JP6866791B2 - 靱性予測装置、靱性予測方法、およびプログラム - Google Patents

靱性予測装置、靱性予測方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、靱性予測装置、靱性予測方法、およびプログラムに関し、特に、鋼材の靱性を予測するために用いて好適なものである。
従来から、高い靱性を有する鋼材を開発することが求められている。そこで、ミクロ組織と靱性との関係を明らかにした上で、靱性を向上できるミクロ組織を有する鋼材を開発することが望まれる。このような観点から、非特許文献１には、フェライト・セメンタイト鋼について、ミクロ組織から靱性を予測する技術が開示されている。
柴沼 一樹 外４名、「フェライト鋼へき開破壊靱性予測モデルの構築」、鉄と鋼、Vol.l99, (2013), No.１ N.J.Petch, "the Influence of Grain Boundary Carbide and Grain Size on the Cleavage Strength and Impact Transition Temperature of Steel" Acta Metall, vol.34, no.7, pp.1387-1393,1986 A.A.Griffith, "The Phenomena of Rupture and Flow in Solids," Philosophical Transactions， vol.221, no.1920, pp.163-198, 1920 J.I.San Martin and J.M.Rodriguez-Ibabe,Scr.Mater, Vol.40, (1999), 459
ところで、近年、船舶や海洋構造物等に使用される鋼材には、高強度化が求められており、高強度鋼が用いられる。高強度鋼の組織は、マルテンサイトまたはベイナイトが主体である。これに対し、非特許文献１では、フェライト鋼を対象としている。マルテンサイトやベイナイトはフェライトに比べてミクロ組織が複雑である。このため、非特許文献１に記載の技術では、高強度鋼の靱性を正確に予測することが容易ではない。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、母相としてマルテンサイトまたはベイナイトを有する鋼材の靱性を、破壊靱性試験を行わずに正確に予測することができるようにすることを目的とする。
本発明の靱性予測装置は、マルテンサイトまたはベイナイトを母相として含み、破壊起点物質としてセメンタイトを含む鋼材の靱性を予測する靱性予測装置であって、前記鋼材と同じ材料で構成される試験片であって、外部から荷重が付加されることにより応力集中が発生する形状を有する試験片の応力集中想定領域に複数の微小要素を定義する微小要素定義手段と、前記複数の微小要素のそれぞれにおける破壊応力を、当該微小要素に含まれるブロックの粒径に基づいて導出する第１の破壊応力導出手段と、前記試験片の応力集中が時間の経過と共に高まるように前記試験片に荷重を加えたときの前記試験片の各位置に作用する作用応力の数値解または解析解を導出する作用応力導出手段と、前記微小要素における破壊応力と、当該微小要素に含まれる位置の作用応力とを比較した結果に基づいて、前記靱性を評価する指標を導出する指標導出手段と、を有し、前記ブロックの粒径は、当該ブロックを楕円で近似した場合の当該楕円の長径または短径であることを特徴とする。
本発明の靱性予測方法は、マルテンサイトまたはベイナイトを母相として含み、破壊起点物質としてセメンタイトを含む鋼材の靱性を予測する靱性予測方法であって、前記鋼材と同じ材料で構成される試験片であって、外部から荷重が付加されることにより応力集中が発生する形状を有する試験片の応力集中想定領域に複数の微小要素を定義する微小要素定義工程と、前記複数の微小要素のそれぞれにおける破壊応力を、当該微小要素に含まれるブロックの粒径に基づいて導出する破壊応力導出工程と、前記試験片の応力集中が時間の経過と共に高まるように前記試験片に荷重を加えたときの前記試験片の各位置に作用する作用応力の数値解または解析解を導出する作用応力導出工程と、前記微小要素における破壊応力と、当該微小要素に含まれる位置の作用応力とを比較した結果に基づいて、前記靱性を評価する指標を導出する指標導出工程と、を有し、前記ブロックの粒径は、当該ブロックを楕円で近似した場合の当該楕円の長径または短径であることを特徴とする。
本発明のプログラムは、前記靱性予測装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
本発明によれば、母相としてマルテンサイトまたはベイナイトを有する鋼材の靱性を、破壊靱性試験を行わずに正確に予測することができる。
図１は、靱性予測装置の機能的な構成の第１の例を示す図である。 図２−１は、靱性予測方法の第１の例を説明するフローチャートである。 図２−２は、図２−１に続くフローチャートである。 図３は、試験片における複数の微小要素の一例を概念的に示す図である。 図４は、ＥＢＳＤの測定結果の一例を示す図である。 図５は、マルテンサイト・セメンタイト鋼における破壊のメカニズムの第１の例を概念的に示す図である。 図６は、母相の粒径分布の一例を示す図である。 図７は、破壊起点物質の画像の一例を示す図である。 図８は、破壊起点物質の粒径分布の一例を示す図である。 図９は、ＣＴＯＤ値と試験温度の関係の一例を示す図である。 図１０は、マルテンサイト・セメンタイト鋼における破壊のメカニズムの第２の例を概念的に示す図である。 図１１は、靱性予測装置の機能的な構成の第２の例を示す図である。 図１２−１は、靱性予測方法の第２の例を説明するフローチャートである。 図１２−２は、図１２−１に続くフローチャートである。 図１３は、旧オーステナイトの粒径および粒界Ｐ量と、粒界破壊応力との関係の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
まず、靱性の予測対象の鋼材の一例について説明する。
本実施形態では、靱性の予測対象の鋼材としてマルテンサイト・セメンタイト鋼を例に挙げて説明する。ここで、マルテンサイト・セメンタイト鋼は、母相（マトリックス）としてマルテンサイトを含み、且つ、破壊起点物質としてセメンタイトを含む。マルテンサイト・セメンタイト鋼は、焼戻しを行うことにより得られる。破壊起点物質とは、その物質自身が割れるか、または、母相と剥離を起こすことによって、破壊の起点となる物質をいう。本実施形態では、破壊起点物質としてセメンタイトを示すが、破壊基点物質は、セメンタイトの他、酸化物や介在物であってもよい。破壊起点物質の大きさは０．３［μｍ］未満である。ここで、破壊起点物質の大きさは、破壊起点物質を電子顕微鏡で測定した場合の測定面において当該破壊起点物質を楕円で近似した場合の当該楕円の短径であるものとする。
マルテンサイト・セメンタイト鋼の試験片は、当該試験片に対し外部から荷重が付加されることにより、当該試験片の内部の一部の領域に応力集中が生じる形状を有する。本実施形態では、直方体のマルテンサイト・セメンタイト鋼の表面に、疲労き裂を１箇所導入したものを、マルテンサイト・セメンタイト鋼の試験片とする場合を例に挙げて説明する。尚、前述した応力集中が生じる形状を有していれば、マルテンサイト・セメンタイト鋼の試験片の形状は、このような形状に限定されない。例えば、疲労き裂以外の凹みとして、Ｖ字状のノッチや、一定の曲率半径を有するノッチをマルテンサイト・セメンタイト鋼の表面に形成してもよい。また、以下の説明では、マルテンサイト・セメンタイト鋼の試験片を必要に応じて解析用試験片と略称する。また、以下の説明において、応力は引張応力を指す。
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、靱性予測装置１００の機能的な構成の一例を示す図である。図２−１および図２−２は、靱性予測装置１００による靱性予測方法の一例を説明するフローチャートである。靱性予測装置１００のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、および各種のインターフェースを有する情報処理装置や専用のハードウェアを用いることにより実現することができる。以下に、図２−１および図２−２のフローチャートに従って、靱性予測装置１００が有する機能の一例を説明する。
図２−１のステップＳ２０１において、試験片情報取得部１０１は、試験片情報を取得する。試験片情報には、解析用試験片の寸法および形状の情報が含まれる。この他、試験片情報には、解析用試験片の破壊応力や作用応力を導出する際に使用する変数であって、靱性予測装置１００に予め入力しておく必要がある変数の値が含まれる。試験片情報の取得形態として、例えば、外部装置からの受信、靱性予測装置１００の外部の記憶媒体からの読み出し、および、靱性予測装置１００のユーザインターフェースに対する入力操作の少なくとも何れか１つを採用することができる。尚、以下に示す各処理部における、試験片情報以外の画像やデータの取得形態として、試験片情報の取得形態と同様の取得形態を採用することができる。
次に、ステップＳ２０２において、微小要素定義部１０２は、解析用試験片の応力集中想定領域の座標を設定し、解析用試験片の応力集中想定領域に、複数の微小要素の座標を設定することにより、解析用試験片の応力集中想定領域に複数の微小要素を定義する。尚、後述するように微小要素の単位で解析用試験片の破壊応力が導出される（ステップＳ２０９〜Ｓ２１４を参照）。また、本明細書において設定とは、靱性予測装置１００が有する記憶媒体（レジスタやＲＡＭ等）への記憶を指すものとする。
図３は、解析用試験片における複数の微小要素の一例を概念的に示す図である。解析用試験片３０１の応力集中想定領域３０２は、解析用試験片３０１に荷重が付加された場合に応力集中が起こる領域（即ち、破壊が発生し得る領域）として想定される領域である。図３では、解析用試験片３０１の領域のうち、疲労き裂３０３の先端（ｘ軸の正の方向の端）の近傍の立方体の領域を解析用試験片３０１の応力集中想定領域３０２とする場合を例に挙げて示す。解析用試験片３０１の応力集中想定領域３０２に、それぞれが立方体の複数の微小要素が設定される。図３において、解析用試験片３０１の応力集中想定領域３０２に示される１つ１つの立方体がそれぞれ（１つの）微小要素を示す。また、図３では、それぞれの微小要素において破壊応力が異なることを、濃度に差をつけることにより表現している。破壊応力が異なることは、ミクロ組織が異なることに対応する。ここで、解析用試験片３０１に荷重が付加された場合に発生する応力が一定と見なせる領域が、（１つの）微小要素として予め定められる。具体的に説明すると、例えば、数個のミクロ組織（旧オーステナイト粒）が１つの微小要素に含まれるような大きさが、１つの微小要素の大きさとして予め定められる。より具体的には、本実施形態では、一辺の長さが５０［μｍ］の立方体を１つの微小要素とする。
次に、ステップＳ２０３において、粒径分布取得部１０３は、母相の結晶方位の測定結果を取得する。本実施形態では、解析用試験片を構成するマルテンサイト・セメンタイト鋼と同じ製造条件で製造された（同じ成分の）マルテンサイト・セメンタイト鋼を用意する。そして、ＥＢＳＤ法により、マルテンサイト・セメンタイト鋼の測定面（ＥＳＢＤにより測定されるマルテンサイト・セメンタイト鋼の面）におけるブロックのそれぞれの結晶方位を測定する。図４は、ＥＢＳＤの測定結果の一例を示す図である。表記の都合で鮮明ではないが、図４において、同じ濃度の領域が、方位差が同等の領域であり、（１つの）ブロックに対応する。本実施形態では、方位差が１５［°］以下の連続する領域を１つのブロックであるとする。
次に、ステップＳ２０４において、粒径分布取得部１０３は、ステップＳ２０３で取得したＥＢＳＤの測定結果に基づいて、母相の粒径分布を導出する。図５は、マルテンサイト・セメンタイト鋼における破壊のメカニズムの一例を概念的に示す図である。図５に示すようにセメンタイト５０１は、概ね、その長手方向が母相の粒界に沿うように存在する。また、図５において、逆Ｔ字で示すものは、転位を表す。
本発明者らは、マルテンサイト・セメンタイト鋼における破壊は、破壊起点物質の割れが発生するステージIと、その割れがセメンタイト５０１とブロック５０２との界面を突破してき裂が発生するステージIIと、ステージIIで発生したき裂がブロック間（ブロック５０２、５０３等）の界面を突破するステージIIIとに分けて考えられることを見出した（図５の矢印線５０４を参照）。
また、本発明者らは、マルテンサイト・セメンタイト鋼においては、セメンタイトなどの破壊起点物質は小さく、且つ、数多く存在しているため、ステップＳ２０２で定義された複数の微小要素の全てにおいて、少なくとも１つの破壊起点物質に割れが発生していることを見出した。この場合、ステージIの現象が発生しているものとして、ステージIIおよびステージIIIの現象を考慮すればよい。以下に、ステップIIおよびステージIIIの現象から得た着想について説明する。
まず、ステージIIの現象について説明する。マルテンサイト・セメンタイト鋼に外力が与えられると、図５に示すように、転位がブロックの長手方向に沿って移動し、この移動の距離に応じて転位が堆積する。この転位の堆積量が、セメンタイト５０１の割れのセメンタイト５０１とブロック５０２との界面の突破に影響を与えると考えられる。従って、マルテンサイト・セメンタイト鋼の脆性破壊が、ステージIIの現象に影響を受ける場合には、ブロックの長手方向に沿って移動する転位の移動距離に応じた転位の堆積量が、マルテンサイト・セメンタイト鋼の脆性破壊に影響を与えると考えらえる。このことから、本発明者らは、各微小要素の破壊応力としてステージIIに起因する破壊応力を導出する場合には、母相の粒径として、転位の移動する方向に対応する方向の大きさ、即ちブロックの長手方向の大きさを採用するという着想を得た。尚、破壊応力の導出については、ステップＳ２１２において後述する。ここで、ステージIIに起因する破壊応力とは、ステージIIの現象（破壊起点物質の割れがセメンタイト５０１とブロック５０２との界面を突破して発生するき裂）により、マルテンサイト・セメンタイト鋼が脆性破壊するときにマルテンサイト・セメンタイト鋼に発生する応力である。
次に、ステージIIIの現象について説明する、ステージIIで発生したき裂は、図５に示すように、ブロックの長手方向には伝播せず、ブロックの短手方向で隣接するブロック間を伝播する。このことから、本発明者らは、各微小要素の破壊応力としてステージIIIに起因する破壊応力を導出する際には、母相の粒径として、ブロックの短手方向の大きさを採用するという着想を得た。ここで、ステージIIIに起因する破壊応力とは、ステージIIIの現象（き裂のブロック間の界面の突破）により、マルテンサイト・セメンタイト鋼が脆性破壊するときにマルテンサイト・セメンタイト鋼に発生する応力である。
以上の着想に基づいて、本実施形態では、粒径分布取得部１０３は、ＥＢＳＤの測定結果から得られるそれぞれのブロックを楕円に近似する。そして、粒径分布取得部１０３は、近似した楕円の長径を、ステージIIに起因する破壊応力を導出する際の母相の粒径として導出すると共に、近似した楕円の短径を、ステージIIIに起因する破壊応力を導出する際の母相の粒径として導出する。そして、粒径分布取得部１０３は、それぞれの母相の粒径分布（粒径と、当該粒径を有するブロックの数との関係）を確率密度関数として導出する。図６は、母相の粒径分布の一例を示す図である。尚、粒径分布取得部１０３は、ステージIIに起因する破壊応力を導出する際の母相の粒径と、ステージIIIに起因する破壊応力を導出する際の母相の粒径とを個別に導出するので、図６に示すような母相の粒径分布が２つ得られることになる。
次に、ステップＳ２０５において、サンプリング数導出部１０４は、母相の粒径のサンプリング数を導出する。本実施形態では、サンプリング数導出部１０４は、ＥＢＳＤの測定結果から得られるそれぞれのブロックについて円相当径を導出し、導出した円相当径の平均値を直径とする球の体積を導出する。そして、サンプリング数導出部１０４は、１つの微小要素と、前記円相当径の平均値を直径とする球との体積比（１つの微小要素の体積に対する、前記円相当径の平均値を直径とする球の体積の比）を導出する。サンプリング数導出部１０４は、この体積比に基づいて、母相の粒径のサンプリング数を導出する。本実施形態では、サンプリング数導出部１０４は、この体積比の小数点以下を切り捨てた数を、母相の粒径のサンプリング数として導出する。ただし、サンプリング数導出部１０４は、この体積比に基づいて、母相の粒径のサンプリング数を導出していれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、この体積比の小数点以下を切り上げても四捨五入してもよい。尚、前述したように粒径分布取得部１０３は、２つの母相の粒径分布を個別に導出する。従って、サンプリング数導出部１０４は、これら２つの母相の粒径分布のそれぞれに対して、母相の粒径のサンプリング数を個別に導出する。
次に、ステップＳ２０６において、粒径分布取得部１０３は、破壊起点物質の画像を取得する。本実施形態では、解析用試験片と同じ製造条件で製造された（同じ成分の）マルテンサイト・セメンタイト鋼を用意し、当該マルテンサイト・セメンタイト鋼に対して電解研磨を行うことにより、破壊起点物質（セメンタイト）を露出させる。このように破壊起点物質が露出した面を測定面として電子顕微鏡により当該測定面の画像を、破壊起点物質の画像として得る。具体的に本実施形態では、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて破壊起点物質の画像を得る。図７は、破壊起点物質の画像の一例を示す図である。表記の都合で鮮明ではないが、図７において、粒状の領域が破壊起点物質（セメンタイト）に対応する。
次に、ステップＳ２０７において、粒径分布取得部１０３は、ステップＳ２０６で取得した破壊起点物質の画像に基づいて、破壊起点物質の粒径分布を導出する。図５において、破壊起点物質であるセメンタイト５０１の割れによるき裂は、セメンタイト５０１の長手方向（母相の粒界に沿う方向）ではなく、セメンタイト５０１の短手方向に伝播する。そこで、本実施形態では、粒径分布取得部１０３は、破壊起点物質の画像から得られるそれぞれの破壊起点物質（セメンタイト５０１）を楕円に近似する。そして、粒径分布取得部１０３は、近似した楕円の短径を、破壊起点物質の粒径として導出する。そして、粒径分布取得部１０３は、破壊起点物質の粒径分布（粒径と、当該粒径を有する破壊起点物質の数との関係）を確率密度関数として導出する。図８は、破壊起点物質の粒径分布の一例を示す図である。
