WO2015137444A1 - クリープ速度分布評価方法 - Google Patents

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WO2015137444A1
WO2015137444A1 PCT/JP2015/057292 JP2015057292W WO2015137444A1 WO 2015137444 A1 WO2015137444 A1 WO 2015137444A1 JP 2015057292 W JP2015057292 W JP 2015057292W WO 2015137444 A1 WO2015137444 A1 WO 2015137444A1
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tensile strength
creep
structural member
strength ratio
ratio
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PCT/JP2015/057292
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山本　隆一
金子　秀明
宣和 手塚
一晴 廣川
Original Assignee
三菱日立パワーシステムズ株式会社
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Publication date
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    • G01N2203/0298—Manufacturing or preparing specimens

Definitions

  • the present invention relates to a creep rate distribution evaluation method. This application claims priority on March 13, 2014 based on Japanese Patent Application No. 2014-050802 for which it applied to Japan, and uses the content here.
  • ⁇ Creep deformation occurs in structural members used at high temperatures such as gas turbines and steam turbines. At that time, a structural member having a large non-uniform creep deformation may cause problems such as bending.
  • a rotor member such as a disk used in a compressor or the like of a gas turbine becomes higher in temperature by coming into contact with a compressed high-temperature and high-pressure fluid toward the subsequent stage.
  • creep deformation occurs. If the strength of the rotor member varies depending on the position in the circumferential direction, when creep deformation occurs, the deformation amount changes in the circumferential direction, and the creep deformation becomes non-uniform. As a result, the rotor deforms unevenly in the circumferential direction, and the rotor may be bent as a whole over time. As a result, it may cause the shaft vibration of the rotor.
  • the creep strength varies depending on the position in the circumferential direction with respect to the structural member that is a material for manufacturing the rotor member.
  • a method for confirming the creep strength there is a method for confirming the creep speed by performing a creep test on the structural member. Further, as a method for confirming the creep strength in a short time compared with the creep test, a method is used in which a factor that affects the creep strength is estimated as the creep speed.
  • the creep rate is estimated using the hardness, crystal grain size, precipitates, and the like of the structural member.
  • FEM creep analysis is performed using a factor having the largest deviation ratio among any one of hardness, crystal grain size, and precipitates as a factor affecting the creep strength.
  • a factor having the largest deviation ratio among hardness, crystal grain size, or precipitates is estimated and used as a distribution in the circumferential direction of the creep speed.
  • the present invention provides a creep speed distribution evaluation method capable of estimating the creep speed distribution in a structural member with high accuracy.
  • the creep rate distribution evaluation method includes a test piece creation step of creating a plurality of test pieces from different positions of the structural member, and a tensile test performed on the plurality of test pieces. Creep in the structural member from the tensile strength acquired in the tensile test step based on a tensile test step for acquiring the tensile strength of each of the plurality of test pieces, and a correlation between a predetermined tensile strength and a creep rate.
  • a creep velocity distribution estimating step for estimating a velocity distribution.
  • the distribution of the creep rate in the structural member can be estimated by applying the tensile strength obtained in the tensile test process to the correlation between the tensile strength and the creep rate. That is, by using the fact that there is a correlation between tensile strength and creep speed, the tensile test is performed and the tensile strength distribution at different positions in the structural member is measured, so that the creep test takes a long time.
  • the creep velocity distribution at different positions in the structural member can be estimated without performing the above. In other words, the creep rate distribution in the structural member can be estimated with high accuracy by performing a tensile test that is completed in a short time and acquiring the tensile strength.
  • the ratio between the minimum tensile strength and the maximum tensile strength among the tensile strengths of the plurality of test pieces is calculated as the tensile strength ratio of the structural member.
  • a step of calculating a tensile strength ratio wherein the step of estimating the creep rate distribution calculates a ratio of a minimum creep rate and a maximum creep rate of the structural member from the tensile strength ratio based on the correlation. May be estimated.
  • the creep rate ratio can be easily estimated from the tensile strength ratio using the correlation between the tensile strength and the creep rate. Therefore, the creep speed ratio of the structural member can be acquired in a short time without taking a long time for performing the creep test. Thereby, the magnitude
  • the tensile strength ratio calculated in the tensile strength ratio calculation step corresponds to a tensile strength ratio corresponding to a predetermined creep rate ratio determination value based on the correlation.
  • a tensile strength ratio determination step for determining whether or not the ratio determination value is satisfied may be included.
  • the quality of the structural member can be determined by determining the tensile strength of the structural member in the tensile strength ratio determining step. Specifically, by determining the tensile strength ratio determination value based on the predetermined creep rate ratio determination value and the correlation between the tensile strength and the creep speed, the creep strength of the structural member using the tensile strength is determined. The magnitude of variation can be determined with high accuracy. And by comparing the tensile strength ratio judgment value and the tensile strength ratio of the structural member calculated in the tensile strength ratio calculation step, without actually performing a creep test over a long time on the structural member, It is possible to determine the magnitude of the creep speed variation in the structural member at different positions. Thereby, the creep rate distribution with high accuracy can be evaluated for the structural member in a short time, and the quality of the structural member can be confirmed.
  • the structure A heat treatment step for heat-treating the member may be included.
  • the material characteristics can be adjusted again by heat treatment to conform to the predetermined standard.
  • the creep rate distribution in the structural member is estimated with high accuracy by estimating the creep rate from the tensile strength based on the correlation between the predetermined tensile strength and the creep rate. can do.
  • the creep rate distribution evaluation method S1 is a method for estimating the creep rate from the tensile strength based on a predetermined correlation between the tensile strength and the creep rate and evaluating the creep rate distribution in the evaluation target.
  • the creep speed distribution evaluation method S1 in the present embodiment evaluates the creep speed distribution in the circumferential direction of the structural member X with the structural member X as shown in Table 1 as an evaluation target. More specifically, in this embodiment, a steady creep speed is used as the creep speed.
  • the creep rate distribution evaluation method S1 includes a test piece creation step S11 for creating a plurality of test pieces from the structural member X, and a tensile test step S12 for obtaining a tensile strength by performing a tensile test on the created test pieces. And a tensile strength ratio calculating step S13 for calculating a tensile strength ratio from a plurality of tensile strengths acquired in the tensile test step S12, and a creep rate distribution estimating step S14 for estimating a creep rate distribution from the tensile strength ratio.
  • the structural member X in the present embodiment is a member to be evaluated by obtaining a correlation between the tensile strength and the creep speed in advance by a member similar to the structural member X.
  • the structural member X is a member that is a material for producing a disk that is a rotor member X1 used in a gas turbine or the like, and is a base member that forms a disk shape (FIG. 5A). FIG. 5B). That is, the disk is formed by cutting off the excess portion ⁇ so as to shape the shape of the structural member X.
  • a member similar to the structural member X is, for example, a structural member X made of the same material as the structural member X and having a different production lot, or a member having the same material as the structural member X and a different heat treatment condition It is a member which becomes a standard for doing.
  • a material of the structural member X or a member similar to the structural member X steel materials as shown in Table 1 below are used.
  • low alloy steel having a large variation in strength in the circumferential direction is used as an example of the material of the structural member X or the member similar to the structural member X of the present embodiment.
  • the correlation between the tensile strength and the creep speed is the spread of the distribution of the tensile strength measured at different positions in the member similar to the structural member X and the creep measured at the position corresponding to the position where the tensile strength was acquired.
  • the spread of the velocity distribution is a relationship having the same tendency.
  • tensile test pieces are created at different positions in the circumferential direction of members similar to the structural member X, and the respective tensile strengths are measured.
  • a creep test is implemented with respect to the creep test piece created in the position corresponding to the position which acquired tensile strength, and a steady creep rate is measured, respectively.
  • the tensile strength and the steady creep rate measured in this way have a correlation that when one increases, the other decreases.
  • the relationship between the tensile strength variation and the steady creep rate variation is expressed as the relationship between the tensile strength ratio and the creep rate ratio. get.
  • the tensile strength ratio represents a state of tensile strength distribution in the structural member X or a member similar to the structural member X.
  • the tensile strength ratio is, for example, a ratio between the largest value and the smallest value among a plurality of tensile strengths measured at different positions in the structural member X.
  • the tensile strength ratio is calculated as a ratio of the minimum tensile strength TSmin to the maximum tensile strength TSmax in the distribution data in the circumferential direction of the tensile strength of the structural member X as shown in FIG. That is, the tensile strength ratio represents the magnitude of variation in tensile strength in one structural member X.
  • the tensile strength ratio approaching 1 indicates that the difference between the maximum tensile strength TSmax and the minimum tensile strength TSmin is small and the variation in tensile strength in the structural member X is small
  • the tensile strength ratio is Approaching 0 indicates that the difference between the maximum tensile strength TSmax and the minimum tensile strength TSmin is large and the variation in tensile strength in the structural member X is large.
  • the creep speed ratio represents the state of creep speed distribution in the structural member X or a member similar to the structural member X.
  • the creep speed ratio is, for example, the ratio between the smallest value and the largest value among a plurality of creep speeds measured at different positions in the structural member X.
  • the creep speed ratio is calculated as a ratio of the maximum creep speed CRmax to the minimum creep speed CRmin in the circumferential distribution data of the steady creep speed of the structural member X as shown in FIG. That is, the creep speed ratio represents the magnitude of variation in steady creep speed in one structural member X.
  • the creep rate ratio approaching 1 indicates that the difference between the maximum creep rate CRmax and the minimum creep rate CRmin is small and the variation in the steady creep rate in the structural member X is small, and the tensile strength ratio is less than 1.
  • the increase indicates that the difference between the maximum creep speed CRmax and the minimum creep speed CRmin is large and the variation in the steady creep speed in the structural member X is large.
  • the relationship between the tensile strength ratio and the creep speed ratio is based on the correlation between the tensile strength and the creep speed, and the tensile strength and the steady creep speed are tensile for members similar to the structural member X. It is calculated by acquiring the strength ratio and the creep speed ratio. Specifically, the relationship between the tensile strength ratio and the creep speed ratio is calculated by calculating the tensile strength ratio and the creep speed ratio in advance from a plurality of members similar to the structural member X, and the linearity as shown in FIG. It is defined as a graph of correlation.
  • test piece creation step S11 a test piece is created from a predetermined position A of the outer peripheral portion of the structural member X.
  • tensile test pieces are created from a plurality of positions spaced apart from the predetermined position A by a predetermined interval in the circumferential direction.
  • tensile test pieces for carrying out a tensile test are also obtained at positions B to H, which are positions rotated in the circumferential direction by 45 degrees from a predetermined position A, respectively. create.
  • the structural member X is a base member before creating the rotor member X1 such as a disk, it is unnecessary for creating the rotor member X1 as shown in FIG. 5B.
  • a tensile test piece is created from a portion ⁇ which is a surplus of the outer peripheral portion.
  • the pitch of the sampling position of the test piece is not limited to 45 degrees as in the present embodiment, but is arbitrarily selected between 30 degrees and 90 degrees based on the material test result of the structural member X. be able to.
  • a tensile test is performed on tensile test pieces prepared from different positions from a predetermined position A of the structural member X to a position H rotated in the circumferential direction, and the tensile strength is measured.
  • the tensile strength ratio is calculated using the tensile strength measured from a plurality of tensile test pieces. Specifically, in the tensile strength ratio calculation step S13, the maximum tensile strength TSmax and the minimum tensile strength TSmin are extracted from the plurality of measured tensile strengths, and the minimum tensile strength TSmin with respect to the maximum tensile strength TSmax is extracted. Calculate the ratio to obtain the tensile strength ratio.
  • the creep speed distribution in the structural member X is estimated using the tensile strength acquired in the tensile test step S12 based on the correlation between the predetermined tensile strength and the creep speed.
  • the relationship between the tensile strength ratio and the creep rate ratio calculated from the correlation between the tensile strength and the creep rate, and the tensile strength is used in the tensile strength ratio calculation step S13.
  • the creep rate ratio of the structural member X is estimated as the creep rate distribution from the tensile strength ratio calculated in the above.
  • the creep rate distribution estimating step S14 applies the calculated tensile strength ratio to the relationship between the tensile strength ratio and the creep speed ratio as shown in the graph of FIG. Estimate the speed ratio.
  • the operation of the creep speed distribution evaluation method S1 of the first embodiment will be described.
  • the test piece creation step S11 the extra portion of the outer peripheral portion that is not necessary in creating the rotor member X1 at the predetermined position A of the structural member X to be evaluated
  • a tensile test piece is prepared from the portion ⁇ .
  • tensile test pieces are also created from positions B to H, which are positions rotated in the circumferential direction by 45 degrees from the predetermined position A (FIG. 5A).
  • a tensile test is performed in the tensile test step S12 using the plurality of tensile test pieces prepared, and the tensile strength is measured from each tensile test piece.
  • the tensile strength ratio calculation step S13 the maximum tensile strength TSmax and the minimum tensile strength TSmin are extracted from the measured plurality of tensile strengths, and the tensile strength ratio is calculated.
  • the creep speed ratio is acquired as a creep speed distribution in the structural member X. .
  • the creep rate distribution in the structural member X can be estimated by applying the tensile strength obtained in the tensile test step S12 to the correlation between the tensile strength and the creep rate. That is, by utilizing the fact that there is a correlation between tensile strength and creep speed, a tensile test is performed and the distribution of tensile strength at different positions in the circumferential direction of the structural member is measured.
  • the circumferential creep speed distribution in the structural member X can be estimated without performing the creep test. That is, a creep rate distribution in the structural member X can be estimated with high accuracy by performing a tensile test that is completed in a short time and acquiring a tensile strength.
  • the creep rate ratio can be easily estimated from the tensile strength ratio using the relationship between the tensile strength ratio and the creep rate ratio obtained based on the correlation between the tensile strength and the creep rate. Therefore, the creep speed ratio of the structural member X can be acquired in a short time without taking a long time for performing the creep test. Thereby, the magnitude
  • the creep rate distribution evaluation method S2 of the second embodiment is a point for judging whether or not the structural member X conforms to a predetermined standard from the tensile strength ratio using the correlation between the tensile strength and the creep rate. Is different from the first embodiment.
  • the creep speed distribution evaluation method S2 of the second embodiment determines whether or not a tensile strength ratio determination value corresponding to a creep speed ratio determination value predetermined by a correlation as a predetermined reference is exceeded. Specifically, in the creep rate distribution evaluation method S2, the structural member X to be evaluated is manufactured, and the tensile strength ratio calculated in the tensile strength ratio calculation step S13 exceeds the tensile strength ratio determination value. The structural member X is processed according to the determination result. More specifically, as shown in FIG.
  • the creep rate distribution evaluation method S ⁇ b> 2 includes a structural member manufacturing step S ⁇ b> 21 for manufacturing the structural member X, and a test piece generating step S ⁇ b> 11 for generating a test piece from the manufactured structural member X.
  • a tensile test step S12 for performing a tensile test on the created test piece
  • a tensile strength ratio calculating step S13 for calculating a tensile strength ratio from a plurality of tensile strengths acquired in the tensile test step S12
  • calculation And a tensile strength ratio determination step S22 for determining whether or not the tensile strength ratio exceeds a predetermined tensile strength ratio determination value.
  • the creep rate distribution evaluation method S2 includes a creep test step S23 for performing a creep test based on the determination result in the tensile strength ratio determination step S22, and a creep test result determination for determining the test result in the creep test step S23.
  • Investigation step S25 for investigating the structural member X based on the determination results in step S24, tensile strength ratio determination step S22 and creep test result determination step S24, and material inspection result determination for determining the investigation result in investigation step S25 Step S26.
  • the structural member X to be evaluated is manufactured from the material.
  • the structural member manufacturing step S21 of this embodiment includes a melting step S211 for melting raw materials, a forging step S212 for making the melted material a predetermined shape, and a heat treatment step for performing a heat treatment on the structural member X having a predetermined shape. S213.
  • the raw materials constituting the structural member X are melted.
  • the structural member X is formed into a predetermined shape.
  • a disk-shaped base member is formed by applying pressure with an anvil.
  • the structural member X formed in the forging step S212 is subjected to heat treatment such as quenching and tempering to adjust the material characteristics of the structural member X.
  • the tensile strength ratio determining step S22 satisfies a predetermined standard that is acceptable as the magnitude of the variation in the creep speed in the structural member X from the relationship between the calculated tensile strength ratio and the creep speed ratio. Determine whether or not.
  • the steady creep speeds at different positions of the structural member X are used as a predetermined reference that is acceptable to prevent the rotor bending in the structural member X.
  • the creep speed ratio determination value corresponding to the upper limit value of the variation is determined in advance as the first creep speed ratio determination value CR1. Acceptance criteria for preventing this rotor bending are determined by the material strength of the structural member X and the use environment / conditions.
  • the first creep speed ratio determination value CR1 is a large value.
  • the first creep speed ratio judgment value CR1 indicates that the variation of the steady creep speed of the structural member X allows the distribution of the creep speed in the circumferential direction of the rotor member X1 when the rotor member X1 such as a disk is manufactured from the structural member X. This is a reference value indicating that it is within the possible range.
  • the first creep speed ratio determination value CR1 is set by using, for example, a value that the maximum creep speed CRmax is about 2.3 times the minimum creep speed CRmin. Furthermore, it is desirable to set a value about 1.5 times for the structural member X that strictly prevents non-uniform deformation.
  • the set first creep speed ratio determination value CR1 is calculated by using the tensile strength ratio and the creep speed ratio calculated from the correlation between the tensile strength and the creep speed, as shown in FIG. By applying this relationship, the corresponding tensile strength ratio determination value is determined as the first tensile strength ratio determination value TS1.
  • a second tensile strength ratio determination value TS2 is determined in advance as a reference having a wider range than the first tensile strength ratio determination value TS1.
  • the second tensile strength ratio determination value TS2 is not at certain level that the structural member X is suitable as a material for manufacturing the rotor member X1, but is at a level that can be used as a material. Is a tensile strength ratio determination value.
  • the second tensile strength ratio determination value TS2 is set using a value about 1.5 times the first tensile strength ratio determination value TS1, for example.
  • the tensile strength ratio determination step S22 does the tensile strength ratio calculated in the tensile strength ratio calculation step S13 exceed the first tensile strength ratio determination value TS1 or the second tensile strength ratio determination value TS2? Judge whether or not. Specifically, in the tensile strength ratio determination step S22 of the present embodiment, when the calculated tensile strength ratio exceeds the first tensile strength ratio determination value TS1, the structural member X manufactures the rotor member X1. Considering that the material is suitable, it is determined that there is no problem by implementing the rotor member X1.
  • the calculated tensile strength ratio is less than the first tensile strength ratio determination value TS1, but if the calculated tensile strength ratio exceeds the second tensile strength ratio determination value TS2, the structural member X Is considered to be usable as a material for producing the rotor member X1, and the creep test is actually performed in the creep test step S23.
  • the structural member X is the rotor member X1.
  • material analysis such as component analysis and structural examination of the structural member X is performed.
  • the creep test step S23 a creep test is performed on the structural member X determined to be usable as a material for manufacturing the rotor member X1 in the tensile strength ratio determination step S22, and the creep rate is steady. Measure the creep rate.
  • the tensile strength ratio is lower than the first tensile strength ratio determination value TS1 in the tensile strength ratio determination step S22, but is higher than the second tensile strength ratio determination value TS2.
  • creep test pieces are respectively created from different positions from the predetermined position A of the structural member X to the position H rotated in the circumferential direction, similarly to the tensile test step S12.
  • a creep test is actually performed on the created creep test piece, and a steady creep rate is measured as a creep rate.
  • the magnitude of the variation in the plurality of steady creep rates measured in the creep test step S23 is directly compared with the first creep rate ratio determination value CR1. Specifically, in the creep test result determination step S24, a creep speed ratio is calculated from a plurality of measured steady creep speeds, and it is determined whether or not the creep speed ratio is below the first creep speed ratio determination value CR1. To do. In the creep test result determination step S24, when the calculated creep speed ratio falls below the first creep speed ratio determination value CR1, it is determined that the structural member X can be used as a material for manufacturing the rotor member X1.
  • step S24 if the calculated creep speed ratio exceeds the first creep speed ratio determination value CR1, the structural member X is regarded as unsuitable for use as a material for manufacturing the rotor member X1, and the investigation is performed.
  • step S25 material investigation such as component analysis of the structural member X, structure test, and the like is performed.
  • a material investigation such as component analysis and a structural test is performed on the structural member X determined to be unusable as a material for manufacturing the rotor member X1 in the tensile strength ratio determination step S22.
  • the temperature is raised as a heat treatment condition for bringing the structural member X into a state that can be used as a material for manufacturing the rotor member X1 such as a disk. Calculate speed, heating time, heating temperature, etc. If the structural member X is adjusted by heat treatment based on the calculation result, it is determined whether or not the rotor member X1 such as a disk can be used as a material for manufacturing.
  • the heat treatment step S213 is performed again on the structural member X based on the calculated heat treatment condition after performing the material investigation result determination step S26, and the structural member Adjust the material properties of X again.
  • the structural member X that cannot be found as a heat treatment condition that can be used as a material for manufacturing the rotor member X1 is regarded as not usable as a material for manufacturing the rotor member X1, and is discarded without manufacturing a disk.
  • the raw material is melted in the melting step S211 and molded in the forging step S212, and then heat treatment such as quenching and tempering is performed in the heat treatment step S213 to adjust the material characteristics and the structure
  • the member X is manufactured.
  • the tensile strength ratio is calculated by performing the test piece creation step S11, the tensile test step S12, and the tensile strength ratio calculation step S13, with the manufactured structural member X as the evaluation target, as in the first embodiment.
  • the tensile strength ratio determination step S22 it is determined whether or not the calculated tensile strength ratio of the structural member X exceeds the first tensile strength ratio determination value TS1 and the second tensile strength ratio determination value TS2.
  • the structural member X is regarded as suitable as a material for manufacturing the rotor member X1. . Thereafter, product processing is performed to manufacture a disk from the structural member X as the rotor member X1.
  • the structure may be used as a material for manufacturing the rotor member X1.
  • the creep test step S23 a creep test piece is prepared from the structural member X, and the creep test is actually performed. After performing the creep test step S23, the creep speed ratio is calculated from the steady creep speed measured in the creep test, and it is determined by directly comparing whether or not it is below the first creep speed ratio determination value CR1.
  • the structural member X When the calculated creep speed ratio falls below the first creep speed ratio judgment value CR1, it is considered that the structural member X can be used as a material for manufacturing the rotor member X1, and a product is processed to manufacture a disk from the structural member X. To do.
  • the structural member X exceeds the first creep speed ratio determination value CR1, the structural member X is regarded as unsuitable for use as a material for manufacturing the rotor member X1, and the component of the structural member X in the investigation step S25. Conduct material surveys such as analysis and structure testing.
  • the structural member X is a rotor. It is considered that the member X1 cannot be used as a material for manufacturing. Thereafter, the material investigation of the structural member X is performed in the investigation step S25.
  • the structural member X for which the heat treatment conditions that can be used in the material investigation result determination step S26 cannot be found is regarded as being unusable as a material for manufacturing the rotor member X1, and is discarded without manufacturing the disk.
  • the structural member X for which the heat treatment conditions that can be used in the material investigation result determination step S26 have been found is subjected to heat treatment again on the structural member X in the heat treatment step S213 based on the calculated heating rate, heating time, and heating temperature. And adjust the material properties.
  • the tensile strength ratio is calculated by performing the test piece creation step S11, the tensile test step S12, and the tensile strength ratio calculation step S13 again on the structural member X that has been subjected to the heat treatment in the heat treatment step S213.
  • the thickness ratio determining step S22 is performed. When the determination result in the tensile strength ratio determination step S22 exceeds the first tensile strength ratio determination value TS1, the structural member X is regarded as suitable as a material for manufacturing the rotor member X1, and the disk is removed. To manufacture.
  • the structural member X is not suitable as a material for manufacturing the rotor member X1.
  • material investigation such as component analysis and structural examination of the structural member X is performed.
  • the process after heat-treatment process S213 is repeated with respect to the structural member X until it manufactures a disk considering that it is suitable as a raw material which manufactures the rotor member X1, or it considers it unsuitable and discards. .
  • the structural member X is used as a material for manufacturing a product such as the rotor member X1 by determining the tensile strength of the structural member X in the tensile strength ratio determination step S22. Quality such as suitability can be easily determined. Specifically, the tensile force is calculated based on the correlation between the first creep speed ratio determination value CR1 determined in advance from the upper limit value of the variation in the steady creep speed allowable in the structural member X and the tensile strength and the creep speed.
  • the magnitude of variation in the steady creep speed in the structural member X can be determined with high accuracy using the tensile strength. can do. That is, by comparing the first tensile strength ratio determination value TS1 and the tensile strength ratio of the structural member X calculated in the tensile strength ratio calculating step S13, the structural member X that is the evaluation target is actually compared.
  • the magnitude of variation in the steady creep speed in the circumferential direction can be determined without performing a creep test over a long period of time. Thereby, the creep rate distribution with high accuracy can be evaluated for the structural member X in a short time, and the quality of the structural member X can be confirmed.
  • the structural member X is subjected to heat treatment.
  • a heat treatment step S213 is performed.
  • the second tensile strength ratio determination value TS2 having a wider range than the first tensile strength ratio determination value TS1 is also used as a reference in the tensile strength ratio determination step S22, thereby providing a plurality of references and a structural member. It can be determined whether or not X can be used as a material for manufacturing the rotor member X1. Therefore, the quality of the structural member X can be confirmed more finely by determining with a plurality of criteria.
  • the structural member X that cannot be used as the material for manufacturing the rotor member X1 is obtained by performing the heat treatment step S213 after performing the investigation step S25.
  • the material properties can be adjusted efficiently to meet the standards.
  • the structural member X whose quality is not suitable for the standard can be efficiently adjusted to meet the predetermined standard.
  • the process process of the structural member X based on the determination result in tensile strength ratio determination process S22 is not limited to this embodiment.
  • the heat treatment step S213 may be performed without performing the investigation step S25.
  • tensile strength ratio becomes 1st tensile strength ratio determination value TS1 and 2nd tensile strength by tensile strength ratio determination process S22.
  • the investigation step S25 may be performed or the creep test step S23 may be performed.
  • the heat treatment step S213 may be performed on the structural member X exceeding the first creep speed ratio determination value CR1. Therefore, the order and number of times of performing the investigation step S25, the creep test step S23, and the heat treatment step S213 after the tensile strength ratio determination step S22 are not limited to the present embodiment, and are appropriately determined as necessary. It only has to be set.
  • the creep speed ratio may be estimated from the tensile strength ratio as in the first embodiment. For example, the estimated creep speed ratio is directly compared with the first creep speed ratio determination value CR1, or the second creep speed ratio determination value corresponding to the second tensile strength ratio determination value TS2 is calculated. The determination may be made by directly comparing with the creep speed ratio determination value.
  • the base member for manufacturing the rotor member X1 is given as an example of the structural member X.
  • the present invention is not limited to this. That is, the structural member X for which the creep rate distribution is desired to be evaluated may be used because there is a concern over deterioration over time.
  • the material of the structural member X is not limited to low alloy steel like this embodiment.
  • the material of the structural member X may be used for high alloy steel such as high chromium steel such as J material to P material in Table 1.
  • the relationship between the tensile strength ratio and the creep speed ratio between the tensile strength ratio and the creep speed ratio is not limited to this.
  • the relationship between the difference between the maximum tensile strength TSmax and the minimum tensile strength TSmin and the difference between the maximum creep rate CRmax and the minimum creep rate CRmin is obtained. May be used.
  • the difference between the maximum tensile strength TSmax and the minimum tensile strength TSmin and the relationship between the maximum creep rate CRmax and the minimum creep rate CRmin are also linearly correlated as in the relationship between the tensile strength ratio and the creep rate ratio. It can be defined as a relationship graph.
  • the relationship between the yield stress and the variation in the circumferential direction of the steady creep rate is expressed as the yield stress ratio. It can be calculated as a relationship with the creep speed ratio.
  • the creep rate distribution in the structural member is estimated with high accuracy by estimating the creep rate from the tensile strength based on the correlation between the predetermined tensile strength and the creep rate. can do.

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Abstract

　このクリープ速度分布評価方法（Ｓ１）は、複数の試験片を構造部材の異なる位置からそれぞれ作成する試験片作成工程（Ｓ１１）と、前記複数の試験片に対して引張試験を実施することで、前記複数の試験片の引張強さをそれぞれ取得する引張試験工程（Ｓ１２）と、予め定めた引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて、引張試験工程（Ｓ１２）で取得した前記引張強さから前記構造部材におけるクリープ速度分布を推定するクリープ速度分布推定工程（Ｓ１４）とを含む。

Description

クリープ速度分布評価方法
　本発明は、クリープ速度分布評価方法に関する。
　本願は、２０１４年３月１３日に、日本に出願された特願２０１４－０５０８０２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ガスタービンや蒸気タービン等の高温で使用される構造部材は、クリープ変形が起きる。その際，クリープ変形の不均一が大きい構造部材は、曲りなどの不具合の原因になる可能性がある。
　例えば、ガスタービンの圧縮機等に用いられるディスク等のロータ部材は、後段に向かうにしたがって圧縮された高温高圧の流体と接触することによって温度が高くなる。このような高温で高速回転して長期間にわたって使用されるロータ部材では、クリープ変形が生じる。そして、ロータ部材の強度が周方向の位置によってばらついていると、クリープ変形が生じた場合に周方向で変形量が変わってしまい、クリープ変形が不均一となってしまう。その結果、ロータは周方向に不均一に変形し、時間経過とともに全体としてロータが曲がってしまうおそれがある。その結果、ロータの軸振動の原因となる可能性がある。
　そこで、ロータ部材を製造する素材である構造部材に対して、周方向の位置によってクリープ強度にばらつきが生じていないかを事前に確認する必要がある。クリープ強度を確認する方法としては、構造部材に対してクリープ試験を行うことでクリープ速度を確認する方法が挙げられる。また、クリープ試験と比較して短時間でクリープ強度を確認する方法として、クリープ強度に影響を及ぼす因子をクリープ速度と推定して用いる方法が用いられている。
　このような方法として、例えば、特許文献１では構造部材の硬さ、結晶粒度、析出物等を利用してクリープ速度を推定している。具体的には、特許文献１に記載の方法は、クリープ強度に影響を及ぼす因子として、硬さ、結晶粒度または析出物のいずれか一つのうち、最も偏差比の大きい因子を用いてＦＥＭクリープ解析を行って構造部材の経年曲がり量を予測評価する。即ち、特許文件１に記載の方法では、硬さ、結晶粒度または析出物等のうち、最も偏差比の大きい因子をクリープ速度の周方向における分布と推定して使用している。
特開２０１３－１１３１４４号公報
　しかしながら、特許文献１で用いられる硬さ、結晶粒度、又は析出物とクリープ速度との間に明確な相関関係が認められない材料もあり、いずれか一つの因子だけを測定しても、構造部材におけるクリープ速度の異なる位置での分布を精度良く推定することが難しいという問題がある。
　本発明は、構造部材におけるクリープ速度分布を高い精度で推定可能なクリープ速度分布評価方法を提供する。
　本発明の一態様におけるクリープ速度分布評価方法は、複数の試験片を構造部材の異なる位置からそれぞれ作成する試験片作成工程と、前記複数の試験片に対して引張試験を実施することで、前記複数の試験片の引張強さをそれぞれ取得する引張試験工程と、予め定めた引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて、前記引張試験工程で取得した前記引張強さから前記構造部材におけるクリープ速度分布を推定するクリープ速度分布推定工程とを含む。
　このようなクリープ速度分布評価方法によれば、引張強さとクリープ速度との相関関係に引張試験工程で取得した引張強さを当てはめることで、構造部材におけるクリープ速度の分布を推定できる。即ち、引張強さとクリープ速度とに相関関係があることを利用することで、引張試験を実施して構造部材における異なる位置での引張強さの分布を測定することで、長時間かけてクリープ試験を実施することなく、構造部材における異なる位置でのクリープ速度分布を推定することができる。即ち、短時間で終了する引張試験を実施して引張強さを取得することで、構造部材におけるクリープ速度分布を高い精度で推定することができる。
　また、本発明の他の態様におけるクリープ速度分布評価方法では、前記複数の試験片の引張強さのうちで、最小引張強さと最大引張強さとの比率を前記構造部材の引張強さ比として算出する引張強さ比算出工程を含み、前記クリープ速度分布推定工程は、前記相関関係に基づいて、前記引張強さ比から前記構造部材の最小クリープ速度と最大クリープ速度との比率を前記クリープ速度分布として推定してもよい。
　このようなクリープ速度分布評価方法によれば、引張強さとクリープ速度との相関関係を利用して、引張強さ比からクリープ速度比を容易に推定することができる。そのため、クリープ試験を実施するような長い時間をかけずに短時間で構造部材のクリープ速度比を取得することができる。これにより、構造部材におけるクリープ速度の異なる位置でのばらつきの大きさを高い精度で容易に推定することができる。
　さらに、本発明の他の態様におけるクリープ速度分布評価方法では、前記引張強さ比算出工程で算出した引張強さ比が、前記相関関係により予め定められるクリープ速度比判定値に対応する引張強さ比判定値を満足しているか否か判定する引張強さ比判定工程を含んでいてもよい。
　このようなクリープ速度分布評価方法によれば、引張強さ比判定工程によって構造部材の引張り強さを判定することで、構造部材の品質を判定することができる。具体的には、予め定めたクリープ速度比判定値と、引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて引張強さ比判定値を定めることで、引張強さを用いて構造部材におけるクリープ速度のばらつきの大きさを高い精度で判定することができる。そして、引張強さ比判定値と、引張強さ比算出工程で算出した構造部材の引張強さ比とを比較することで、構造部材に実際に長時間かけてクリープ試験を実施することなく、異なる位置での構造部材におけるクリープ速度のばらつきの大きさを判定することができる。これにより、構造部材に対して短時間で精度の高いクリープ速度分布の評価を行い、構造部材の品質を確認することができる。
　また、本発明の他の態様におけるクリープ速度分布評価方法では、前記引張強さ比判定工程で前記引張強さ比が予め定めた引張強さ比判定値を満足しないと判定した場合に、前記構造部材に熱処理を施す熱処理工程を含んでいてもよい。
　このようなクリープ速度分布評価方法によれば、品質が所定の基準に適合しない構造部材であっても、熱処理によって材料特性を調整し直して、所定の基準に適合させることができる。
　上記したクリープ速度分布評価方法によれば、予め定めた引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて、引張強さからクリープ速度を推定することで、構造部材におけるクリープ速度分布を高い精度で推定することができる。
本発明の第一実施形態におけるクリープ速度分布評価方法のフロー図である。 本発明の第一実施形態における構造部材の引張強さの周方向の分布を示すグラフである。 本発明の第一実施形態における構造部材の定常クリープ速度の周方向の分布を示すグラフである。 本発明の第一実施形態における構造部材の引張強さ比とクリープ速度比の関係を示すグラフである。 本発明の第一実施形態における試験片作成工程に関する模式図で、構造部材を表す正面図である。 本発明の第一実施形態における試験片作成工程に関する模式図で、構造部材の側面の一部を拡大した側面拡大図である。 本発明の第二実施形態におけるクリープ速度分布評価方法のフロー図である。 本発明の第二実施形態における第一クリープ速度比判定値と第一引張強さ比判定値及び第二引張強さ比判定値との関係を示すグラフである。
《第一実施形態》
　以下、本発明に係る第一実施形態のクリープ速度分布評価方法について図１から図５Ｂを参照して説明する。
　クリープ速度分布評価方法Ｓ１は、予め定めた引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて、引張強さからクリープ速度を推定して評価対象におけるクリープ速度分布を評価する方法である。本実施形態におけるクリープ速度分布評価方法Ｓ１は、表１に示す様な構造部材Ｘを評価対象として、構造部材Ｘにおける周方向のクリープ速度分布を評価する。より具体的には、本実施形態ではクリープ速度として定常クリープ速度を用いる。クリープ速度分布評価方法Ｓ１は、構造部材Ｘから複数の試験片を作成する試験片作成工程Ｓ１１と、作成した試験片に対して引張試験を実施して引張強さを取得する引張試験工程Ｓ１２と、引張試験工程Ｓ１２で取得した複数の引張強さから引張強さ比を算出する引張強さ比算出工程Ｓ１３と、引張強さ比からクリープ速度分布を推定するクリープ速度分布推定工程Ｓ１４と含む。
　本実施形態における構造部材Ｘは、構造部材Ｘに類する部材によって引張強さとクリープ速度との相関関係が事前に取得されて評価対象となる部材である。具体的には、構造部材Ｘは、ガスタービン等に使用されるロータ部材Ｘ１であるディスクを作製するための素材となる部材であって、円板状をなすベース部材となっている（図５Ａ、図５Ｂ）。即ち、構造部材Ｘの形状を成形するように、余分な部分αを切り取ることで、ディスクが形成される。ここで、構造部材Ｘに類する部材とは、例えば、構造部材Ｘと同じ材料で構成されて製造ロットの異なる部材や、構造部材Ｘと同じ材料で熱処理条件が異なる部材等の構造部材Ｘを評価するための基準となる部材である。また、構造部材Ｘや構造部材Ｘに類する部材の材料としては、下記表１に記載のような鋼材が使用される。本実施形態の構造部材Ｘや構造部材Ｘに類する部材の材料としては、一例として、周方向の強度のばらつきの大きい低合金鋼を使用する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　引張強さとクリープ速度との間の相関関係とは、構造部材Ｘに類する部材において異なる位置で測定した引張強さの分布の広がりと、引張強さを取得した位置と対応する位置で測定したクリープ速度の分布の広がりとが、図２及び図３に示すように、同じ傾向となる関係である。具体的には、本実施形態では、構造部材Ｘに類する部材の周方向の異なる位置で引張試験片を作成してそれぞれの引張強さを測定する。そして、引張強さを取得した位置と対応する位置で作成したクリープ試験片に対してクリープ試験を実施してそれぞれ定常クリープ速度を測定する。このように測定した引張強さと定常クリープ速度とは、一方が増加すれば他方は減少するという相関関係を有する。
　本実施形態では、引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて、引張強さのばらつきの大きさと定常クリープ速度のばらつきの大きさとの関係を、引張強さ比とクリープ速度比との関係として取得する。
　引張強さ比は、構造部材Ｘや構造部材Ｘに類する部材における引張強さの分布の状態を表している。具体的には、引張強さ比は、例えば、構造部材Ｘにおいて異なる位置で測定した複数の引張強さのうち、最も大きい値と最も小さい値との比率である。本実施形態では、引張強さ比は、図２に示すような構造部材Ｘの引張強さの周方向の分布のデータにおける最大引張強さＴＳｍａｘに対する最小引張強さＴＳｍｉｎの比率として算出される。
　即ち、引張強さ比は、一つの構造部材Ｘにおける引張強さのばらつきの大きさを表している。したがって、引張強さ比が１に近づくことは、最大引張強さＴＳｍａｘと最小引張強さＴＳｍｉｎの差が小さく構造部材Ｘにおける引張強さのばらつきが小さいことを表しており、引張強さ比が０に近づくことは、最大引張強さＴＳｍａｘと最小引張強さＴＳｍｉｎの差が大きく構造部材Ｘにおける引張強さのばらつきが大きいことを表している。
　クリープ速度比は、構造部材Ｘや構造部材Ｘに類する部材におけるクリープ速度の分布の状態を表している。具体的には、クリープ速度比は、例えば、構造部材Ｘにおいて異なる位置で測定した複数のクリープ速度のうち、最も小さい値と最も大きい値との比率である。本実施形態では、クリープ速度比は、図３に示すような構造部材Ｘの定常クリープ速度の周方向の分布のデータにおける最小クリープ速度ＣＲｍｉｎに対する最大クリープ速度ＣＲｍａｘの比率として算出される。即ち、クリープ速度比は、一つの構造部材Ｘにおける定常クリープ速度のばらつきの大きさを表している。したがって、クリープ速度比が１に近づくことは、最大クリープ速度ＣＲｍａｘと最小クリープ速度ＣＲｍｉｎの差が小さく構造部材Ｘにおける定常クリープ速度のばらつきが小さいことを表しており、引張強さ比が１よりも大きくなることは、最大クリープ速度ＣＲｍａｘと最小クリープ速度ＣＲｍｉｎの差が大きく構造部材Ｘにおける定常クリープ速度のばらつきが大きいことを表している。
　したがって、引張強さ比とクリープ速度比との関係は、引張強さとクリープ速度との間の相関関係に基づいて、複数の構造部材Ｘに類する部材に対して引張強さ及び定常クリープ速度から引張強さ比及びクリープ速度比を取得することで算出される。具体的には、引張強さ比とクリープ速度比との関係は、複数の構造部材Ｘに類する部材から事前に引張強さ比及びクリープ速度比を算出することで、図４に示すような線形の相関関係のグラフとして定められる。
　試験片作成工程Ｓ１１は、図５Ａに示すように、構造部材Ｘの外周部分の所定位置Ａから試験片を作成する。本実施形態の試験片作成工程Ｓ１１は、所定位置Ａから周方向に一定の間隔ずつ離れた複数の位置から引張試験片を作成する。具体的には、本実施形態の試験片作成工程Ｓ１１は、所定位置Ａから４５度ずつ周方向に回転した位置であるＢからＨの位置においても引張試験を実施するための引張試験片をそれぞれ作成する。そして、本実施形態の試験片作成工程Ｓ１１では、構造部材Ｘがディスク等のロータ部材Ｘ１を作成する前のベース部材であるため、図５Ｂに示すように、ロータ部材Ｘ１を作成する上で不要となる外周部分の余肉となる部分αから引張試験片を作成する。
　なお、試験片の採取位置のピッチは、本実施形態のように４５度ずつに限定されるものではなく、構造部材Ｘの材料試験結果を元に３０度から９０度の間で任意に選択することができる。
　引張試験工程Ｓ１２は、構造部材Ｘの所定位置Ａから周方向に回転した位置Ｈまでの異なる位置から作成した引張試験片に対して、それぞれ引張試験を実施して、引張強さを測定する。
　引張強さ比算出工程Ｓ１３は、複数の引張試験片から測定された引張強さを用いて引張強さ比を算出する。具体的には、引張強さ比算出工程Ｓ１３では、測定した複数の引張強さから、最大引張強さＴＳｍａｘと最小引張強さＴＳｍｉｎとを抜き出し、最大引張強さＴＳｍａｘに対する最小引張強さＴＳｍｉｎの比を算出して引張強さ比を取得する。
　クリープ速度分布推定工程Ｓ１４は、予め定めた引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて、引張試験工程Ｓ１２で取得した引張強さを用いて構造部材Ｘにおけるクリープ速度分布を推定する。本実施形態のクリープ速度分布推定工程Ｓ１４は、引張強さとクリープ速度との相関関係から算出した引張強さ比とクリープ速度比との関係と、引張強さ比算出工程Ｓ１３で引張強さを用いて算出した引張強さ比とから構造部材Ｘのクリープ速度比をクリープ速度分布として推定する。具体的には、クリープ速度分布推定工程Ｓ１４は、前述した図４のグラフに示すような引張強さ比とクリープ速度比との関係に、算出した引張強さ比を当てはめることで、対応するクリープ速度比を推定する。
　次に、第一実施形態のクリープ速度分布評価方法Ｓ１の作用について説明する。
　第一実施形態のクリープ速度分布評価方法Ｓ１では、試験片作成工程Ｓ１１として、評価対象となる構造部材Ｘの所定位置Ａにおいて、ロータ部材Ｘ１を作成する上で不要となる外周部分の余肉となる部分αから引張試験片を作成する。同様に、所定位置Ａから４５度ずつ周方向に回転した位置であるＢからＨの位置からも引張試験片を作成する（図５Ａ）。作成した複数の引張試験片を用いて引張試験工程Ｓ１２で引張試験を実施して各引張験片から引張強さを測定する。その後、引張強さ比算出工程Ｓ１３で、測定した複数の引張強さから最大引張強さＴＳｍａｘと最小引張強さＴＳｍｉｎとを抜き出し、引張強さ比を算出する。引張強さ比算出工程Ｓ１３によって算出した引張強さ比を予め定めておいた引張強さ比とクリープ速度比との関係に当てはめることで、クリープ速度比を構造部材Ｘにおけるクリープ速度分布として取得する。
　上記のようなクリープ速度分布評価方法Ｓ１によれば、引張強さとクリープ速度との相関関係に引張試験工程Ｓ１２で取得した引張強さを当てはめることで、構造部材Ｘにおけるクリープ速度分布を推定できる。即ち、引張強さとクリープ速度とに相関関係があることを利用することで、引張試験を実施して構造部材における周方向の異なる位置での引張強さの分布を測定することで、長時間かけてクリープ試験を実施することなく、構造部材Ｘにおける周方向のクリープ速度分布を推定することができる。即ち、短時間で終了する引張試験を実施して引張強さを取得することで、構造部材Ｘにおけるクリープ速度分布を高い精度で推定することができる。
　また、引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて求められる引張強さ比とクリープ速度比との関係を利用して、引張強さ比からクリープ速度比を容易に推定することができる。そのため、クリープ試験を実施するような長い時間をかけずに、短時間で構造部材Ｘのクリープ速度比を取得することができる。これにより、評価対象となる構造部材Ｘにおけるクリープ速度の周方向の異なる位置でのばらつきの大きさを高い精度で容易に推定することができる。
《第二実施形態》
　次に、図６及び図７を参照して第二実施形態のクリープ速度分布評価方法Ｓ２ついて説明する。
　第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態のクリープ速度分布評価方法Ｓ２は、引張強さとクリープ速度との相関関係を利用して引張強さ比から構造部材Ｘが所定の基準に適合しているか否かを判定する点について、第一実施形態と相違する。
　即ち、第二実施形態のクリープ速度分布評価方法Ｓ２は、所定の基準として相関関係により予め定められるクリープ速度比判定値に対応する引張強さ比判定値を超えているか否か判定する。具体的には、クリープ速度分布評価方法Ｓ２は、評価対象である構造部材Ｘを製造し、引張強さ比算出工程Ｓ１３で算出した引張強さ比が、引張強さ比判定値を上回っているか否か判定し、判定結果に応じて構造部材Ｘを処理する。より具体的には、図６に示すように、クリープ速度分布評価方法Ｓ２は、構造部材Ｘを製造する構造部材製造工程Ｓ２１と、製造した構造部材Ｘから試験片を作成する試験片作成工程Ｓ１１と、作成した試験片に対して引張試験を実施する引張試験工程Ｓ１２と、引張試験工程Ｓ１２で取得した複数の引張強さから引張強さ比を算出する引張強さ比算出工程Ｓ１３と、算出した引張強さ比が予め定めた引張強さ比判定値を上回っているか否かを判定する引張強さ比判定工程Ｓ２２とを含む。さらに、クリープ速度分布評価方法Ｓ２は、引張強さ比判定工程Ｓ２２での判定結果に基づいてクリープ試験を実施するクリープ試験工程Ｓ２３と、クリープ試験工程Ｓ２３での試験結果を判定するクリープ試験結果判定工程Ｓ２４と、引張強さ比判定工程Ｓ２２とクリープ試験結果判定工程Ｓ２４での判定結果に基づいて構造部材Ｘを調査する調査工程Ｓ２５と、調査工程Ｓ２５での調査結果を判定する材質調査結果判定工程Ｓ２６と、を含む。
　構造部材製造工程Ｓ２１は、材料から評価対象となる構造部材Ｘを製造する。本実施形態の構造部材製造工程Ｓ２１は、原材料を溶かす溶解工程Ｓ２１１と、溶かした材料を所定の形状にする鍛造工程Ｓ２１２、所定の形状となった構造部材Ｘに対して熱処理を実施する熱処理工程Ｓ２１３とを有する。
　溶解工程Ｓ２１１は、構造部材Ｘを構成する原材料を溶解する。
　鍛造工程Ｓ２１２は、構造部材Ｘを所定の形状に成形する。本実施形態の鍛造工程Ｓ２１２は、金敷などで圧力を加えることで円盤状のベース部材を成形する。
　熱処理工程Ｓ２１３は、鍛造工程Ｓ２１２によって形成した構造部材Ｘに対して焼入れや焼戻し等の熱処理を行い、構造部材Ｘの材料特性を調整する。
　引張強さ比判定工程Ｓ２２は、算出しておいた引張強さ比とクリープ速度比との関係から、構造部材Ｘにおけるクリープ速度のばらつきの大きさとして許容可能な所定の基準を満足しているか否かを判定する。具体的には、引張強さ比判定工程Ｓ２２では、図７に示すように、構造部材Ｘにおいてロータ曲がりを防止するために許容可能な所定の基準として、構造部材Ｘの異なる位置の定常クリープ速度のばらつきの上限値に対応するクリープ速度比判定値を第一クリープ速度比判定値ＣＲ１として予め定める。このロータ曲がりを防止するための許容基準は、構造部材Ｘの材料強度及び使用環境/条件によって決められる。例えば、クリープ速度が全周にわたって十分に低く、クリープ速度差があっても変形が十分に小さい場合などでは、第一クリープ速度比判定値ＣＲ１は大きな値となる。第一クリープ速度比判定値ＣＲ１は、構造部材Ｘの定常クリープ速度のばらつきが、構造部材Ｘからディスク等のロータ部材Ｘ１を製造した場合に、ロータ部材Ｘ１における周方向にクリープ速度の分布が許容可能な範囲に収まっていることを表す基準値である。即ち、第一クリープ速度比判定値ＣＲ１を下回っていることで、構造部材Ｘにおけるクリープ速度の周方向のばらつきが小さく、その構造部材Ｘがロータ部材Ｘ１を製造する素材として適しているとみなせることを表している。第一クリープ速度比判定値ＣＲ１は、例えば、最大クリープ速度ＣＲｍａｘが、最小クリープ速度ＣＲｍｉｎに対して２．３倍程度の値を用いて設定する。さらに、変形の不均一を厳しく防止する構造部材Ｘに対しては１．５倍程度の値を用いて設定することが望ましい。
　さらに、引張強さ比判定工程Ｓ２２では、設定した第一クリープ速度比判定値ＣＲ１を、図７に示すように、引張強さとクリープ速度の相関関係から算出した引張強さ比とクリープ速度比との関係に当てはめることで対応する引張強さ比判定値を第一引張強さ比判定値ＴＳ１と定める。
　さらに、引張強さ比判定工程Ｓ２２では、第一引張強さ比判定値ＴＳ１よりも許容する範囲の広い基準として第二引張強さ比判定値ＴＳ２を予め定める。即ち、第二引張強さ比判定値ＴＳ２は、その構造部材Ｘがロータ部材Ｘ１を製造する素材として適していると確実にみなせるわけではないが、素材として使用できる可能性が有るレベルであることを示す引張強さ比判定値である。第二引張強さ比判定値ＴＳ２は、例えば、第一引張強さ比判定値ＴＳ１に対して１．５倍程度の値を用いて設定する。
　そして、引張強さ比判定工程Ｓ２２では、引張強さ比算出工程Ｓ１３で算出した引張強さ比が、第一引張強さ比判定値ＴＳ１または第二引張強さ比判定値ＴＳ２を上回っているか否か判定する。具体的には、本実施形態の引張強さ比判定工程Ｓ２２では、算出した引張強さ比が第一引張強さ比判定値ＴＳ１を上回った場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として適しているとみなし、ロータ部材Ｘ１を実施して問題ないと判定する。また、引張強さ比判定工程Ｓ２２では、算出した引張強さ比が第一引張強さ比判定値ＴＳ１を下回ったが、第二引張強さ比判定値ＴＳ２を上回った場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できる可能性が有るとみなし、クリープ試験工程Ｓ２３にて実際にクリープ試験を実施する。また、引張強さ比判定工程Ｓ２２では、算出した引張強さ比が第一引張強さ比判定値ＴＳ１及び第二引張強さ比判定値ＴＳ２を下回った場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として適していないとみなし、調査工程Ｓ２５で構造部材Ｘの成分分析、組織試験等の材質調査を実施する。
　クリープ試験工程Ｓ２３は、引張強さ比判定工程Ｓ２２でロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できる可能性が有ると判定された構造部材Ｘに対して、クリープ試験を実施して、クリープ速度として定常クリープ速度を測定する。本実施形態のクリープ試験工程Ｓ２３は、引張強さ比判定工程Ｓ２２で引張強さ比が第一引張強さ比判定値ＴＳ１を下回ったが、第二引張強さ比判定値ＴＳ２を上回っていると判定された場合に、引張試験工程Ｓ１２と同様に、構造部材Ｘの所定位置Ａから周方向に回転した位置Ｈまでの異なる位置から、それぞれクリープ試験片を作成する。クリープ試験工程Ｓ２３では、作成したクリープ試験片に対して実際にクリープ試験を実施し、クリープ速度として定常クリープ速度をそれぞれ測定する。
　クリープ試験結果判定工程Ｓ２４では、クリープ試験工程Ｓ２３で測定した複数の定常クリープ速度のばらつきの大きさを第一クリープ速度比判定値ＣＲ１と直接比較して判定する。具体的には、クリープ試験結果判定工程Ｓ２４では、測定した複数の定常クリープ速度からクリープ速度比を算出して、そのクリープ速度比が第一クリープ速度比判定値ＣＲ１を下回っているか否かを判定する。クリープ試験結果判定工程Ｓ２４では、算出したクリープ速度比が第一クリープ速度比判定値ＣＲ１を下回った場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できると判定する。一方、クリープ試験結果判定工程Ｓ２４では、算出したクリープ速度比が第一クリープ速度比判定値ＣＲ１を上回った場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用に適さないとみなし、調査工程Ｓ２５で構造部材Ｘの成分分析、組織試験等の材質調査を実施する。
　調査工程Ｓ２５では、引張強さ比判定工程Ｓ２２でロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できないと判定された構造部材Ｘに対して成分分析、組織試験等の材質調査を実施する。
　材質調査結果判定工程Ｓ２６は、調査工程Ｓ２５の材質調査の結果に基づいて、構造部材Ｘをディスク等のロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できると考えられる状態にするための熱処理条件として昇温速度，加熱時間や加熱温度等を算出する。算出結果に基づいて、構造部材Ｘが熱処理によって調整すれば、ディスク等のロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できるか否かを判定する。ロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できると判定した場合は、材質調査結果判定工程Ｓ２６を実施後に、算出した熱処理条件に基づいて、構造部材Ｘに対して再び熱処理工程Ｓ２１３を実施し、構造部材Ｘの材料特性を再度調整する。一方、ロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できると考えられる熱処理条件を見出すことができない構造部材Ｘは、ロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できないとみなし、ディスクを製造せずに廃却する。
　次に、第二実施形態のクリープ速度分布評価方法Ｓ２の作用について説明する。
　第二実施形態のクリープ速度分布評価方法Ｓ２では、溶解工程Ｓ２１１で原材料を溶かし、鍛造工程Ｓ２１２で成形した後に、熱処理工程Ｓ２１３で焼入れや焼戻し等の熱処理を実施して材料特性を調整して構造部材Ｘを製造する。製造した構造部材Ｘを評価対象として、第一実施形態と同様に、試験片作成工程Ｓ１１、引張試験工程Ｓ１２、及び引張強さ比算出工程Ｓ１３を実施することによって引張強さ比を算出する。
　算出した構造部材Ｘの引張強さ比が、第一引張強さ比判定値ＴＳ１及び第二引張強さ比判定値ＴＳ２を上回っているか否かを引張強さ比判定工程Ｓ２２で判定する。引張強さ比判定工程Ｓ２２で、算出した引張強さ比が第一引張強さ比判定値ＴＳ１を上回ったと判定した場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として適しているとみなす。
　その後、製品加工を実施して構造部材Ｘからロータ部材Ｘ１としてディスクを製造する。
　また、引張強さ比判定工程Ｓ２２で、算出した引張強さ比が第一引張強さ比判定値ＴＳ１を下回ったが、第二引張強さ比判定値ＴＳ２を上回ったと判定した場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できる可能性が有るとみなす。その後、クリープ試験工程Ｓ２３で、構造部材Ｘからクリープ試験片を作成して実際にクリープ試験を実施する。クリープ試験工程Ｓ２３を実施後に、クリープ試験で測定した定常クリープ速度からクリープ速度比を算出して、第一クリープ速度比判定値ＣＲ１を下回っているか否かを直接比較して判定する。算出したクリープ速度比が第一クリープ速度比判定値ＣＲ１を下回った場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できるとみなし、製品加工を実施して構造部材Ｘからディスクを製造する。一方、算出したクリープ速度比が第一クリープ速度比判定値ＣＲ１を上回った場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用に適さないとみなし、調査工程Ｓ２５で構造部材Ｘの成分分析、組織試験等の材質調査を実施する。
　さらに、引張強さ比判定工程Ｓ２２で、算出した引張強さ比が第一引張強さ比判定値ＴＳ１及び第二引張強さ比判定値ＴＳ２を下回ったと判定した場合、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できないとみなす。その後、調査工程Ｓ２５で構造部材Ｘの材質調査を実施する。
