(57)【要約】【課題】Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法において、Ｎｉ合金のクリープ寿命をより簡易に評価することである。【解決手段】Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法は、実機のＮｉ合金からレプリカを採取して金属組織観察し、クラック発生領域における結晶粒界を占めるクラックの割合であるクラック率を算出するクラック率算出工程（Ｓ１０）と、実機のＮｉ合金のクラック率から、実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価するクリープ寿命評価工程（Ｓ１２）と、を備え、クラック率の算出は、クラック発生領域に所定ピッチで複数の線を引き、各線毎に、各線と交差する結晶粒界の数と、各線と交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数と、をカウントし、各線についてカウントした結晶粒界の数の合計をＰとし、各線についてカウントした結晶粒界上のクラックの数の合計をＲとしたとき、クラック率をＲ／Ｐで算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法であって、
実機のＮｉ合金からレプリカを採取して金属組織観察し、クラック発生領域における結晶粒界を占めるクラックの割合であるクラック率を算出するクラック率算出工程と、
前記実機のＮｉ合金のクラック率から、前記実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価するクリープ寿命評価工程と、
を備え、
前記クラック率の算出は、前記クラック発生領域に所定ピッチで複数の線を引き、各線毎に、各線と交差する結晶粒界の数と、各線と交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数と、をカウントし、各線についてカウントした結晶粒界の数の合計をＰとし、各線についてカウントした結晶粒界上のクラックの数の合計をＲとしたとき、前記クラック率をＲ／Ｐで算出する、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＮｉ合金のクリープ寿命評価方法であって、
前記クリープ寿命評価工程は、前記実機のＮｉ合金のクラック率と、予め求めておいた前記実機のＮｉ合金と同じＮｉ合金におけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係と、を比較して、前記実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価する、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法。
【請求項３】
請求項１に記載のＮｉ合金のクリープ寿命評価方法であって、
前記実機のＮｉ合金は、γ’析出強化型のＮｉ合金からなり、
前記実機のＮｉ合金のγ’相の体積率であるγ’体積率を算出するγ’体積率算出工程を有し、
前記クリープ寿命評価工程は、前記実機のＮｉ合金のクラック率と、前記実機のＮｉ合金のγ’体積率から求めたクラック率とクリープ寿命消費率との関係と、を比較して、前記実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価する、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＮｉ合金のクリープ寿命評価方法であって、
前記クリープ寿命評価工程において、前記実機のＮｉ合金のγ’体積率から求めたクラック率とクリープ寿命消費率との関係は、
予めγ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率を算出すると共に、γ’析出強化型のＮｉ合金のクラック率とクリープ寿命消費率との関係を求め、
γ’析出強化型のＮｉ合金のクラック率とクリープ寿命消費率との関係にフィッティングする２次曲線を決定し、
γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線とを関連付けし、
γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関係と、前記実機のＮｉ合金のγ’体積率とを比較して、前記実機のＮｉ合金のγ’体積率に対応する２次曲線を決定して求めたクラック率とクリープ寿命消費率との関係である、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載のＮｉ合金のクリープ寿命評価方法であって、
前記クラック率算出工程において、前記クラック発生領域は、前記金属組織観察した金属組織の中で最もクラックの発生が多い領域である、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載のＮｉ合金のクリープ寿命評価方法であって、
前記クラック率算出工程において、前記クラック率は、双晶を除いて算出する、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、火力発電プラントや化学プラントの配管等には、高強度で耐熱性を有するＮｉ合金が用いられている。これらのプラントの配管等では、高温高圧の蒸気に長時間熱曝露されるため、Ｎｉ合金のクリープ特性を把握することが求められている。
【０００３】
このことから、上記のような使用環境で熱曝露されるＮｉ合金のクリープ寿命を評価することが行われている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のＮｉ合金のクリープ寿命評価は、プラント等の実機のＮｉ合金に発生するクラックのクラック面積に基づいて評価を行っている。しかし、クラック面積に基づいてクリープ寿命を評価する場合には、クラックの形状が複雑形状であることから、クラック面積を求めることが難しくなる。このためＮｉ合金のクリープ寿命評価をクラック面積に基づいて行う場合には、多大な時間を要する可能性がある。
【０００６】
