JP6555077B2 - 金属材料の余寿命予測方法 - Google Patents
金属材料の余寿命予測方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6555077B2 JP6555077B2 JP2015212509A JP2015212509A JP6555077B2 JP 6555077 B2 JP6555077 B2 JP 6555077B2 JP 2015212509 A JP2015212509 A JP 2015212509A JP 2015212509 A JP2015212509 A JP 2015212509A JP 6555077 B2 JP6555077 B2 JP 6555077B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- remaining life
- dislocation density
- test material
- strain
- relationship
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
（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
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。
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。
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。
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。
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
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
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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）。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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ｓｉｎ２ψ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
［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。
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。
〈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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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Ａ１〜Ａ４とクリープ歪みＳ１〜Ｓ４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Ａ５〜Ａ８とクリープ歪みＳ５〜Ｓ８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Ｂ１〜Ｂ４とクリープ歪みＳ１〜Ｓ４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Ｂ５〜Ｂ８とクリープ歪みＳ５〜Ｓ８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。
（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。
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。
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Ｓ１〜Ｓ４と余寿命ｒｔ１〜ｒｔ４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Ｓ５〜Ｓ８と余寿命ｒｔ５〜ｒｔ８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。
（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。
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。
（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Ａｎに基づいて各基準材の第１予測クリープ歪みＡＳｎを求めるとともに、転位密度Ｂｎに基づいて各基準材の第１予測クリープ歪みＢＳｎを求める。
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Ａｎに基づいて各基準材の第１予測クリープ歪みＡＳｎを求めるとともに、転位密度Ｂｎに基づいて各基準材の第１予測クリープ歪みＢＳｎを求める。
（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ＡＳｎに基づいて第１予測余寿命Ａｔｎを求めるとともに、第１予測クリープ歪みＢＳｎに基づいて第１予測余寿命Ｂｔｎを求める。
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ＡＳｎに基づいて第１予測余寿命Ａｔｎを求めるとともに、第１予測クリープ歪みＢＳｎに基づいて第１予測余寿命Ｂｔｎを求める。
（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ｒｔｎが測定され、ステップＱ３において第１予測寿命Ａｔｎ，Ｂｔｎが求められている場合には、ステップＱ４では、余寿命ｒｔｎに対する第１予測寿命Ａｔｎ，Ｂｔｎの標準偏差ＡＤ，ＢＤを求める。
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ｒｔｎが測定され、ステップＱ３において第１予測寿命Ａｔｎ，Ｂｔｎが求められている場合には、ステップＱ４では、余寿命ｒｔｎに対する第１予測寿命Ａｔｎ，Ｂｔｎの標準偏差ＡＤ，ＢＤを求める。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
〈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。
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。
（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。
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。
（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ｔｓ〜ｔｆを、試験材の寿命消費率（余寿命）として予測する。
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ｔｓ〜ｔｆを、試験材の寿命消費率（余寿命）として予測する。
〈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。
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。
［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。
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。
〈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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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Ａｎに基づいて各基準材の第１予測余寿命Ａｔｎを求めるとともに、転位密度Ｂｎに基づいて各基準材の第１予測余寿命Ｂｔｎを求める。
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Ａｎに基づいて各基準材の第１予測余寿命Ａｔｎを求めるとともに、転位密度Ｂｎに基づいて各基準材の第１予測余寿命Ｂｔｎを求める。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
〈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。
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。
〈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。
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。
［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。
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。
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。
［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。
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。
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。
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。
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。
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。
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ｔｓ〜ｔｆ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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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ｔｓ〜ｔｆ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。
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。
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 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015212509A JP6555077B2 (ja) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | 金属材料の余寿命予測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015212509A JP6555077B2 (ja) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | 金属材料の余寿命予測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017083324A JP2017083324A (ja) | 2017-05-18 |
| JP6555077B2 true JP6555077B2 (ja) | 2019-08-07 |
Family
ID=58711809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015212509A Expired - Fee Related JP6555077B2 (ja) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | 金属材料の余寿命予測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6555077B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112525907B (zh) * | 2020-11-23 | 2022-11-08 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种用于服役燃气轮机高温静止部件材料剩余蠕变寿命评估的方法 |
| TWI820563B (zh) * | 2022-01-05 | 2023-11-01 | 台灣電力股份有限公司 | 材料壽命預測方法 |
-
2015
- 2015-10-29 JP JP2015212509A patent/JP6555077B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017083324A (ja) | 2017-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mandal et al. | Role of twinning on dynamic recrystallization and microstructure during moderate to high strain rate hot deformation of a Ti-modified austenitic stainless steel | |
| Zhang et al. | P92 steel creep-fatigue interaction responses under hybrid stress-strain controlled loading and a life prediction model | |
| US8225672B2 (en) | Method for assessing remaining lifespan of bolt used at high temperatures | |
| JP2008003009A (ja) | 高温機器の寿命診断装置、高温機器の寿命診断方法およびプログラム | |
| WO2013179877A1 (ja) | 部品の破壊評価装置、部品の破壊評価方法、及びコンピュータプログラム | |
| Akgun et al. | Fatigue of laser powder-bed fusion additive manufactured Ti-6Al-4V in presence of process-induced porosity defects | |
| JP6555077B2 (ja) | 金属材料の余寿命予測方法 | |
| JP2012202908A (ja) | クリープ曲線およびクリープ寿命の予測方法 | |
| Kamaya et al. | Influence of local stress on initiation behavior of stress corrosion cracking for sensitized 304 stainless steel | |
| JP6202531B2 (ja) | クリープ速度分布評価方法 | |
| Belodedenko et al. | Fatigue lifetime model under a complex loading with application of the amalgamating safety indices rule | |
| Roy et al. | Stochastic aspects of evolution of creep damage in austenitic stainless steel | |
| JP6657788B2 (ja) | 金属材料の余寿命予測方法 | |
| JP5355832B1 (ja) | ベイナイト組織を有する製品のクリープ余寿命の予測方法、及び、この予測方法に用いる検量線の作成方法 | |
| JP2010164430A (ja) | 金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置 | |
| Ray et al. | Structural integrity of service exposed primary reformer tube in a petrochemical industry | |
| JP2013096862A (ja) | き裂進展挙動予測方法 | |
| Suzuki et al. | Evaluation of damage evolution in nickel-base heat-resistant alloy under creep-fatigue loading conditions | |
| JP2014142304A (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼の寿命評価方法 | |
| Roy et al. | A stochastic model for evolution of creep damage in engineering materials | |
| JP2007225333A (ja) | クリープ疲労損傷に関する金属組織による損傷評価方法 | |
| JP2016045037A (ja) | 粒界型応力腐食割れ発生感受性の評価方法および粒界型応力腐食割れ発生感受性評価装置 | |
| JP2021092406A (ja) | 疲労度推定方法、及び疲労度推定用データベースの作成方法 | |
| JP5007461B2 (ja) | 金属材料の長寿命疲労強度設計法 | |
| JP2017049066A (ja) | 耐熱鋼材の寿命予測方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180606 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190423 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190611 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190624 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6555077 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |