is obtained as a relationship between the structure parameter and the remaining life information. .
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TWI820563B (en) * 2022-01-05 2023-11-01 台灣電力股份有限公司 Method of predicting material life

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112525907A (en) * 2020-11-23 2021-03-19 华能国际电力股份有限公司 Method for evaluating residual creep life of high-temperature static component material of gas turbine in service
CN112525907B (en) * 2020-11-23 2022-11-08 华能国际电力股份有限公司 Method for evaluating residual creep life of high-temperature static component material of gas turbine in service
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