次に、ステップＳ２０８において、サンプリング数導出部１０４は、破壊起点物質の粒径のサンプリング数を導出する。本実施形態では、サンプリング数導出部１０４はステップＳ２０６で取得した破壊起点物質の画像に基づいて、単位面積当たりに含まれる破壊起点物質の数を導出する。そして、サンプリング数導出部１０４は、ＥＢＳＤの測定結果から得られるそれぞれのブロックについて円相当径を導出し、導出した円相当径の平均値を導出する。そして、サンプリング数導出部１０４は、単位面積当たりに含まれる破壊起点物質の数に、円相当径の平均値を直径とする円の面積を掛けた値（以下、乗算値と称する）に基づいて、破壊起点物質の粒径のサンプリング数を導出する。本実施形態では、サンプリング数導出部１０４は、この乗算値の小数点以下を切り捨てた数を、破壊起点物質の粒径のサンプリング数として導出する。ただし、サンプリング数導出部１０４は、この乗算値に基づいて、破壊起点物質の粒径のサンプリング数を導出していれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、この乗算値の小数点以下を切り上げても四捨五入してもよい。
次に、ステップＳ２０９において、微小要素設定部１０５は、ステップＳ２０２で定義された複数の微小要素のうち、本処理（ステップＳ２０９）において未選択の微小要素を１つ選択する。尚、図２−１に示すように、ステップＳ２０９の処理は、複数の微小要素の数だけ繰り返し実行される。
次に、ステップＳ２１０において、粒径導出部１０６は、ステップＳ２０４で導出された母相の粒径分布（に含まれる粒径）から、ステップＳ２０５で導出されたサンプリング数の粒径をランダムに抽出する。
次に、ステップＳ２１１において、粒径導出部１０６は、ステップＳ２１０で抽出された粒径のうち最大の粒径を、ステップＳ２０９で選択された微小要素におけるブロックの代表粒径として導出する。
また、ステップＳ２１２において、粒径導出部１０６は、ステップＳ２０７で導出された破壊起点物質の粒径分布（に含まれる粒径）から、ステップＳ２０８で導出されたサンプリング数の粒径をランダムに抽出する。
次に、ステップＳ２１３において、粒径導出部１０６は、ステップＳ２１２で抽出された粒径のうち最大の粒径を、ステップＳ２０９で選択された微小要素における破壊起点物質の代表粒径として導出する。
ステップＳ２１１およびＳ２１３の処理の後、ステップＳ２１４において、破壊応力導出部１０７は、ステップＳ２０９で選択された微小要素の破壊応力として、ステージIIに起因する破壊応力と、ステージIIIに起因する破壊応力を導出する。本実施形態では、破壊応力導出部１０７は、非特許文献２に基づくPetchモデルに従って、以下の（１）式により、ステージIIに起因する破壊応力σIIを導出する。
Figure 0006866791
ここで、ＥはYoung率である。γθαは、セメンタイトとマルテンサイトとの界面の有効表面エネルギーである。セメンタイトとマルテンサイトの界面は、局所的にはセメンタイトとフェライトの界面であると考えられるので、セメンタイトとマルテンサイトとの界面の有効表面エネルギーγθαとして、例えば、１０［Ｊ／ｍ2］を定めることができる。νは、Poisson比である。ｋyは、Hall-Petch係数である。Hall-Petch係数ｋyとして、例えば、２１［Ｎ／ｍｍ1/2］を定めることができる。ＤIIは、ステップＳ２１１で導出されたブロックの代表粒径である。ｔθは、ステップＳ２１３で導出された破壊起点物質の代表粒径である。Ｃcは、ステージIIに起因する破壊応力σIIに影響を与えるセメンタイトの大きさの限界値であり、以下の（２）式で表される。
Figure 0006866791
また、本実施形態では、破壊応力導出部１０７は、非特許文献３に基づくGriffithモデルに従って、以下の（３）式により、ステージIIIに起因する破壊応力σIIIを導出する。
Figure 0006866791
ここで、γααは、ブロック間の界面の有効表面エネルギーである。マルテンサイトはフェライト組織の集合体とみなせるので、ブロック間の界面は、局所的にはフェライトとフェライトの界面であると考えられる。よって、ブロック間の界面の有効表面エネルギーγααは、非特許文献４に記載のように温度依存性を有し、解析用試験片の試験温度として想定される温度に対応する値に定めることができる。また、ＤIIIは、ステップＳ２１１で導出されたブロックの代表粒径である。
そして、破壊応力導出部１０７は、ステージIIに起因する破壊応力σIIとステージIIIに起因する破壊応力σIIIとのうち、大きい方の応力を、ステップＳ２０９で選択された微小要素の破壊応力として導出する。
また、ステップＳ２１５において、結晶方位導出部１０８は、３つの＜１００＞方向（ａ軸、ｂ軸、ｃ軸）をランダムに定義する。
次に、ステップＳ２１６において、結晶方位導出部１０８は、ステップＳ２１５で定義した３つの＜１００＞方向（ａ軸、ｂ軸、ｃ軸）のうち、疲労き裂３０３が開口する方向であるｙ軸の方向に最も近い方向（軸）を特定し、特定した方向（軸）とｙ軸とのなす角度を、ステップＳ２０９で選択された微小要素の結晶方位として導出する。
ステップＳ２１０〜Ｓ２１１の処理とステップＳ２１２〜Ｓ２１３の処理の処理順は順不同である。図２−１に示すようにして、ステップＳ２１０〜Ｓ２１１の処理とステップＳ２１２〜Ｓ２１３の処理を並列に行わずに、ステップＳ２１０〜Ｓ２１１の処理とステップＳ２１２〜Ｓ２１３の処理のうち、一方を先に、他方を後に行ってもよい。ステップＳ２１０〜Ｓ２１４の処理とステップＳ２１５〜Ｓ２１６の処理の処理順も順不同である。図２−１に示すようにして、ステップＳ２１０〜Ｓ２１４の処理とステップＳ２１５〜Ｓ２１６の処理を並列に行わずに、ステップＳ２１０〜Ｓ２１４の処理とステップＳ２１５〜Ｓ２１６の処理のうち、一方を先に、他方を後に行ってもよい。
以上のようにしてステップＳ２１４およびＳ２１６の処理が終わると、ステップＳ２１７に進む。ステップＳ２１７に進むと、破壊応力導出終了判定部１０９は、ステップＳ２０２で定義された複数の微小要素の全てがステップＳ２０９で選択されたか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ２０２で定義された複数の微小要素の全てがステップＳ２０９で選択されていなければ、ステップＳ２０９に戻る。そして、ステップＳ２０２で定義された複数の微小要素の全てについて、破壊応力と結晶方位が導出されるまで、ステップＳ２０９〜Ｓ２１７の処理が繰り返し行われる。
以上のようにしてステップＳ２０２で定義された複数の微小要素の全てについて、破壊応力と結晶方位が導出されると、図２−２のステップＳ２１８に進む。ステップＳ２１８に進むと、試験結果取得部１１０は、引張試験の結果を取得する。引張試験に際しては、解析用試験片と同じ製造条件で製造された（同じ成分の）マルテンサイト・セメンタイト鋼を用いて引張試験用試験片を製作する。尚、引張試験用試験片は、これまでに説明した解析用試験片（直方体のマルテンサイト・セメンタイト鋼の表面に、疲労き裂を１箇所導入したもの）とは異なるものである。
そして、引張試験用試験片に対して引張試験を行い、真応力−真ひずみ曲線を作成する。引張試験の結果には、真応力−真ひずみ曲線の情報を含める。具体的に、真応力−真ひずみ曲線の情報には、真応力−真ひずみ曲線の各点の情報と、降伏応力と、塑性ひずみ量とを含める。
引張試験の結果の取得形態として、例えば、外部装置からの受信、靱性予測装置１００の外部の記憶媒体からの読み出し、および、靱性予測装置１００のユーザインターフェースに対する入力操作の少なくとも何れか１つを採用することができる。
次に、ステップＳ２１９において、作用応力導出部１１１は、解析用試験片に形成された疲労き裂が時間の経過と共に開口するように（即ち、解析用試験片の応力集中が時間の経過と共に高まるように）解析用試験片に荷重を付加したときの解析用試験片の各位置に作用する作用応力の数値解または解析解を導出する。尚、このとき解析用試験片に加える荷重は時間の経過と共に大きくなるようにする。
本実施形態では、作用応力導出部１１１は、解析用試験片に対してＣＴＯＤ試験を行った場合に各時間ステップにおいて解析用試験片の各位置に作用する作用応力を、ＦＥＭ（Finite Element Method）により導出し、導出した作用応力を、ステップＳ２１６で導出された結晶方位の方向の作用応力に変換する。この作用応力の導出に際し、作用応力導出部１１１は、各時間ステップにおいて解析用試験片に加える荷重の情報と、解析用試験片の形状の情報と、解析用試験片の材料特性の情報とを用いる。解析用試験片の材料特性は、ステップＳ２１８で取得した引張試験の結果から得られる。各時間ステップにおいて解析用試験片に加える荷重の情報と、解析用試験片の形状の情報は、ステップＳ２０１で取得される試験片情報に含まれる。荷重が大きくなると、解析用試験片のき裂開口量が大きくなる。き裂開口量とは、き裂の所定の位置における開口量であり、本実施形態では、き裂の先端における開口量（所謂ＣＴＯＤ値）である。
作用応力導出部１１１は、各時間ステップにおいて、き裂開口量と、解析用試験片の各位置に作用する作用応力とを導出することを、解析用試験片が脆性破壊すると判定するまで繰り返し行うことにより、き裂開口量と作用応力との関係を導出することができる。尚、ＦＥＭでは、メッシュの単位で作用応力が導出される（即ち、メッシュの節点上の作用応力が導出される）。従って、解析用試験片の全ての位置の作用応力は導出されない。よって、作用応力導出部１１１は、メッシュの単位で導出した作用応力を用いて補間処理を行うことにより、解析用試験片の全ての位置の作用応力を導出する。尚、ＦＥＭによる作用応力の数値解を導出する方法は、公知の技術で実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
次に、ステップＳ２２０において、き裂開口量設定部１１２は、き裂開口量の初期値を取得して設定する。き裂開口量の取得形態として、例えば、外部装置からの受信、靱性予測装置１００の外部の記憶媒体からの読み出し、および、靱性予測装置１００のユーザインターフェースに対する入力操作の少なくとも何れか１つを採用することができる。