そこで、本開示の目的は、Ｎｉ合金のクリープ寿命をより簡易に評価可能なＮｉ合金のクリープ寿命評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係るＮｉ合金のクリープ寿命評価方法は、実機のＮｉ合金からレプリカを採取して金属組織観察し、クラック発生領域における結晶粒界を占めるクラックの割合であるクラック率を算出するクラック率算出工程と、前記実機のＮｉ合金のクラック率から、前記実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価するクリープ寿命評価工程と、を備え、前記クラック率の算出は、前記クラック発生領域に所定ピッチで複数の線を引き、各線毎に、各線と交差する結晶粒界の数と、各線と交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数と、をカウントし、各線についてカウントした結晶粒界の数の合計をＰとし、各線についてカウントした結晶粒界上のクラックの数の合計をＲとしたとき、前記クラック率をＲ／Ｐで算出する。
【０００８】
本開示に係るＮｉ合金のクリープ寿命評価方法において、前記クリープ寿命評価工程は、前記実機のＮｉ合金のクラック率と、予め求めておいた前記実機のＮｉ合金と同じＮｉ合金におけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係と、を比較して、前記実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価してもよい。
【０００９】
本開示に係るＮｉ合金のクリープ寿命評価方法において、前記実機のＮｉ合金は、γ’析出強化型のＮｉ合金からなり、前記実機のＮｉ合金のγ’相の体積率であるγ’体積率を算出するγ’体積率算出工程を有し、前記クリープ寿命評価工程は、前記実機のＮｉ合金のクラック率と、前記実機のＮｉ合金のγ’体積率から求めたクラック率とクリープ寿命消費率との関係と、を比較して、前記実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価してもよい。
【００１０】
本開示に係るＮｉ合金のクリープ寿命評価方法は、前記クリープ寿命評価工程において、前記実機のＮｉ合金のγ’体積率から求めたクラック率とクリープ寿命消費率との関係は、予めγ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率を算出すると共に、γ’析出強化型のＮｉ合金のクラック率とクリープ寿命消費率との関係を求め、γ’析出強化型のＮｉ合金のクラック率とクリープ寿命消費率との関係にフィッティングする２次曲線を決定し、γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線とを関連付けし、γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関係と、前記実機のＮｉ合金のγ’体積率とを比較して、前記実機のＮｉ合金のγ’体積率に対応する２次曲線を決定して求めたクラック率とクリープ寿命消費率との関係としてもよい。
【００１１】
本開示に係るＮｉ合金のクリープ寿命評価方法は、前記クラック率算出工程において、前記クラック発生領域は、前記金属組織観察した金属組織の中で最もクラックの発生が多い領域としてもよい。
【００１２】
本開示に係るＮｉ合金のクリープ寿命評価方法は、前記クラック率算出工程において、前記クラック率は、双晶を除いて算出してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成によれば、Ｎｉ合金のクリープ寿命をより簡易に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の第一実施形態において、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法の構成を示すフローチャートである。
【図２】本開示の第一実施形態において、クラック発生領域のクラック率の算出方法を説明するための図である。
【図３】本開示の第一実施形態において、クラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線を示す図である。
【図４】本開示の第一実施形態において、実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価する方法を説明するための図である。
【図５】本開示の第二実施形態において、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法の構成を示すフローチャートである。
【図６】本開示の第二実施形態において、γ’析出強化型のＮｉ合金におけるγ’体積率と使用温度との関係を示す図である。
【図７】本開示の第二実施形態において、γ’析出強化型のＮｉ合金におけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示す図である。
【図８】本開示の第二実施形態において、２次曲線のフィッティング方法を説明するための図である。
【図９】本開示の第二実施形態において、γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、２次曲線とを関連付ける方法を示す図である。
【図１０】本開示の第二実施形態において、実機のＮｉ合金のγ’体積率からクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線を作成する方法を説明するための図である。
【図１１】本開示の第二実施形態において、実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価する方法を説明するための図である。
【図１２】本開示の第一実施例において、クリープ試験片の形状を示す図である。
【図１３】本開示の第一実施例において、ＨＲ６Ｗの中断試験片のクラック発生領域を示す写真である。
【図１４】本開示の第一実施例において、ＨＲ６Ｗの中断試験片（クリープ寿命消費率０．７１）のクラック率の算出方法を説明するための写真である。
【図１５】本開示の第一実施例において、ＨＲ６Ｗにおけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すグラフである。
【図１６】本開示の第一実施例において、ＨＲ６Ｗにおける伸びとクリープ寿命消費率との関係を示すグラフである。
【図１７】本開示の第一実施例において、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すグラフである。
【図１８】本開示の第一実施例において、ＨＲ６Ｗのマスター曲線を示すグラフである。