　調査工程Ｓ２５での材質調査の結果に基づいて、材質調査結果判定工程Ｓ２６でロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できる状態に構造部材Ｘをするための昇温速度，加熱時間や加熱温度等の熱処理条件を算出する。材質調査結果判定工程Ｓ２６で使用できる熱処理条件が見いだせなかった構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できないとみなし、ディスクを製造せずに廃却する。一方、材質調査結果判定工程Ｓ２６で使用できる熱処理条件が見いだせた構造部材Ｘは、算出した昇温速度，加熱時間や加熱温度に基づいて、熱処理工程Ｓ２１３で構造部材Ｘに対して再び熱処理を実施し、材料特性を調整する。
　熱処理工程Ｓ２１３で熱処理が実施された構造部材Ｘに、再び、試験片作成工程Ｓ１１、引張試験工程Ｓ１２、及び引張強さ比算出工程Ｓ１３を実施することによって引張強さ比を算出し、引張強さ比判定工程Ｓ２２を実施する。引張強さ比判定工程Ｓ２２での判定結果が、第一引張強さ比判定値ＴＳ１を上回った場合には、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として適しているとみなし、ディスクを製造する。逆に、再び引張強さ比判定工程Ｓ２２での判定結果が、第一引張強さ比判定値ＴＳ１を下回った場合には、その構造部材Ｘはロータ部材Ｘ１を製造する素材として適していないとみなし、調査工程Ｓ２５で構造部材Ｘの成分分析、組織試験等の材質調査を実施する。このようにしてロータ部材Ｘ１を製造する素材として適しているとみなしてディスクを製造するか、適していないとみなして廃却するまで、構造部材Ｘに対して熱処理工程Ｓ２１３以降の工程が繰返される。
　上記のようなクリープ速度分布評価方法Ｓ２によれば、引張強さ比判定工程Ｓ２２によって構造部材Ｘに引張り強さを判定することで、構造部材Ｘがロータ部材Ｘ１などの製品を製造する素材として適しているか否か等の品質を容易に判定することができる。具体的には、構造部材Ｘにおいて許容可能な定常クリープ速度のばらつきの上限値から予め定めた第一クリープ速度比判定値ＣＲ１と、引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて算出される引張強さ比とクリープ速度比との関係とによって、第一引張強さ比判定値ＴＳ１を定めることで、引張強さを用いて構造部材Ｘにおける定常クリープ速度のばらつきの大きさを高い精度で判定することができる。即ち、第一引張強さ比判定値ＴＳ１と、引張強さ比算出工程Ｓ１３で算出した構造部材Ｘの引張強さ比とを比較することで、評価対象である構造部材Ｘに対して実際に長時間かけてクリープ試験を実施することなく、周方向の定常クリープ速度のばらつきの大きさを判定することができる。これにより、構造部材Ｘに対して短時間で精度の高いクリープ速度分布の評価を行い、構造部材Ｘの品質を確認することができる。
　また、引張強さ比判定工程Ｓ２２で引張強さ比が予め定めた第一引張強さ比判定値ＴＳ１及び第二引張強さ比判定値ＴＳ２を下回ったと判定した場合に、構造部材Ｘに熱処理を施す熱処理工程Ｓ２１３を実施する。これにより、ディスク等のロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できない等の品質が所定の基準に適合しない構造部材Ｘであっても、熱処理によって材料特性を調整し直して、基準に適合させてロータ部材Ｘ１として使用することができる。
　さらに、第一引張強さ比判定値ＴＳ１よりも許容する範囲の広い第二引張強さ比判定値ＴＳ２も引張強さ比判定工程Ｓ２２で基準として用いることで、複数の基準を設けて構造部材Ｘがロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できるか否かを判定することができる。したがって、複数の基準で判定することで、構造部材Ｘの品質をより細かく確認することができる。
　また、引張強さ比判定工程Ｓ２２での判定結果に基づいて、調査工程Ｓ２５を実施してから熱処理工程Ｓ２１３を実施することで、ロータ部材Ｘ１を製造する素材として使用できない構造部材Ｘを所定の基準に適合するよう材料特性を調整することが効率的にできる。これにより、品質が基準に適していない構造部材Ｘを効率的に調整することで所定の基準に適合させることができる。
　なお、引張強さ比判定工程Ｓ２２での判定結果に基づく構造部材Ｘの処理工程は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、引張強さ比判定工程Ｓ２２によって判定した後に、調査工程Ｓ２５を実施せずに、熱処理工程Ｓ２１３を実施してもよい。また、調査工程Ｓ２５を実施せずに、複数回にわたって熱処理工程Ｓ２１３を実施した後に、引張強さ比判定工程Ｓ２２によって引張強さ比が第一引張強さ比判定値ＴＳ１及び第二引張強さ比判定値ＴＳ２を下回ったと判定された場合に、調査工程Ｓ２５を実施したり、クリープ試験工程Ｓ２３を実施したりしてもよい。さらに、クリープ試験結果判定工程Ｓ２４を実施後に、第一クリープ速度比判定値ＣＲ１を上回った構造部材Ｘに対して熱処理工程Ｓ２１３を実施してもよい。したがって、引張強さ比判定工程Ｓ２２を実施後の調査工程Ｓ２５やクリープ試験工程Ｓ２３や熱処理工程Ｓ２１３を実施する順番や回数等は、本実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定されればよい。
　また、引張強さ比判定工程Ｓ２２の代りに、第一実施形態と同様に、引張強さ比からクリープ速度比を推定してもよい。例えば、推定したクリープ速度比を、第一クリープ速度比判定値ＣＲ１と直接比較したり、第二引張強さ比判定値ＴＳ２に対応する第二クリープ速度比判定値を算出して、この第二クリープ速度比判定値と直接比較したりして判定してもよい。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
　なお、本実施形態では、構造部材Ｘとしてロータ部材Ｘ１を製造するベース部材を例に挙げたがこれに限定されるものではない。即ち、経年劣化等が懸念されてクリープ速度分布を評価したい構造部材Ｘを用いればよい。
　また、構造部材Ｘの材料は、本実施形態のように低合金鋼に限定されるものではない。
　例えば、構造部材Ｘの材料は、表１のＪ材からＰ材のような高クロム鋼のような高合金鋼に用いられてもよい。
　さらに、本実施形態では、引張強さとクリープ速度との間に相関関係に基づいて、引張強さ及び定常クリープ速度の周方向のばらつきの大きさの関係を引張強さ比とクリープ速度比との関係として算出したが、これに限定されるものではない。例えば、引張強さとクリープ速度との間に相関関係に基づいて、最大引張強さＴＳｍａｘと最小引張強さＴＳｍｉｎとの差分と、最大クリープ速度ＣＲｍａｘと最小クリープ速度ＣＲｍｉｎとの差分との関係を求めて利用してもよい。なお、最大引張強さＴＳｍａｘと最小引張強さＴＳｍｉｎとの差分と、最大クリープ速度ＣＲｍａｘと最小クリープ速度ＣＲｍｉｎとの関係も、引張強さ比とクリープ速度比との関係のように、線形の相関関係のグラフとして定めることができる。
　さらに、本実施形態では、降伏応力（０．２％耐力）とクリープ速度との間の相関関係に基づいて、降伏応力及び定常クリープ速度の周方向のばらつきの大きさの関係を降伏応力比とクリープ速度比との関係として算出することができる。
　上記したクリープ速度分布評価方法によれば、予め定めた引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて、引張強さからクリープ速度を推定することで、構造部材におけるクリープ速度分布を高い精度で推定することができる。
Ｓ１、Ｓ２　　クリープ速度分布評価方法
　Ｘ　　構造部材
　Ｘ１　　ロータ部材
　α　　余肉となる部分
　Ｓ１１　　試験片作成工程
　Ａ　　所定位置
　Ｓ１２　　引張試験工程
　Ｓ１３　　引張強さ比算出工程
　ＴＳｍａｘ　　最大引張強さ
　ＴＳｍｉｎ　　最小引張強さ
　ＣＲｍａｘ　　最大クリープ速度
　ＣＲｍｉｎ　　最小クリープ速度
　Ｓ１４　　クリープ速度分布推定工程
　Ｓ２１　　構造部材製造工程
　Ｓ２１１　　溶解工程
　Ｓ２１２　　鍛造工程
　Ｓ２１３　　熱処理工程
　Ｓ２２　　引張強さ比判定工程
　ＣＲ１　　第一クリープ速度比判定値
　ＴＳ１　　第一引張強さ比判定値
　ＴＳ２　　第二引張強さ比判定値
　Ｓ２３　　クリープ試験工程
　Ｓ２４　　クリープ試験結果判定工程
　Ｓ２５　　調査工程

Claims (4)

  1. 　複数の試験片を構造部材の異なる位置からそれぞれ作成する試験片作成工程と、
    　前記複数の試験片に対して引張試験を実施することで、前記複数の試験片の引張強さをそれぞれ取得する引張試験工程と、
    　予め定めた引張強さとクリープ速度との相関関係に基づいて、前記引張試験工程で取得した前記引張強さから前記構造部材におけるクリープ速度分布を推定するクリープ速度分布推定工程とを含むクリープ速度分布評価方法。
  2. 　前記複数の試験片の引張強さのうちで、最小引張強さと最大引張強さとの比率を前記構造部材の引張強さ比として算出する引張強さ比算出工程を含み、
    　前記クリープ速度分布推定工程は、前記相関関係に基づいて、前記引張強さ比から前記構造部材の最小クリープ速度と最大クリープ速度との比率を前記クリープ速度分布として推定する請求項１に記載のクリープ速度分布評価方法。
  3. 　前記引張強さ比算出工程で算出した引張強さ比が、前記相関関係により予め定められるクリープ速度比判定値に対応する引張強さ比判定値を満足しているか否か判定する引張強さ比判定工程を含む請求項２に記載のクリープ速度分布評価方法。
  4. 　前記引張強さ比判定工程で前記引張強さ比が予め定めた引張強さ比判定値を満足しないと判定した場合に、前記構造部材に熱処理を施す熱処理工程を含む請求項３に記載のクリープ速度分布評価方法。
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