次に、ステップＳ２２１において、き裂開口量設定部１１２は、き裂開口量の増加量の初期値を取得して設定する。き裂開口量の増加量の取得形態は、例えば、ステップＳ２２０で説明したき裂開口量の取得形態と同じである。
次に、ステップＳ２２２において、破壊有無判定部１１３は、き裂開口量設定部１１２により設定されたき裂開口量の現在の設定値に対応する、解析用試験片の全ての位置の作用応力を、ステップＳ２１９で導出された、き裂開口量と作用応力との関係から取得する。
次に、ステップＳ２２３において、破壊有無判定部１１３は、ステップＳ２１４で導出された、各微小要素における破壊応力と、ステップＳ２２２で取得された作用応力のうち、当該微小要素に含まれる位置の作用応力とを比較する。そして、破壊有無判定部１１３は、複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力（の一部または全部）が、当該微小要素おける破壊応力を上回るか否かを判定する。
この判定の結果、複数の微小要素の何れにおいても、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素における破壊応力を上回らない場合、ステップＳ２２４に進む。ステップＳ２２４に進むと、き裂開口量設定部１１２は、き裂開口量の現在の設定値に、き裂開口量の増加量の現在の設定値だけ増加させた値を、き裂開口量の新たな設定値とする。そして、ステップＳ２２２に戻り、複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素における破壊応力を上回ると判定されるまで、ステップＳ２２２〜Ｓ２２４の処理を繰り返し行う。
ステップＳ２２３において、複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素おける破壊応力を上回ると判定されると、ステップＳ２２５に進む。ステップＳ２２５に進むと、破壊有無判定部１１３は、き裂開口量の増加量の現在の設定値が許容値以下であるか否かを判定する。この判定の結果、き裂開口量の増加量の設定値が許容値以下でない場合には、ステップＳ２２６に進む。
ステップＳ２２６に進むと、き裂開口量設定部１１２は、き裂開口量の現在の設定値から、き裂開口量の増加量の現在の設定値の半分の量を減少させた値を、き裂開口量の新たな設定値とする。
次に、ステップＳ２２７において、き裂開口量設定部１１２は、き裂開口量の増加量の現在の設定値の半分の量を、き裂開口量の増加量の新たな設定値とする。そして、ステップＳ２２２に戻り、き裂開口量の増加量の現在の設定値が許容値以下になるまで、ステップＳ２２２〜Ｓ２２７の処理を繰り返し行う。
ステップＳ２２５において、き裂開口量の増加量の現在の設定値が許容値以下になると判定されると、ステップＳ２２８に進む。ステップＳ２２８に進むと、出力部１１４は、き裂開口量の現在の設定値を出力する。本実施形態では、作用応力導出部１１１は、試験片に対してＣＴＯＤ試験を行った場合に各時間ステップにおいて試験片の各位置に作用する作用応力の導出を行う。従って、出力部１１４により出力される、き裂開口量の現在の設定値は、ＣＴＯＤ値に対応する。き裂開口量の現在の設定値の出力形態としては、例えば、コンピュータディスプレイへの表示、靱性予測装置１００の内部または外部の記憶媒体への記憶、および外部装置への送信の少なくとも何れか１つを採用することができる。そして、図２−２のフローチャートによる処理を終了する。
ここで、ステップＳ２１０〜Ｓ２１６に示すように、試験片のミクロ組織は、図２−１および図２−２のフローチャートを実行する度に異なる。従って、同一の試験片について、図２−１および図２−２のフローチャートを複数回実行することにより、ＣＴＯＤ試験を実際に実施しなくても、ＣＴＯＤ試験を複数回実施するのと同様に、靱性（ＣＴＯＤ値）のばらつきを導出することができる。また、このようにして得られた靱性のばらつきを累積分布として評価することで確率的な評価を行うことができる。
（まとめ）
以上のように本実施形態では、マルテンサイト・セメンタイト鋼のＥＢＳＤの測定面におけるそれぞれのブロックを楕円近似し、近似した楕円の長径と短径を導出する。楕円の長径を用いてPetchモデルにより、試験片の各微小要素における破壊応力σIIを導出すると共に、楕円の短径を用いてGriffithモデルにより、試験片の各微小要素における破壊応力σIIIを導出し、各微小要素において、大きい方の破壊応力を当該微小要素の破壊応力とする。また、試験片に対しＣＴＯＤ試験を行う場合に試験片の各位置に作用する作用応力の数値解を、ＦＥＭを用いて導出する。そして、微小要素における破壊応力と、当該微小要素に含まれる位置の作用応力とを比較した結果に基づいて、試験片を構成するマルテンサイト・セメンタイト鋼の靱性を評価する指標（ＣＴＯＤ値）を導出して出力する。従って、母相としてマルテンサイトを有する鋼材の靱性を、破壊靱性試験を行わずに正確に予測することができる。即ち、非特許文献１で靱性の予測対象としているフェライト・セメンタイト鋼における破壊起点物質（セメンタイト）に比べ、マルテンサイト・セメンタイト鋼における破壊起点物質の大きさは（概ね１０倍以上）小さいが、このような小さな破壊起点物質であっても、破壊起点物質の割れが、破壊起点物質とブロックとの界面を突破してき裂が進展する。しかしながら、フェライト・セメンタイト鋼の母相は、フェライトであり、マルテンサイト・セメンタイト鋼のように複雑ではなく、また、母相の結晶粒の大きさが大きい。このため、非特許文献１では、フェライトの結晶粒を円に近似する。これに対し、マルテンサイト・セメンタイト鋼では、ブロックの単位でき裂が進展していくことに着目し、ブロックを楕円近似し、き裂の進展の素過程（ステージII、III）に対応するように、楕円の長径または短径を、微小要素の破壊応力を導出する式に与える。よって、微小要素の破壊応力を正確に導出することができ、その結果、マルテンサイト・セメンタイト鋼における靱性を正確に予測することができる。
また、本実施形態では、各微小要素について、母相の粒径分布・破壊起点物質の粒径分布からランダムに抽出した粒径のうち、最大の粒径を、ブロックの粒径・破壊起点物質の粒径として採用する。従って、各微小要素において、へき開破壊応力が可及的に小さくなるようなブロック・破壊起点物質の組み合わせを採用することができる。
また、本実施形態では、複数の微小要素における破壊応力のなかに、当該微小要素に含まれる位置の作用応力を上回る破壊応力が少なくとも１つある場合、き裂開口量の増加量を減少させて、微小要素における破壊応力と、当該微小要素に含まれる位置の作用応力とを比較する。従って、き裂開口量の増加量を細かく設定し、単調に増加させる場合に比べ、計算時間を短くすることができる。
（実施例）
次に、実施例を説明する。本実施例では、非特許文献１に記載のように、ブロックを円近似し、ブロックの粒径として円相当径を用いた場合と、本実施形態のように、ブロックを楕円近似し、ブロックの粒径として楕円の長径または短径を用いた場合とのそれぞれについて計算し、実験値（実測値）との比較を行った、尚、計算に際しては、ブロックの粒径以外については同一の条件とした。
図９は、ＣＴＯＤ値と試験温度の関係の一例を示す図である。
図９（ａ）は、炭素量が０．５Ｃであり、６５０［℃］、４０［min］の条件で焼戻しを行うことにより得られた焼戻しマルテンサイト鋼についての結果である。図９（ｂ）は、炭素量が０．５Ｃであり、６５０［℃］、３２０［min］の条件で焼戻しを行うことにより得られた焼戻しマルテンサイト鋼についての結果である。
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、ブロックを円近似した場合（計算値／円相当径の値を参照）よりもブロックを楕円近似した場合（計算値／楕円形の値を参照）の方が、ＣＴＯＤ値の計算値は実験値に近くなっていることが分かる。尚、本実施例では、ステージIIに起因する破壊応力σIIよりもステージIIIに起因する破壊応力σIIIの方が大きくなる傾向であった。
（変形例）
＜変形例１＞
本実施形態では、靱性の予測対象がマルテンサイト・セメンタイト鋼である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、靱性の予測対象をベイナイト・セメンタイト鋼としてもよい。靱性の予測対象をベイナイト・セメンタイト鋼にする場合には、前述した説明において、マルテンサイトをベイナイトに置き換えればよい。ただし、マルテンサイトに特有な部分は、ベイナイトに特有な内容に置き換わる。
＜変形例２＞
本実施形態では、試験片に対しＣＴＯＤ試験を行う場合に試験片の各位置に作用する作用応力の数値解を、ＦＥＭを用いて導出する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、試験片に形成された疲労き裂が時間の経過と共に開口するように（即ち、疲労き裂の応力集中が時間の経過と共に高まるように）、試験片に荷重を付加したときの試験片の各位置に作用する作用応力の数値解または解析解を導出していれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、ＣＴＯＤ試験に代えて、シャルピー試験を適用してもよい。また、ＦＥＭに代えて、境界要素法等の数値解析を用いてもよいし、応力拡大係数の解析解または数値解を用いてもよい。
＜変形例３＞
本実施形態では、母相の粒径分布と破壊起点物質の粒径分布を、靱性予測装置１００で導出する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、靱性予測装置１００が、母相の粒径分布と破壊起点物質の粒径分布を外部から取得してもよい。