【図１９】本開示の第一実施例において、ＨＲ６Ｗの金属組織観察結果を示す写真である。
【図２０】本開示の第一実施例において、ＨＲ６Ｗの金属組織観察結果を示す写真である。
【図２１】本開示の第一実施例において、ＨＲ６Ｗのクリープ寿命消費率の求め方を示す図である。
【図２２】本開示の第二実施例において、各Ｎｉ合金における使用温度に対するγ’体積率の関係を示すグラフである。
【図２３】本開示の第二実施例において、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のクラック率とクリープ寿命消費率との関係にフィッティングさせた２次曲線を示すグラフである。
【図２４】本開示の第二実施例において、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線Ｙ＝ａＸ２+ｂＸの係数ａ，ｂとの関連付けを行ったグラフである。
【図２５】本開示の第二実施例において、Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率に対応する２次曲線の求め方を説明するための図である。
【図２６】本開示の第二実施例において、Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率から求めたマスター曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第一実施形態］
以下に本開示の第一実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法の構成を示すフローチャートである。Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法は、クラック率算出工程（Ｓ１０）と、クリープ寿命評価工程（Ｓ１２）と、を備えている。
【００１６】
クラック率算出工程（Ｓ１０）は、実機のＮｉ合金からレプリカを採取して金属組織観察し、クラック発生領域の結晶粒界を占めるクラックの割合であるクラック率を算出する工程である。
【００１７】
Ｎｉ合金は、火力発電プラント、化学プラント等の実機における配管や伝熱管等に使用されている。このような配管や伝熱管等は、高温高圧の蒸気等の熱媒体により高温で負荷応力が作用する。例えば、火力発電プラントのボイラ配管やボイラ伝熱管には、６００℃から８００℃で、２５ＭＰａから１００ＭＰａの負荷応力が作用する。
【００１８】
実機に適用されるＮｉ合金は、特に限定されず、例えば、ＨＲ６Ｗ、Ａｌｌｏｙ２６３、Ａｌｌｏｙ６１７等を適用可能である。ＨＲ６Ｗは、Ｆｅ２Ｗからなるラーベス相やＭ２３Ｃ６炭化物が結晶粒内や結晶粒界に析出して強化されたＮｉ合金である。Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７は、Ｎｉ３（Ｔｉ、Ａｌ）からなるγ’相で析出強化されたγ’析出強化型のＮｉ合金である。
【００１９】
まず、実機のＮｉ合金からレプリカを採取する。レプリカの採取方法は、一般的なレプリカ法等の採取方法を用いることができる。例えば、Ｎｉ合金の表面を腐食液等でエッチィングし、Ｎｉ合金の金属組織をフィルムに転写してレプリカを作製すればよい。
【００２０】
採取したフィルムを用いてＮｉ合金の金属組織観察を行う。金属組織観察は、光学顕微鏡や金属顕微鏡等で行うことが可能である。まず、Ｎｉ合金の金属組織のなかで、クラックが発生しているクラック発生領域を選択する。クラック発生領域は、クリープ寿命評価の精度を高めるために、最も多くクラックが発生している領域を選択するとよい。クラック発生領域の選択は、例えば、目視等で定性的に行ってもよいし、画像処理等して選択してもよい。
【００２１】
クラック発生領域のサイズは、誤差を低減するために、結晶粒を１００個以上含むようにするとよい。例えば、ＨＲ６Ｗの場合には、クラック発生領域のサイズは３ｍｍ×３ｍｍとするとよい。Ａｌｌｏｙ２６３の場合には、クラック発生領域のサイズは１ｍｍ×１ｍｍとするとよい。Ａｌｌｏｙ６１７の場合には、クラック発生領域のサイズは２ｍｍ×２ｍｍとするとよい。この理由は、ＨＲ６Ｗの場合には結晶粒径が大きく、Ａｌｌｏｙ２６３の場合には、結晶粒径が小さいからである。そして、クラック発生領域の組み写真を撮影する。
【００２２】
次に、クラック発生領域の結晶粒界を占めるクラックの割合であるクラック率を算出する。クラック率の算出は、クラック発生領域に所定ピッチで複数の線を引き、各線毎に、各線と交差する結晶粒界の数と、各線と交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数と、をカウントする。そして、各線についてカウントした結晶粒界の数の合計をＰとし、各線についてカウントした結晶粒界上のクラックの数の合計をＲとしたとき、クラック率をＲ／Ｐで算出する。
【００２３】
クラック率の算出方法についてより詳細に説明する。図２は、クラック発生領域のクラック率の算出方法を説明するための図である。なお、図２の中の黒色部分は、クラックを示している。まず、クラック発生領域に所定ピッチｐで、例えば、線ａ〜ｊの平行線を引く（なお、線ｃ〜ｉは省略している）。ピッチｐは、クラック発生領域に含まれる結晶粒の中で最も小さい結晶粒の結晶粒径のサイズより小さいピッチとするとよい。これによりクラック発生領域の各結晶粒は、少なくとも１つの線と交わることになるので、ばらつきを抑制することができる。ピッチｐは、Ｎｉ合金の結晶粒径に依存するが、例えば、１５０μｍ〜４５０μｍとするとよい。
【００２４】
各線ａ〜ｊについて、各線ａ〜ｊと交差する結晶粒界の数と、各線ａ〜ｊと交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数と、をカウントする。例えば、線ａの場合には、線ａと交差する結晶粒界の数は３つであり、線ａと交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数は２つである。線ｂの場合には、線ｂと交差する結晶粒界の数は４つであり、線ｂと交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数は２つである。線ｊの場合には、線ｊと交差する結晶粒界の数は４つであり、線ｊと交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数は２つである。そして、線ａ〜ｊについてカウントした結晶粒界の数の合計をＰとし、線ａ〜ｊについてカウントした結晶粒界上のクラックの数の合計をＲとしたとき、クラック率をＲ／Ｐで算出する。