＜変形例４＞
前述したように、複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素おける破壊応力を上回る場合、き裂開口量の増加量を減少させて、微小要素における破壊応力と、当該微小要素に含まれる位置の作用応力とを比較すれば、計算時間を短くすることができるので好ましい。しかしながら、き裂開口量の増加量を細かく設定し、単調に増加させるようにしてもよい。このようにする場合、複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素おける破壊応力を上回ることが破壊有無判定部１１３により判定された時点で、出力部１１４は、き裂開口量の現在の設定値を出力する。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では、マルテンサイト・セメンタイト鋼における脆性破壊として、破壊起点物質を起点とする破壊（へき開破壊）のみが生じるとした場合を例に挙げて説明した。しかしながら、旧オーステナイト粒の粒径が大きかったり、母相の粒界に偏在するＰ（リン）の量が多かったりすると、（破壊起点物質の割れに起因せずに）母相の粒界が分離し、母相の粒界に沿って破壊が進展する粒界破壊が起きる。このように、マルテンサイト・セメンタイト鋼の脆性破壊を解析する際には、へき開破壊だけでなく、粒界破壊も考慮するのが好ましい。そこで、本実施形態では、へき開破壊と粒界破壊との双方を考慮する場合について説明する。このように本実施形態は、第１の実施形態に対し、粒界破壊を考慮することによる構成および処理が追加される。従って、本実施形態の説明において、第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図９に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図１０は、マルテンサイト・セメンタイト鋼における破壊のメカニズムの一例を概念的に示す図である。図１０に示す例では、母相の粒界の領域１００１で粒界破壊が生じていることを示す。また、領域１００１の傍らに付している矢印線は、粒界破壊が進展する方向を示す。尚、図１０では、へき開破壊と粒界破壊との違いを示すために、へき開破壊と粒界破壊との双方が生じている様子を示すが、実際には、へき開破壊と粒界破壊との何れか一方のみが生じる。
図１１は、靱性予測装置１１００の機能的な構成の一例を示す図である。図１２−１および図１２−２は、靱性予測装置１１００による靱性予測方法の一例を説明するフローチャートである。靱性予測装置１１００のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、および各種のインターフェースを有する情報処理装置や専用のハードウェアを用いることにより実現することができる。以下に、図１２−１および図１２−２のフローチャートに従って、靱性予測装置１１００が有する機能の一例を説明する。
尚、図１１において、本実施形態で追加される各処理部との区別を容易にするため、第１の実施形態で説明した粒径分布取得部１０３、サンプリング数導出部１０４、粒径導出部１０６、破壊応力導出部１０７を、それぞれ、へき開破壊用粒径分布取得部１０３、へき開破壊用サンプリング数導出部１０４、へき開破壊用粒径導出部１０６、へき開破壊応力導出部１０７と表記する。
図１２−１のステップＳ１２０１〜Ｓ１２０８は、図２−１のステップＳ２０１〜Ｓ２０８と同じである。
ステップＳ１２０９において、粒界破壊用粒径分布取得部１１０１は、旧オーステナイトの画像を取得する。本実施形態では、解析用試験片と同じ製造条件で製造された（同じ成分の）マルテンサイト・セメンタイト鋼を用意し、当該マルテンサイト・セメンタイト鋼の観察面をピクリン酸飽和水溶液で腐食して旧オーステナイト粒界を選択的に現出させる。このように旧オーステナイト粒界が現出した観察面を測定面として電子顕微鏡により当該測定面の画像を、旧オーステナイトの画像として得る。本実施形態では、ＳＥＭを用いて旧オーステナイトの画像を得る。このとき、十分な数の旧オーステナイトが旧オーステナイトの画像に含まれるようにする。粒界破壊用粒径分布取得部１１０１は、旧オーステナイトの画像として、複数の視野で撮影された複数の画像を得るのが好ましい。
次に、ステップＳ１２１０において、粒界破壊用粒径分布取得部１１０１は、ステップＳ１２０９で取得した旧オーステナイトの画像に基づいて、旧オーステナイトの粒径分布を導出する。本実施形態では、旧オーステナイトの画像から特定される旧オーステナイトの（領域の）円相当径（直径）を旧オーステナイトの粒径とする。粒界破壊用粒径分布取得部１１０１は、旧オーステナイトの画像から、旧オーステナイトの組として複数（例えば、少なくとも２０個）の旧オーステナイトからなる組を抽出する。そして、粒界破壊用粒径分布取得部１１０１は、抽出した組に含まれる各旧オーステナイトの粒径を画像処理により導出し、導出した粒径の平均値を旧オーステナイトの粒径とする。粒界破壊用粒径分布取得部１１０１は、このような旧オーステナイトの粒径の導出を、抽出する旧オーステナイトを異ならせて行う。そして、粒界破壊用粒径分布取得部１１０１は、旧オーステナイトの粒径分布（粒径と、当該粒径を有する旧オーステナイトの数との関係）を確率密度関数として導出する。
次に、ステップＳ１２１１において、粒界破壊用サンプリング数導出部１１０２は、旧オーステナイトの粒径のサンプリング数を導出する。前述したように本実施形態では、ステップＳ１２１０において、旧オーステナイトの粒径を円相当径とし、旧オーステナイトの画像から抽出した旧オーステナイトの組に含まれる各旧オーステナイトの粒径の平均値を旧オーステナイトの粒径とする。そして、このような旧オーステナイトの粒径を複数導出する。粒界破壊用サンプリング数導出部１１０２は、これら複数の旧オーステナイトの粒径の平均値を直径とする球の体積を導出する。そして、粒界破壊用サンプリング数導出部１１０２は、１つの微小要素と、前記球との体積比（１つの微小要素の体積に対する、前記球の体積の比）を導出する。粒界破壊用サンプリング数導出部１１０２は、この体積比に基づいて、旧オーステナイトの粒径のサンプリング数を導出する。本実施形態では、粒界破壊用サンプリング数導出部１１０２は、この体積比の小数点以下を切り捨てた数を、旧オーステナイトの粒径のサンプリング数として導出する。ただし、粒界破壊用サンプリング数導出部１１０２は、この体積比に基づいて、旧オーステナイトの粒径のサンプリング数を導出していれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、この体積比の小数点以下を切り上げても四捨五入してもよい。
次に、ステップＳ１２１２において、粒界Ｐ量取得部１１０３は、母相の粒界に存在するＰの濃度［ａｔ．％］を取得する。以下の説明では、母相の粒界に存在するＰの濃度を必要に応じて粒界Ｐ量と称する。粒界Ｐ量の測定では、母相の粒界近傍の数原子相の情報をとることと、大気とマルテンサイト・セメンタイト鋼との相互作用により、母相の粒界の濃度が変化しないこととが重要である。そこで、本実施形態では、真空中でその場破断させたマルテンサイト・セメンタイト鋼のサンプルにおける粒界Ｐ量を、オージェ電子分光法により測定する。オージェ電子分光法では、マルテンサイト・セメンタイト鋼を真空中かつ低温で破壊させて現出させた母相の粒界破面にＸ線または電子線を照射することにより放出されるオージェ電子の速度（運動エネルギー）を分析することで、母相の粒界表面に局所的に存在しているＰの濃度を測定する。尚、オージェ電子分光法自体は、公知の手法である。このようにして、粒界Ｐ量取得部１１０３は、粒界Ｐ量の測定値を取得することができる。
また、粒界Ｐ量取得部１１０３は、以下のようにして粒界Ｐ量を導出してもよい。
粒界Ｐ量は、Ｐの添加量［ｍａｓｓ％］および焼戻し温度に依存する。そこで、Ｐの添加量および焼戻し温度を異ならせて複数のマルテンサイト・セメンタイト鋼を作製する。そして、これら複数のマルテンサイト・セメンタイト鋼のそれぞれについて、前述したオージェ電子分光法を用いて粒界Ｐ量を測定する。そして、粒界Ｐ量と、当該粒界Ｐ量が得られたマルテンサイト・セメンタイト鋼の製造条件（成分）との関係を示す情報を作成して記憶する。粒界Ｐ量と、当該粒界Ｐ量が得られたマルテンサイト・セメンタイト鋼の製造条件（成分）との関係を示す情報として、例えば、粒界Ｐ量と、当該粒界Ｐ量が得られたマルテンサイト・セメンタイト鋼の製造条件（成分）とを相互に関連付けて記憶するテーブルを用いることができる。また、粒界Ｐ量と、当該粒界Ｐ量が得られたマルテンサイト・セメンタイト鋼の製造条件（成分）との関係を示す情報として、当該関係を示す関係式を作成してもよい。粒界Ｐ量取得部１１０３は、粒界Ｐ量と、当該粒界Ｐ量が得られたマルテンサイト・セメンタイト鋼の製造条件（成分）との関係を示す情報が記憶された記憶媒体（例えばデータベース）から、解析用試験片の製造条件（成分）に対応する粒界Ｐ量を読み出す。粒界Ｐ量取得部１１０３は、このようにしても、粒界Ｐ量の測定値を取得することができる。
次に、ステップＳ１２１３において、微小要素設定部１０５は、ステップＳ２０２で定義された複数の微小要素のうち、この処理（ステップＳ１２１３）において未選択の微小要素を１つ選択する。尚、この処理（ステップＳ１２１３）は、図２−１のステップＳ２０９と同じである。