【００２５】
実機のＮｉ合金は、使用時間が長くなるほどクリープ変形が進行し、Ｎｉ合金中に発生するクラックが多くなる。このＮｉ合金中に発生するクラックをクラック面積で評価する場合には、クラックの形状が複雑形状であるので、クラック面積を求めるためには多大な時間を要する。更に、クラックの形状が複雑形状であるためクラック面積の正確な算出が困難となり、クラック面積を精度良く求めることが難しくなる。また、Ｎｉ合金中に発生するクラックをクラック個数密度で評価する場合には、クリープ変形が進行するとマイクロクラックが連結して大きなクラックが形成されるので、クラックの大小に関わらず１個とカウントされる。このため、クラック個数密度からクリープ寿命を精度良く評価することができない。
【００２６】
これに対して上記のクラック率の算出方法によれば、所定ピッチで引いた線と交差する位置にある結晶粒界上のクラックの有無を確認すればよいので、クラック数を精度良くカウントできると共に、確認作業が容易になるのでクリープ寿命を簡易に評価することが可能となる。更に、クラックが小さい場合には１つの線と交差し、クラックが大きい場合には複数の線と交差するので、クラックの大小関係についても考慮することができる。このようにクラック率によればクリープ寿命を精度良く評価することができる。
【００２７】
また、上記のクラック率の算出方法によれば、結晶粒界上のクラックのみを評価対象としており、双晶については評価対象としていない。この理由は、クリープ変形が進行しても、双晶には、クラックが殆ど発生しないためである。このように双晶をクラック率の算出の評価対象から除くことにより、クリープ寿命をより精度良く評価することができる。更に、上記のクラック率の算出方法によれば、結晶粒内のクラックの有無については評価対象としていない。この理由は、結晶粒内には、殆どクラックが発生しないからである。
【００２８】
クリープ寿命評価工程（Ｓ１２）は、実機のＮｉ合金のクラック率と、予め求めておいた実機のＮｉ合金と同じＮｉ合金におけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係と、を比較して、実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価する工程である。
【００２９】
まず、実機のＮｉ合金と同じＮｉ合金におけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係を予め実験等で求めておく。例えば、実機のＮｉ合金がＨＲ６Ｗであれば、ＨＲ６Ｗにおけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係を予めクリープ試験等により求めておく。クリープ寿命消費率は、クリープ破断時間に対する使用時間の比率である。例えば、クリープ破断時間が１０００時間で、使用時間が５００時間である場合には、クリープ寿命消費率は０．５である（５００時間／１０００時間）。
【００３０】
クラック率とクリープ寿命消費率との関係については、予め熱曝露される実機のＮｉ合金と同じＮｉ合金についてクリープ試験を行ってマスター曲線を作成しておくとよい。実機のＮｉ合金と同じＮｉ合金とは、実機のＮｉ合金と同じ合金組成で構成されており、実機のＮｉ合金と同じ強化機構（固溶強化、析出強化等）からなるＮｉ合金である。
【００３１】
クリープ試験は、使用環境と同じ試験温度と負荷応力とにより試験することが好ましいが、使用環境と異なる試験温度や負荷応力で試験してもよい。例えば、火力発電プラントのボイラ配管やボイラ伝熱管に用いられるＮｉ合金の場合には、試験温度６００℃から８００℃、負荷応力２５ＭＰａから１００ＭＰａでクリープ試験を行うとよい。
【００３２】
まず、所定温度及び所定負荷応力でクリープ試験を行い、クリープ破断に至るまでのクリープ破断時間ｔｒを測定する。次に、同じ温度及び同じ負荷応力でクリープ試験を行い、例えば、ｔｒ／５(クリープ寿命消費率０．２)、２ｔｒ／５(クリープ寿命消費率０．４)、３ｔｒ／５(クリープ寿命消費率０．６)、４ｔｒ／５(クリープ寿命消費率０．８)でクリープ試験を中断する。クリープ試験を中断した中断試験片の評定部について、クラック率算出工程（Ｓ１０）で説明したクラック率の算出方法と同様の方法でクラック率を算出する。このようにしてクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線を作成すればよい。
【００３３】
図３は、クラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線を示す図である。図３では、横軸にクリープ寿命消費率を取り、縦軸にクラック率を取り、マスタ―曲線を実線で示している。クラック率とクリープ寿命消費率とは、正の相関性を有している。クリープ寿命消費率が大きいほど、クラック率が大きくなり、クリープ寿命消費率が小さいほど、クラック率が小さくなる。なお、マスター曲線を作成するときには回帰分析して、回帰曲線や回帰式を求めるようにしてもよい。
【００３４】
次に、実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価する方法を説明する。図４は、実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価する方法を説明するための図である。図４では、図３のマスター曲線を用いている。クラック率算出工程（Ｓ１０）で算出された実機のＮｉ合金のクラック率がＡの場合には、マスター曲線からクリープ寿命消費率がＢとなり、クリープ余寿命が１−Ｂと評価される。例えば、クリープ寿命消費率が０．８の場合には、クリープ余寿命が０．２と評価される。クリープ破断までの残存期間については、次のようにして算出可能である。クリープ寿命消費率が０．８に至るまでの使用時間が、例えば１０００時間である場合には、クリープ破断までの残存時間が２５０時間（１０００時間×０．２／０．８）と算出される。なお、クラック率算出工程（Ｓ１０）のクラック率の算出、クリープ寿命評価工程（Ｓ１２）におけるクリープ寿命評価には、一般的なコンピュータシステムを用いることが可能である。
【００３５】
実機のＮｉ合金については、同じＮｉ合金であれば同じマスター曲線を用いることが可能である。例えば、実機におけるＮｉ合金製部品の形状が異なる場合（パイプやチューブ等）、Ｎｉ合金製部品の使用温度が異なる場合、Ｎｉ合金製部品に負荷される負荷応力が異なる場合でも、Ｎｉ合金製部品が同じＮｉ合金で形成されている場合には、同じマスター曲線を用いることができる。
【００３６】
なお、実機のＮｉ合金がγ’析出強化型のＮｉ合金の場合には、使用温度が異なる場合において、同じマスター曲線を用いてもよいし、使用温度毎に異なるマスター曲線を用いてもよい。析出強化型のＮｉ合金の場合には、使用温度が異なるとγ’相の体積率であるγ’体積率が多少変わるので、使用温度毎に使用温度に対応したマスター曲線を用いることにより、同じマスター曲線を用いるよりもクリープ寿命評価を更に精度良く行うことができる。実機のＮｉ合金の使用温度は、熱電対や放射温度計等で測定することが可能である。勿論、同じγ’析出強化型のＮｉ合金であれば使用温度が異なる場合でもクリープ特性の違いは僅かであるので、使用温度が異なる場合でも同じマスター曲線を用いてクリープ寿命を簡易に評価可能である。
【００３７】
以上、上記構成によれば、実機のＮｉ合金からレプリカを採取して金属組織観察し、クラック発生領域のクラック率に基づいてクリープ寿命を評価するので、Ｎｉ合金のクリープ寿命をより簡易に評価することができる。また、上記構成によれば、クラック発生領域のクラック率に基づいてクリープ寿命を評価するので、クラック面積やクラック個数密度に基づいてクリープ寿命を評価するよりも、Ｎｉ合金のクリープ寿命を精度良く評価することができる。更に、上記構成によれば、実機のＮｉ合金からレプリカを採取してクリープ寿命を評価するので、非破壊でＮｉ合金のクリープ寿命の評価が可能である。
【００３８】
［第二実施形態］
以下に本開示の第二実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図５は、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法の構成を示すフローチャートである。Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法は、クラック率算出工程（Ｓ２０）と、γ’体積率算出工程（Ｓ２２）と、クリープ寿命評価工程（Ｓ２４）と、を備えている。
【００３９】
クラック率算出工程（Ｓ２０）は、実機のＮｉ合金からレプリカを採取して金属組織観察し、クラック発生領域の結晶粒界を占めるクラックの割合であるクラック率を算出する工程である。実機のＮｉ合金には、γ’析出強化型のＮｉ合金が用いられる。γ’析出強化型のＮｉ合金は、γ’析出強化型であれば特に限定されず、Ａｌｌｏｙ２６３、Ａｌｌｏｙ６１７等を適用可能である。クラック率の算出方法は、第一実施形態のクラック率算出工程（Ｓ１０）におけるクラック率の算出方法と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００４０】
γ’体積率算出工程（Ｓ２２）は、実機のＮｉ合金のγ’相の体積率であるγ’体積率を算出する工程である。実機のＮｉ合金のγ’体積率は、合金組成と使用温度とから熱力学計算等で算出することができる。実機のＮｉ合金の使用温度は、熱電対や放射温度計等で測定することが可能である。
【００４１】
γ’析出強化型のＮｉ合金は、γ’体積率が大きくなるほどクリープ変形し難くなるので、クラックの発生が抑制されてクリープ寿命が長くなる。γ’析出強化型のＮｉ合金は、γ’体積率が小さくなるほどクリープ変形し易くなるので、クラックが発生し易くなりクリープ寿命が短くなる。また、異なるγ’析出強化型のＮｉ合金であっても、γ’体積率が同じであれば、同様のクリープ特性を示す傾向がある。このようにγ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率は、γ’析出強化型のＮｉ合金のクリープ寿命と関係している。したがって、後述するように予めγ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、γ’析出強化型のＮｉ合金のクラック率とクリープ寿命消費率との関係と、を関連付けておくことにより、実機のＮｉ合金に用いられるγ’析出強化型のＮｉ合金の種類に関わらず、実機のＮｉ合金のγ’体積率からクラック率とクリープ寿命消費率との関係を求めることができる。これにより実機のＮｉ合金ごとにクラック率とクリープ寿命消費率との関係を実験等で求める必要がない。
【００４２】
図６は、γ’析出強化型のＮｉ合金におけるγ’体積率と使用温度との関係を示す図である。γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率は、合金組成と使用温度とに依存しており、合金組成と使用温度とから熱力学計算等で算出することができる。γ’析出強化型のＮｉ合金は、使用温度が高くなるとγ’体積率が小さくなり、使用温度が低くなるとγ’体積率が大きくなる傾向がある。この理由は、γ’析出強化型のＮｉ合金の使用温度が高くなると、γ’相が母相中に固溶し易くなるからである。
【００４３】
クリープ寿命評価工程（Ｓ２４）は、実機のＮｉ合金のクラック率と、実機のＮｉ合金のγ’体積率から求めたクラック率とクリープ寿命消費率との関係と、を比較して、実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価する工程である。
【００４４】
まず、実機のＮｉ合金のγ’体積率からクラック率とクリープ寿命消費率との関係を求める方法について説明する。予めγ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率を算出すると共に、γ’析出強化型のＮｉ合金のクラック率とクリープ寿命消費率との関係を求める。γ’析出強化型のＮｉ合金は、実機のＮｉ合金と同じγ’析出強化型のＮｉ合金であってもよいし、実機のＮｉ合金と異なるγ’析出強化型のＮｉ合金であってもよい。γ’析出強化型のＮｉ合金のクラック率の算出は、第一実施形態のクラック率算出工程（Ｓ１０）におけるクラック率の算出と同様に行えばよい。γ’析出強化型のＮｉ合金のクラック率とクリープ寿命消費率との関係については、第一実施形態のクリープ寿命評価工程（Ｓ１２）におけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係と同様にしてクリープ試験により求めることができる。γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率は、合金組成とクリープ試験温度とから熱力学計算等で算出することが可能である。
【００４５】
図７は、γ’析出強化型のＮｉ合金におけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示す図である。図７では、例として、２つの異なるγ’析出強化型のＮｉ合金Ａ、Ｂにおけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示している。γ’析出強化型のＮｉ合金Ａを白四角形で示し、γ’析出強化型のＮｉ合金Ｂを白三角形で示している。
【００４６】
次にγ’析出強化型のＮｉ合金におけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係にフィッティングする２次曲線を決定する。図８は、２次曲線のフィッティング方法を説明するための図である。図７に示すγ’析出強化型のＮｉ合金Ａ、Ｂにおけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係に２次曲線Ｙ＝ａＸ２+ｂＸをフィッティングさせる。そして、フィッティングさせた２次曲線Ｙ＝ａＸ２+ｂＸにおける係数ａ、ｂを計算等で求める。例えば、γ’析出強化型のＮｉ合金ＡではＹ＝ａ１Ｘ２+ｂ１Ｘ、γ’析出強化型のＮｉ合金ＢではＹ＝ａ２Ｘ２+ｂ２Ｘと求めることができる。このようにしてγ’析出強化型のＮｉ合金Ａ、Ｂのクラック率とクリープ寿命消費率との関係にフィッティングする２次曲線が決定される。
【００４７】
次に、γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関連付けを行う。より詳細には、γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、２次曲線Ｙ＝ａＸ２+ｂＸにおける係数ａ、ｂとの関連付けを行うことにより、フィッティングさせた２次曲線との関連付けを行う。図９は、γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、２次曲線とを関連付ける方法を示す図である。例えば、γ’析出強化型のＮｉ合金Ａのγ’体積率がｃ１であるとき、γ’体積率ｃ１を２次曲線の係数ａ１及びｂ１に関連付ける。γ’析出強化型のＮｉ合金Ｂのγ’体積率がｃ２であるとき、γ’体積率ｃ２を２次曲線の係数ａ２及びｂ２に関連付ける。このようにしてγ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、２次曲線Ｙ＝ａＸ２+ｂＸにおける係数ａ、ｂとを線形に直線で関連付けることができる。これにより、γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関連付けを行うことが可能となる。
【００４８】
なお、図９に示すγ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関連付けを行う際に、上記では例として２つの異なる合金組成のγ’析出強化型のＮｉ合金Ａ、Ｂを用いて説明したが、勿論、３つや５つ等の異なる合金組成のγ’析出強化型のＮｉ合金を用いてγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関連付けを行ってもよい。より多くの異なる合金組成のγ’析出強化型のＮｉ合金を用いることにより、γ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関連付けの精度を高めることができる。また、同じγ’析出強化型のＮｉ合金を異なる試験温度でクリープ試験して、γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、２次曲線との関連付けを行ってもよい。図６に示すように、同じγ’析出強化型のＮｉ合金であっても使用温度が異なればγ’体積率が異なるため、γ’体積率と、２次曲線との関連付けを行うことが可能である。
【００４９】
次に、γ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関係と、実機のＮｉ合金のγ’体積率とを比較して、実機のＮｉ合金のγ’体積率に対応する２次曲線を決定してクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線を作成する。図１０は、実機のＮｉ合金のγ’体積率からクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線を作成する方法を説明するための図である。マスター曲線の作成には、図９のグラフが用いられる。例えば、実機のＮｉ合金のγ’体積率がｃ３であれば、２次曲線Ｙ＝ａＸ２+ｂＸの係数ａがａ３、係数ｂがｂ３となるので２次曲線Ｙ＝ａ３Ｘ２+ｂ３Ｘが決定される。
【００５０】
そして実機のＮｉ合金のクラック率とクリープ寿命消費率との関係を表す二次曲線が決定されることにより、実機のＮｉ合金のマスター曲線を求めることができる。図１１は、実機のＮｉ合金のクリープ寿命を評価する方法を説明するための図である。図１１では、横軸にクリープ寿命消費率を取り、縦軸にクラック率を取り、クラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線を実線で示している。マスター曲線は、２次曲線Ｙ＝ａ３Ｘ２+ｂ３Ｘから構成されており、Ｘがクリープ寿命消費率に対応しており、Ｙがクラック率に対応している。クラック率算出工程（Ｓ２０）で算出された実機のＮｉ合金のクラック率がＴの場合には、クリープ寿命消費率がＳとなり、クリープ余寿命が１−Ｓと評価される。
【００５１】
このＮｉ合金のクリープ寿命評価方法では、実機のＮｉ合金の合金組成と、使用温度とがわかれば、実機のＮｉ合金のγ’体積率を熱力学計算等で算出し、図１０のグラフからマスター曲線となる２次曲線を決定することができる。これにより実機のＮｉ合金ごとに予め実験等によりクラック率とクリープ寿命消費率との関係を求めておく必要がないので、簡易にクリープ寿命を評価することができる。例えば、図１０のグラフは、γ’析出強化型のＮｉ合金Ａ，Ｂから求めたものであるが、実機のＮｉ合金が、γ’析出強化型のＮｉ合金Ａ，Ｂと異なるγ’析出強化型のＮｉ合金である場合でも、図１０のグラフを用いてマスター曲線を作成することができる。
【００５２】
以上、上記構成によれば、実機のＮｉ合金からレプリカを採取して金属組織観察し、クラック発生領域のクラック率に基づいてクリープ寿命を評価するので、Ｎｉ合金のクリープ寿命を簡易に評価することができる。また、上記構成によれば、実機のＮｉ合金ごとに予め実験によりクラック率とクリープ寿命消費率との関係を求めておく必要がないので、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価をより簡易に行うことができる。
【００５３】
上記構成によれば、クラック発生領域のクラック率に基づいてクリープ寿命を評価するので、クラック面積やクラック個数密度に基づいてクリープ寿命を評価するよりも、Ｎｉ合金のクリープ寿命を精度良く評価することができる。更に、上記構成によれば、実機のＮｉ合金からレプリカを採取してクリープ寿命を評価するので、非破壊でＮｉ合金のクリープ寿命の評価が可能である。
【実施例】
【００５４】
［第一実施例］
Ｎｉ合金のクリープ寿命について評価を行った。
【００５５】
（マスター曲線の作成）
Ｎｉ合金についてクリープ試験を行い、クラック率とクリープ寿命消費率との関係を求めてマスター曲線を作成した。Ｎｉ合金には、ＨＲ６Ｗ、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７を使用した。試験片は、全長が７０ｍｍ、評定部がφ６ｍｍ、ゲージ長３０ｍｍの小型クリープ試験片とした。図１２は、クリープ試験片の形状を示す図である。なお、ＨＲ６Ｗの合金組成は、０．１質量％以下のＣと、１．０質量％以下のＳｉと、１．５質量％以下のＭｎと、０．０３質量％以下のＰと、０．０１５質量％以下のＳと、２１．５質量％以上２４．５質量％以下のＣｒと、６．０質量％以上８．０質量％以下のＷと、０．０５質量％以上０．２０質量％以下のＴｉと、０．１０質量％以上０．３５質量％以下のＮｂと、０．０００５質量％以上０．００６質量％以下のＢと、２０．０質量％以上２７．０質量％以下のＦｅと、を含み、残部がＮｉと不可避的不純物とから構成されている。Ａｌｌｏｙ２６３の合金組成は、０．０４質量％以上０．０８質量％以下のＣと、０．４０質量％以下のＳｉと、０．６０質量％以下のＭｎと、０．００７質量％以下のＳと、１９．０質量％以上２１．０質量％以下のＣｒと、５．６質量％以上６．１質量％以下のＭｏと、１９．０質量％以上２１．０質量％以下のＣｏと、０．７質量％以下のＦｅと、０．６０質量％以下のＡｌと、１．９質量％以上２．４質量％以下のＴｉと、０．２０質量％以下のＣｕと、０．００５質量％以下のＢと、０．０００５質量％以下のＡｇと、０．００２０質量％以下のＰｂと、０．０００１質量％以下のＢｉと、を含み、Ａｌ+Ｔｉが２．４質量％以上２．８質量％以下であり、残部がＮｉと不可避的不純物とから構成されている。Ａｌｌｏｙ６１７の合金組成は、０．０５質量％以上０．１５質量％以下のＣと、１．０質量％以下のＭｎと、３．０質量％以下のＦｅと、０．０１５質量％以下のＳと、０．１０質量％以下のＳｉと、０．５質量％以下のＣｕと、４４．５質量％以上のＮｉと、２０．０質量％以上２４．０質量％以下のＣｒと、０．８質量％以上１．５質量％以下のＡｌと、０．６質量％以下のＴｉと、を含み、残部が不可避的不純物から構成されている。
【００５６】
ＨＲ６Ｗのクリープ試験方法について説明する。試験温度８００℃、負荷応力７０ＭＰａでクリープ試験を行い、クリープ破断に至るまでのクリープ破断時間ｔｒを測定した。次に、同じ試験条件でクリープ試験を行い、クリープ時間ｔとしたときクリープ寿命消費率ｔ／ｔｒ＝０．３５、０．４５．０．６５、０．７１、０．８１．１．００でクリープ試験を中断して中断試験片を作製した。
【００５７】
Ａｌｌｏｙ２６３のクリープ試験方法について説明する。試験温度７５０℃、負荷応力７０ＭＰａでクリープ試験を行い、クリープ破断に至るまでのクリープ破断時間ｔｒを測定した。次に、同じ試験条件でクリープ試験を行い、クリープ時間ｔとしたときクリープ寿命消費率ｔ／ｔｒ＝０．３０、０．３９、０．６０、０．８０、０．９２、１．００でクリープ試験を中断して中断試験片を作製した。
【００５８】
Ａｌｌｏｙ６１７のクリープ試験方法について説明する。試験温度７２５℃、負荷応力７０ＭＰａでクリープ試験を行い、クリープ破断に至るまでのクリープ破断時間ｔｒを測定した。次に、同じ試験条件でクリープ試験を行い、クリープ時間ｔとしたときクリープ寿命消費率ｔ／ｔｒ＝０．３３、０．５５、０．７８、１．００でクリープ試験を中断して中断試験片を作製した。また、試験温度７５０℃、負荷応力７０ＭＰａでクリープ試験を行い、クリープ破断に至るまでのクリープ破断時間ｔｒを測定した。次に、同じ試験条件でクリープ試験を行い、クリープ時間ｔとしたときクリープ寿命消費率ｔ／ｔｒ＝０．３１、０．４１、０．５３、０．６４、０．８８、１．００でクリープ試験を中断して中断試験片を作製した。
【００５９】
中断試験片の評定部の外表面からレプリカを採取して光学顕微鏡により金属組織観察した。レプリカは、中断試験片の評定部を腐食液でエッチィングした後、フィルムに金属組織を転写して作製した。金属組織の中で最もクラックの発生が多いクラック発生領域を選択し、組み写真を撮影した。クラック発生領域の大きさは、結晶粒が１００個以上含まれるようにした。ＨＲ６Ｗのクラック発生領域のサイズは、３ｍｍ×３ｍｍとした。Ａｌｌｏｙ２６３のクラック発生領域のサイズは、１ｍｍ×１ｍｍとした。Ａｌｌｏｙ６１７のクラック発生領域のサイズは、２ｍｍ×２ｍｍとした。
【００６０】
図１３は、ＨＲ６Ｗの中断試験片のクラック発生領域を示す写真であり、図１３（ａ）はクリープ寿命消費率０．４５の写真であり、図１３（ｂ）はクリープ寿命消費率０．６５の写真であり、図１３（ｃ）はクリープ寿命消費率０．７１の写真であり、図１３（ｄ）はクリープ寿命消費率０．８０の写真であり、図１３（ｅ）はクリープ寿命消費率１．００の写真である。図１３の写真から明らかなように、クリープ時間の増加に伴ってクラックの割合は増加していた。なお、写真中の黒い箇所は、クラックを示している。また、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７についてもＨＲ６Ｗと同様の傾向が得られた。
【００６１】
次に、クラック発生領域のクラック率を算出した。クラック発生領域について所定ピッチで線を引き、各線と交差する結晶粒界の数と、各線と交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数と、をカウントした。代表としてＨＲ６Ｗのクリープ寿命消費率０．７１の中断試験片のクラック率算出方法についてより詳細に説明する。図１４は、ＨＲ６Ｗの中断試験片（クリープ寿命消費率０．７１）のクラック率の算出方法を説明するための写真である。