次のステップＳ１２１４〜Ｓ１２１７は、図２−１のステップＳ２１０〜Ｓ２１３と同じである。また、ステップＳ１２１８は、図２−１のステップＳ２１４と同じである。ステップＳ１２１８では、へき開破壊応力導出部１０７は、ステージIIに起因する破壊応力σIIとステージIIIに起因する破壊応力σIIIとのうち、大きい方の応力を、ステップＳ１２１３で選択された微小要素の、へき開破壊による破壊応力として導出する。以下の説明では、へき開破壊による破壊応力を、必要に応じてへき開破壊応力と称する。
また、ステップＳ１２１９において、粒界破壊用粒径導出部１１０４は、ステップＳ１２１０で導出された旧オーステナイトの粒径分布（に含まれる粒径）から、ステップＳ１２１１で導出されたサンプリング数の粒径をランダムに抽出する。
次に、ステップＳ１２２０において、粒界破壊用粒径導出部１１０４は、ステップＳ１２１９で抽出された粒径のうち最大の粒径を、ステップＳ１２１３で選択された微小要素における旧オーステナイトの代表粒径として導出する。
次に、ステップＳ１２２１において、粒界破壊応力導出部１１０５は、ステップＳ１２１２で取得された粒界Ｐ量と、ステップＳ１２２０で導出された旧オーステナイトの代表粒径とに基づいて、粒界破壊による破壊強度を導出する。以下の説明では、粒界破壊による破壊強度を、必要に応じて粒界破壊応力と称する。粒界破壊は、マルテンサイト・セメンタイト鋼の何れかの場所での作用応力が粒界破壊応力に達したときに発生する。
本実施形態では、ステップＳ１２１２で取得された粒界Ｐ量をＰ［ａｔ．％］、ステップＳ１２２０で導出された旧オーステナイトの代表粒径をｄ［ｍｍ］とし、以下の（４）式により、粒界破壊応力σGB［ＭＰａ］を導出する。
σGB＝４８．５ｄ-1/2−５０．７Ｐ＋１８４８ ・・・（４）
（４）式は、解析用試験片と同じ鋼種のマルテンサイト・セメンタイト鋼に対する、粒界Ｐ量の測定値、旧オーステナイトの代表粒径の測定値、および粒界破壊応力の数値解析値を用いた回帰分析の結果から得られるものである。
本発明者らは、粒界破壊応力を定式化するため、粒界破壊応力に及ぼす旧オーステナイトの粒径および粒界Ｐ量の影響を調査した。焼入れ温度によって旧オーステナイトの粒径を調整し、Ｐの添加量および焼戻し温度によって粒界Ｐ量を調整することができる。このようにして或る鋼種のマルテンサイト・セメンタイト鋼について複数の試験片を作製した。ここでは、マルテンサイト・セメンタイト鋼の試験片として、解析用試験片と同一のもの（直方体のマルテンサイト・セメンタイト鋼の表面に、疲労き裂を１箇所導入したもの）を採用した。
そして、それぞれの試験片に対しシャルピー試験を行い、ｖＴｒｓ（脆性−延性遷移温度）を測定した。ｖＴｒｓは、延性破面率（または脆性破面率）が５０［％］になる試験片（ここではマルテンサイト・セメンタイト鋼）の温度である。尚、延性破面率（脆性破面率）は、試験片の破面の全面積に対する延性破面（脆性破面）の面積の割合（を百分率で表記したもの）を指す。
また、それぞれの試験片に対し、旧オーステナイトの粒径と、粒界Ｐ量を測定した。
旧オーステナイトの粒径は、ステップＳ１２１０で説明したのと同様に方法で測定した。即ち、まず、旧オーステナイトの画像から特定される旧オーステナイトの（領域の）円相当径（直径）を旧オーステナイトの粒径とする。旧オーステナイトの画像から、旧オーステナイトの組として複数（例えば、少なくとも２０個）の旧オーステナイトからなる組を抽出する。そして、抽出した組に含まれる各旧オーステナイトの粒径を画像処理により導出し、導出した粒径の平均値を旧オーステナイトの粒径とする。
また、粒界Ｐ量は、ステップＳ１２１２で説明したのと同様の方法で測定した。即ち、真空中でその場破断させたマルテンサイト・セメンタイト鋼のサンプルにおける粒界Ｐ量を、オージェ電子分光法により測定する。
尚、各試験片の脆性破壊は、全て粒界破壊であった。
また、試験片に対してシャルピー試験を行った場合に各時間ステップにおいて試験片の各位置に作用する作用応力をＦＥＭにより導出することを、それぞれの試験片に対して実施した。ステップＳ２１９において説明した通り、ＦＥＭの計算に際しては、各時間ステップにおいて試験片に加える荷重の情報と、試験片の形状の情報と、試験片の材料特性の情報とを用いる。尚、材料特性に含まれる降伏応力として、室温における静的な降伏応力を、温度がｖＴｒｓの試験片に対するシャルピー試験で得られる歪み速度に換算した降伏応力を与えた。また、ＦＥＭの計算に際しては、試験片の温度の情報も与える。降伏応力は、負の温度依存性を有するため、ここでは、粒界破壊する（試験片の）上限温度の代表的な指標として、各試験片のｖＴｒｓを採用した。そして、ＦＥＭの計算に際し、試験片の温度がｖＴｒｓのときの試験片における作用応力の最大値が、粒界破壊応力に相当すると仮定した。尚、試験片の温度がｖＴｒｓのときの試験片における作用応力の最大値は、試験片の機械的特性に関わらず、試験片の降伏応力の２．３倍であった。
以上のようにして、或るｖＴｒｓを有する試験片について、旧オーステナイトの粒径と、粒界Ｐ量と、粒界破壊応力の組が得られる。複数の試験片について以上の測定および数値解析（ここではＦＥＭの計算）を行うことにより、旧オーステナイトの粒径と、粒界Ｐ量と、粒界破壊応力の組を複数得た。これにより、旧オーステナイトの粒径および粒界Ｐ量と、粒界破壊応力との関係が得られる。図１３は、旧オーステナイトの粒径および粒界Ｐ量と、粒界破壊応力との関係の一例を示す図である。具体的に図１３（ａ）は、旧オーステナイトの粒径と、粒界破壊応力との関係との関係の一例を示し、図１３（ｂ）は、粒界Ｐ量と、粒界破壊応力との関係の一例を示す。
図１３（ａ）において、「Ｐフリー」とは、Ｐを添加していない試験片に対する値であることを示す。図１３（ａ）および図１３（ｂ）において、１００ｐｐｍ、２３０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、９０ｐｐｍ、４５０ｐｐｍは、それぞれ、Ｐの添加量［ｍａｓｓ％］を示す。予測値は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に対するプロットに対して回帰分析を行った結果を示す。また、図１３（ａ）のプロットの傍らに示す温度は、焼入れ温度を示す。また、図１３（ｂ）のプロットの傍らに示す温度は、焼戻し温度を示す。また、図１３（ｂ）のプロットの傍らに示す「Ａｓ Ｑ．」は、焼戻しをしていないこと（焼戻し温度が０［℃］）であることを示す。
図１３（ａ）に示す結果から、粒界破壊応力σGBは、旧オーステナイトの代表粒径ｄの１／２乗に比例するものとして、その係数（（４）式の４８．５）を回帰分析により導出した後、この係数の傾きを有する直線を、Ｐの添加量が１００ｐｐｍ、焼入れ温度が１２００［℃］の値（図１３（ａ）の黒塗りの四角形の値）に合うように移動させることにより、図１３（ａ）に示す予測値を得た。
また、図１３（ｂ）に示す結果から、粒界破壊応力σGBは、粒界Ｐ量（Ｐ）の−１倍（＝−Ｐ）に比例するものとして、その係数（（４）式の−５０．７）を回帰分析により導出した後、この係数の傾きを有する直線を、Ｐの添加量が９０ｐｐｍ、焼戻し温度が５５０［℃］の値（図１３（ａ）の黒塗りの四角形の値）に合うように移動させることにより、図１３（ｂ）に示す予測値を得た。
そして、ここでは、Ｐの添加量が９０ｐｐｍ、焼戻し温度が５５０［℃］のマルテンサイト・セメンタイト鋼を基準とし、図１３（ｂ）に示す予測値の切片の値である１８４８と、図１３（ａ）に示す予測値の傾き（４８．５）と、図１３（ｂ）に示す予測値の傾き（−５０．７）とから、（４）式を得た。
粒界破壊応力導出部１１０５は、ステップＳ１２１２で取得された粒界Ｐ量と、ステップＳ１２２０で導出された旧オーステナイトの代表粒径とに基づいて、以上のようにして得られる（４）式の計算を行って、粒界破壊応力σGBを導出する。
尚、前述したように、粒界破壊する（試験片の）上限温度の代表的な指標として各試験片のｖＴｒｓを採用すると共に、Ｐの添加量、焼入れ温度、および焼戻し温度を異ならせた複数の試験片に対する旧オーステナイトの粒径、粒界Ｐ量、および粒界破壊応力を用いて回帰分析を行って（４）式を求めた。従って、（４）式は、粒界破壊する上限温度、旧オーステナイトの粒径、および粒界Ｐ量が平均的なマルテンサイト・セメンタイト鋼に対する粒界破壊応力σGBの予測式であると言える。
また、（４）式は、粒界破壊応力σGBの予測式の具体例を示しているものであり、粒界破壊応力σGBの予測式は、（４）式に限定されるものではない。例えば、シャルピー試験に替えてＣＴＯＤ試験を行った結果を用いて粒界破壊応力σGBの予測式を作成してもよい。粒界破壊応力σGBが、旧オーステナイトの代表粒径（ｄ）と正の相関を有し、粒界Ｐ量（Ｐ）と負の相関を有するように、粒界破壊応力σGBの予測式を作成することができる。ただし、本発明者らの知見によると、粒界破壊応力σGBの予測式は、旧オーステナイトの代表粒径（ｄ）の１／２乗（ｄ1/2）および粒界Ｐ量（Ｐ）の関数、即ち、以下の（５）式で表されるようにするのが好ましい。
σGB＝ｆ（ｄ1/2，Ｐ） ・・・（５）
また、粒界破壊応力σGBの予測式は、鋼種ごとに作成するのが好ましい。
図１２−２の説明に戻り、以上のようにしてステップＳ１２１８でへき開破壊応力が導出され、ステップＳ１２２１で粒界破壊応力が導出されると、ステップＳ１２２２に進む。ステップＳ１２２２に進むと、破壊応力決定部１１０６は、当該へき開破壊応力および当該粒界破壊応力のうち、小さい方の破壊応力を、ステップＳ１２１３で選択された微小要素の破壊応力として決定する。
また、ステップＳ１２２３〜Ｓ１２２４において、図２−１のステップＳ２１５〜Ｓ２１６と同じ処理が行われ、ステップＳ１２１３で選択された微小要素の結晶方位が導出される。
ステップＳ１２１４〜Ｓ１２１５の処理とステップＳ１２１６〜Ｓ１２１７の処理の処理順は順不同である。図１２−２に示すようにして、ステップＳ１２１４〜Ｓ１２１５の処理とステップＳ１２１６〜Ｓ１２１７の処理を並列に行わずに、ステップＳ１２１４〜Ｓ１２１５の処理とステップＳ１２１６〜Ｓ１２１７の処理のうち、一方を先に、他方を後に行ってもよい。また、ステップＳ１２１４〜Ｓ１２１８と、ステップＳ１２１９〜Ｓ１２２１の処理順も順不同である。図１２−２に示すようにして、ステップＳ１２１４〜Ｓ１２１８と、ステップＳ１２１９〜Ｓ１２２１の処理を並列に行わずに、ステップＳ１２１４〜Ｓ１２１８と、ステップＳ１２１９〜Ｓ１２２１の処理のうち、一方を先に、他方を後に行ってもよい。また、ステップＳ１２１４〜Ｓ１２２２と、ステップＳ１２２３〜Ｓ１２２４の処理順も順不同である。図１２−２に示すようにして、また、ステップＳ１２１４〜Ｓ１２２２と、ステップＳ１２２３〜Ｓ１２２４の処理のうち、一方を先に、他方を後に行ってもよい。
以上のようにしてステップＳ１２２２およびＳ１２２４の処理が終わると、ステップＳ１２２５に進む。ステップＳ１２２５に進むと、破壊応力導出終了判定部１０９は、ステップＳ１２０２で定義された複数の微小要素の全てがステップＳ１２１３で選択されたか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ１２０２で定義された複数の微小要素の全てがステップＳ１２１３で選択されていなければ、ステップＳ１２１３に戻る。そして、ステップＳ１２０２で定義された複数の微小要素の全てについて、破壊応力と結晶方位が導出されるまで、ステップＳ１２１３〜Ｓ１２２５の処理が繰り返し行われる。
以上のようにしてステップＳ１２０２で定義された複数の微小要素の全てについて、破壊応力と結晶方位が導出されると、図２−２のステップＳ２１８に進む。以降、図２−２のステップＳ２１８〜Ｓ２２８の処理が行われる。尚、第１の実施形態では、ステップＳ２２３において、ステップＳ２１４で導出された、各微小要素における破壊応力が用いられる。これに対し、本実施形態では、ステップＳ２２３において、ステップＳ１２２２で決定された、各微小要素における破壊応力が用いられる。
以上のように本実施形態では、旧オーステナイトの粒径（ｄ）の１／２乗（ｄ1/2）と粒界Ｐ量（Ｐ）とを用いて、粒界破壊応力σGBが表されるものとして、試験片の各微小要素における粒界破壊応力σGBを導出する。また、第１の実施形態と同様に試験片の各微小要素におけるへき開破壊応力σIIまたはσIIIを導出する。そして、試験片の或る微小要素における粒界破壊応力σGBおよびへき開破壊応力σIIまたはσIIIのうち、小さい方を当該微小要素の破壊応力として決定することを全ての微小要素について行う。従って、旧オーステナイトの粒径が粗大であったり、粒界Ｐ量が多かったりすることにより、へき開破壊ではなく、粒界破壊が起こる場合についても、母相としてマルテンサイトを有する鋼材の靱性を、破壊靱性試験を行わずに正確に予測することができる。よって、母相としてマルテンサイトを有する鋼材の靱性を、破壊靱性試験を行わずにより一層正確に予測することができる。
本実施形態では、粒界破壊応力σGBの予測式が、旧オーステナイトの代表粒径（ｄ）の１／２乗（ｄ1/2）および粒界Ｐ量（Ｐ）の関数である場合を例に挙げて説明した（（５）式を参照）。しかしながら、旧オーステナイトの代表粒径（ｄ）および粒界Ｐ量（Ｐ）以外の変数を粒界破壊応力σGBの予測式に含めてもよい。
また、本実施形態においても、第１の実施形態で説明した種々の変形例（＜変形例１＞〜＜変形例４＞等）を採用することができる。
［その他の変形形態］
尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
（請求項との関係）
以下に、請求項の記載と実施形態の記載との関係の一例を説明する。請求項の記載が実施形態の記載に限定されないことは、変形例等において説明した通りである。
微小要素定義手段は、例えば、微小要素定義部１０２を用いることにより実現される。
第１の破壊応力導出手段は、例えば、破壊応力導出部１０７を用いることにより実現される。第１の破壊応力は、例えば、ステージIIに起因する破壊応力に対応し、第２の破壊応力は、例えば、ステージIIIに起因する破壊応力に対応する。
作用応力導出手段は、例えば、作用応力導出部１１１を用いることにより実現される。
指標導出手段は、例えば、き裂開口量設定部１１２、破壊有無判定部１１３、および出力部１１４を用いることにより実現される。靱性を評価する指標は、例えば、ＣＴＯＤ値を用いることにより実現される。
第１の粒径分布取得手段は、例えば、粒径分布取得部１０３を用いることにより実現される。
第１のサンプリング数導出手段は、例えば、サンプリング数導出部１０４を用いることにより実現される。
第１の粒径導出手段は、例えば、粒径導出部１０６を用いることにより実現される。
第２の破壊応力導出手段は、例えば、粒界破壊応力導出部１１０５を用いることにより実現される。第２の破壊応力導出手段により導出される破壊応力は、例えば、粒界破壊応力σGBに対応する。
破壊応力決定手段は、例えば、破壊応力決定部１１０６を用いることにより実現される。
破壊応力の予測式は、例えば、（４）式、（５）式に対応する。
第２の粒径分布取得手段は、例えば、粒界破壊用粒径分布取得部１１０１を用いることにより実現される。
第２のサンプリング数導出手段は、例えば、粒界破壊用サンプリング数導出部１１０２を用いることにより実現される。
第２の粒径導出手段は、例えば、粒界破壊用粒径導出部１１０４を用いることにより実現される。
負荷レベル量設定手段は、例えば、き裂開口量設定部１１２を用いることにより実現される（ステップＳ２２０、Ｓ２２４、Ｓ２２６も参照のこと）。試験片の応力集中を高めることにより当該試験片において変化する形状を反映した物理量である負荷レベル量は、例えば、き裂開口量に対応する。尚、請求項１１における負荷レベル量設定手段の記載は、例えば、ステップＳ２２０、Ｓ２２４に対応し、請求項１２における負荷レベル量設定手段の記載は、例えば、ステップＳ２２６に対応する。具体的に、請求項１２の、当該判定の直前に増加させた前記負荷レベル量は、例えば、繰り返し行われるステップＳ２２４のうち、ステップＳ２２５でＮＯと判定される直前に行われたステップＳ２２４で増加されたき裂開口量に対応し、当該増加させる前の前記負荷レベル量は、例えば、当該ステップＳ２２４での増加前のき裂開口量に対応する。
負荷レベル量増加量設定手段は、例えば、き裂開口量設定部１１２を用いることにより実現される（ステップＳ２２１、Ｓ２２７も参照のこと）。尚、請求項１２における負荷レベル量増加量設定手段の記載は、例えば、ステップＳ２２１に対応し（変形例４も参照のこと）、請求項１２における負荷レベル量増加量設定手段の記載は、例えば、ステップＳ２２７に対応する。
破壊応力判定手段は、例えば、破壊有無判定部１１３を用いることにより実現される（ステップＳ２２３も参照のこと）。
出力手段は、例えば、出力部１１４を用いることにより実現される（変形例４等も参照のこと）。
負荷レベル量判定手段は、例えば、破壊有無判定部１１３を用いることにより実現される（ステップＳ２２５も参照のこと）。
１００、１１００：靱性予測装置、１０１：試験片情報取得部、１０２：微小要素定義部、１０３：粒径分布取得部、１０４：サンプリング数導出部、１０５：微小要素設定部、１０６：粒径導出部、１０７：破壊応力導出部、１０８：結晶方位導出部、１０９：破壊応力導出終了判定部、１１０：試験結果取得部、１１１：作用応力導出部、１１２：き裂開口量設定部、１１３：破壊有無判定部、１１４：出力部、３０１：試験片、３０２：応力集中想定領域、３０３：疲労き裂、１１０１：粒界破壊用粒径分布取得部、１１０２：粒界破壊用サンプリング数導出部、１１０３：粒界Ｐ量取得部、１１０４：粒界破壊用粒径導出部、１１０５：粒界破壊応力導出部、１１０６：破壊応力決定部

Claims (15)

  1. マルテンサイトまたはベイナイトを母相として含み、破壊起点物質としてセメンタイトを含む鋼材の靱性を予測する靱性予測装置であって、
    前記鋼材と同じ材料で構成される試験片であって、外部から荷重が付加されることにより応力集中が発生する形状を有する試験片の応力集中想定領域に複数の微小要素を定義する微小要素定義手段と、
    前記複数の微小要素のそれぞれにおける破壊応力を、当該微小要素に含まれるブロックの粒径に基づいて導出する第１の破壊応力導出手段と、
    前記試験片の応力集中が時間の経過と共に高まるように前記試験片に荷重を加えたときの前記試験片の各位置に作用する作用応力の数値解または解析解を導出する作用応力導出手段と、
    前記微小要素における破壊応力と、当該微小要素に含まれる位置の作用応力とを比較した結果に基づいて、前記靱性を評価する指標を導出する指標導出手段と、を有し、
    前記ブロックの粒径は、当該ブロックを楕円で近似した場合の当該楕円の長径または短径であることを特徴とする靱性予測装置。
  2. 前記第１の破壊応力導出手段により導出される前記破壊応力は、前記破壊起点物質の割れが当該破壊起点物質と前記ブロックとの界面を突破して発生するき裂により前記鋼材が脆性破壊するときに当該鋼材に発生する応力であり、
    前記ブロックの粒径は、当該ブロックを楕円で近似した場合の当該楕円の長径であることを特徴とする請求項１に記載の靱性予測装置。
  3. 前記第１の破壊応力導出手段により導出される前記破壊応力は、前記破壊起点物質の割れが当該破壊起点物質と前記ブロックとの界面を突破して発生するき裂が前記ブロック間の界面を突破することにより前記鋼材が脆性破壊するときに当該鋼材に発生する応力であり、
    前記ブロックの粒径は、当該ブロックを楕円で近似した場合の当該楕円の短径であることを特徴とする請求項１に記載の靱性予測装置。
  4. 前記第１の破壊応力導出手段は、前記複数の微小要素のそれぞれにおける破壊応力として、第１の破壊応力と第２の破壊応力とを導出し、同一の前記微小要素における当該第１の破壊応力および当該第２の破壊応力のうち、大きい方を当該微小要素における破壊応力として導出し、
    前記第１の破壊応力は、前記破壊起点物質の割れが当該破壊起点物質と前記ブロックとの界面を突破して発生するき裂により前記鋼材が脆性破壊するときに当該鋼材に発生する応力であり、
    前記第１の破壊応力を導出する際に用いられる前記ブロックの粒径は、当該ブロックを楕円で近似した場合の当該楕円の長径であり、
    前記第２の破壊応力は、前記破壊起点物質の割れが当該破壊起点物質と前記ブロックとの界面を突破して発生するき裂が前記ブロック間の界面を突破することにより前記鋼材が脆性破壊するときに当該鋼材に発生する応力であり、
    前記第２の破壊応力を導出する際に用いられる前記ブロックの粒径は、当該ブロックを楕円で近似した場合の当該楕円の短径であることを特徴とする請求項１に記載の靱性予測装置。
  5. 前記破壊起点物質の大きさは、当該破壊起点物質を電子顕微鏡で測定した場合の測定面における円相当径で０．３［μｍ］未満であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の靱性予測装置。
  6. 前記ブロックの粒径と当該粒径を有する前記ブロックの数との関係を示す母相の粒径分布を取得する第１の粒径分布取得手段と、
    複数の前記ブロックの大きさと、前記微小要素の大きさとに基づいて、前記母相の粒径分布から抽出する粒径の数を導出する第１のサンプリング数導出手段と、
    前記第１のサンプリング数導出手段により導出された数の粒径を前記母相の粒径分布からランダムに抽出し、抽出した粒径のうち最大の粒径を、１つの前記微小要素に含まれる前記ブロックの粒径として導出する第１の粒径導出手段と、を更に有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の靱性予測装置。
  7. 前記鋼材における旧オーステナイトの粒径と、前記母相の粒界におけるＰの濃度とに基づいて、前記複数の微小要素のそれぞれにおける破壊応力を導出する第２の破壊応力導出手段と、
    同一の前記微小要素における、前記第１の破壊応力導出手段により導出された前記破壊応力と、前記第２の破壊応力導出手段により導出された前記破壊応力とのうち小さい方を当該微小要素における破壊応力として決定する破壊応力決定手段と、を更に有し、
    前記第２の破壊応力導出手段により導出される前記の破壊応力は、前記破壊起点物質の割れに起因せずに前記母相の粒界に沿って進展することにより前記鋼材が脆性破壊するときに当該鋼材に発生する応力であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の靱性予測装置。
  8. 前記第２の破壊応力導出手段は、破壊応力の予測式として、前記鋼材における旧オーステナイトの粒径の１／２乗と、前記母相の粒界におけるＰの濃度と、破壊応力との関係を示す予測式を用いて、前記破壊応力を導出することを特徴とする請求項７に記載の靱性予測装置。
  9. 前記旧オーステナイトの粒径と当該粒径を有する前記旧オーステナイトの数との関係を示す旧オーステナイトの粒径分布を取得する第２の粒径分布取得手段と、
    複数の前記旧オーステナイトの大きさと、前記微小要素の大きさとに基づいて、前記旧オーステナイトの粒径分布から抽出する粒径の数を導出する第２のサンプリング数導出手段と、
    前記第２のサンプリング数導出手段により導出された数の粒径を前記旧オーステナイトの粒径分布からランダムに抽出し、抽出した粒径のうち最大の粒径を、１つの前記微小要素に含まれる前記旧オーステナイトの粒径として導出する第２の粒径導出手段と、を更に有することを特徴とする請求項７または８に記載の靱性予測装置。
  10. 前記試験片の表面に凹みが形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の靱性予測装置。
  11. 前記作用応力導出手段は、前記試験片の各位置に作用する作用応力の数値解または解析解と、前記試験片の応力集中を高めることにより当該試験片において変化する形状を反映した物理量である負荷レベル量との関係を導出し、
    前記指標導出手段は、前記負荷レベル量を設定する負荷レベル量設定手段と、
    前記負荷レベル量の増加量を設定する負荷レベル量増加量設定手段と、
    前記複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素おける破壊応力を上回るか否かを判定する破壊応力判定手段と、
    前記複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素おける破壊応力を上回ることが前記破壊応力判定手段により判定されると、その時点で前記負荷レベル量設定手段により設定されている前記負荷レベル量を、前記靱性を評価する指標として出力する出力手段と、を更に有し、
    前記負荷レベル量設定手段は、前記複数の微小要素の何れにおいても、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素おける破壊応力を上回らないことが前記破壊応力判定手段により判定されると、前記負荷レベル量増加量設定手段により設定された増加量だけ前記負荷レベル量の現在の設定値を増加させ、
    前記負荷レベル量設定手段による前記負荷レベル量の増加と前記破壊応力判定手段による判定は、前記複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素おける破壊応力を上回ることが前記破壊応力判定手段により判定されるまで繰り返し行われることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の靱性予測装置。
  12. 前記指標導出手段は、前記複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素における破壊応力を上回ることが前記破壊応力判定手段により判定されると、前記負荷レベル量の増加量が許容値以下であるか否かを判定する負荷レベル量判定手段を更に有し、
    前記負荷レベル量設定手段は、前記複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素おける破壊応力を上回ることが前記負荷レベル量判定手段により判定されると、当該判定の直前に増加させた前記負荷レベル量を下回り、且つ、当該増加させる前の前記負荷レベル量を上回るように前記負荷レベル量の現在の設定値を減少させ、
    前記負荷レベル量増加量設定手段は、前記複数の微小要素の少なくとも何れか１つにおいて、当該微小要素に含まれる位置の作用応力が、当該微小要素おける破壊応力を上回ることが前記負荷レベル量判定手段により判定されると、前記負荷レベル量の増加量を現在の設定値よりも減少させ、
    前記出力手段は、前記負荷レベル量の増加量が許容値以下であることが前記負荷レベル量判定手段により判定されると、その時点で前記負荷レベル量設定手段により設定されている前記負荷レベル量を、前記靱性を評価する指標として出力し、
    前記破壊応力判定手段による判定と、前記負荷レベル量判定手段による判定と、前記負荷レベル量設定手段による前記負荷レベル量の減少と、前記負荷レベル量増加量設定手段による前記負荷レベル量の増加量の減少は、前記前記負荷レベル量の増加量が許容値以下であることが前記負荷レベル量判定手段により判定されるまで繰り返し行われることを特徴とする請求項１１に記載の靱性予測装置。
  13. 前記試験片の表面に凹みが形成されており、
    前記負荷レベル量は、前記凹みの所定の位置における開口量であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の靱性予測装置。
  14. マルテンサイトまたはベイナイトを母相として含み、破壊起点物質としてセメンタイトを含む鋼材の靱性を予測する靱性予測方法であって、
    前記鋼材と同じ材料で構成される試験片であって、外部から荷重が付加されることにより応力集中が発生する形状を有する試験片の応力集中想定領域に複数の微小要素を定義する微小要素定義工程と、
    前記複数の微小要素のそれぞれにおける破壊応力を、当該微小要素に含まれるブロックの粒径に基づいて導出する破壊応力導出工程と、
    前記試験片の応力集中が時間の経過と共に高まるように前記試験片に荷重を加えたときの前記試験片の各位置に作用する作用応力の数値解または解析解を導出する作用応力導出工程と、
    前記微小要素における破壊応力と、当該微小要素に含まれる位置の作用応力とを比較した結果に基づいて、前記靱性を評価する指標を導出する指標導出工程と、を有し、
    前記ブロックの粒径は、当該ブロックを楕円で近似した場合の当該楕円の長径または短径であることを特徴とする靱性予測方法。
  15. 請求項１〜１３の何れか１項に記載の靱性予測装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
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