【００６２】
まず、クラック発生領域に、３００μｍピッチで線ａ〜ｊの平行線を引く。そして、線ａ〜ｊについて、各線と交差する結晶粒界の数と、各線と交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数と、をカウントした。例えば、線ａでは、線ａと交差する結晶粒界の数が１８であり、線ａと交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数が４であるので、写真中に４／１８と表記した。また、線ｊでは、線ｊと交差する結晶粒界の数が２１であり、線ｊと交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数が７であるので、写真中に７／２１と表記した。そして、線ａ〜ｊにおける各線と交差する結晶粒界の数の合計Ｐと、線ａ〜ｊにおける各線と交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数の合計Ｒとを算出し、クラック率をＲ／Ｐで算出した。ＨＲ６Ｗの中断試験片（クリープ寿命消費率０．７１）では、線ａ〜ｊにおける各線と交差する結晶粒界の数の合計Ｐが１８９であり、各線と交差する位置にある結晶粒界上のクラックの数の合計Ｒが７０であるので、クラック率を０．３７（７０／１８９）とした。なお、Ａｌｌｏｙ２６３ではピッチを１００μｍとし、Ａｌｌｏｙ６１７ではピッチを２００μｍとした以外は、ＨＲ６Ｗと同様にクラック率を算出した。
【００６３】
次に、クラック率とクリープ寿命消費率との関係を求めた。図１５は、ＨＲ６Ｗにおけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すグラフである。図１５では、横軸にクリープ寿命消費率を取り、縦軸にクラック率を取り、各中断試験片のクラック率を白丸で表している。このように、クラック率とクリープ寿命消費率とは、正の相関性があることがわかった。
【００６４】
また、図１６は、ＨＲ６Ｗにおける伸びとクリープ寿命消費率との関係を示すグラフである。図１６では、横軸にクリープ寿命消費率を取り、縦軸に伸びを取り、各中断試験片の伸びを白丸で表している。図１５と図１６とを対比すると、クラック率の変化は、伸びの変化と略同じ傾向を示すことがわかった。このことからもクラック率は、クリープ損傷の傾向を良く捉えていると考えられる。
【００６５】
図１７は、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のクラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すグラフである。図１７では、横軸にクリープ寿命消費率を取り、縦軸にクラック率を取り、Ａｌｌｏｙ２６３（試験温度７５０℃）を白四角形、Ａｌｌｏｙ６１７（試験温度７２５℃）を白丸、Ａｌｌｏｙ６１７（試験温度７５０℃）を白三角形で表している。このようにＡｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７についても、クラック率とクリープ寿命消費率とは、正の相関性があることがわかった。また、Ａｌｌｏｙ６１７（試験温度７２５℃）と、Ａｌｌｏｙ６１７（試験温度７５０℃）とを比較すると、同じγ’析出強化型のＮｉ合金であれば、使用温度が異なる場合でも、概ね同様な傾向が得られることがわかった。
【００６６】
図１８は、ＨＲ６Ｗのマスター曲線を示すグラフである。図１８では、横軸にクリープ寿命消費率を取り、縦軸にクラック率を取り、ＨＲ６Ｗのマスター曲線を実線で示している。ＨＲ６Ｗのマスター曲線は、図１５のグラフから各中断試験片のデータにフィッティングするように作成した。なお、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７についても、ＨＲ６Ｗと同様にして図１７のグラフからマスター曲線を作成することができる。
【００６７】
次に、上記のクリープ試験で使用した小型クリープ試験片よりもサイズが大きい大型クリープ試験片を用いてクリープ試験を行った。大型クリープ試験片の材質は、ＨＲ６Ｗとした。試験温度は７００℃とし、負荷応力は１００ＭＰａとした。クリープ破断時間ｔｒを測定した後に、クリープ寿命消費率０．８４でクリープ試験を中断して中断試験片とした。そして中断試験片について、上記と同様にしてレプリカを作製してクラック率を算出した。
【００６８】
図１８には、大型クリープ試験片のデータが黒三角形で記載されている。このように大型クリープ試験片についても、小型クリープ試験片の傾向と略一致することがわかった。この結果から、Ｎｉ合金の材質が同じであれば、部品形状、使用温度、負荷応力が異なる場合でも、同じマスター曲線を使用可能であることがわかった。
【００６９】
次に、クリープ変形時のクラックの形態について評価した。図１９は、ＨＲ６Ｗの金属組織観察結果を示す写真であり、図１９（ａ）は、クリープ寿命消費率０．６５の写真であり、図１９（ｂ）は、クリープ寿命消費率１．００の写真である。クラックは、クリープ寿命消費率の増加に伴って進展や連結していた。また、クリープ変形による伸びと共に、クラックが開口している様子が観察された。更に、クラックの形状は、複雑形状を示していた。この結果からクリープ寿命を、クリープ面積率やクリープ個数密度に基づいて評価することは難しいことがわかった。
【００７０】
図２０は、ＨＲ６Ｗの金属組織観察結果を示す写真であり、図２０（ａ）は、クリープ試験前の写真であり、図２０（ｂ）は、クリープ寿命消費率１．００の写真である。図２０（ｂ）に示すように、クラックは、結晶粒界で発生しており、結晶粒内では認められなかった。また、双晶が多数認められたが、双晶でのクラックの発生は認められなかった。このことからクラック率を算出する際に、双晶を除くことにより、ばらつきが抑制されて、クリープ寿命をより精度良く評価できることがわかった。
【００７１】
（クリープ寿命評価）
次に、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法について説明する。例えば、火力発電プラントにおけるＨＲ６Ｗ製の配管や伝熱管等からＨＲ６Ｗのレプリカを採取する。採取したレプリカを光学顕微鏡で金属組織観察し、クラック発生領域を選択する。クラック発生領域は、最もクラックが発生している領域を選択するとよい。クラック発生領域のクラック率を算出し、ＨＲ６Ｗのクリープ寿命消費率を求める。
【００７２】
図２１は、ＨＲ６Ｗのクリープ寿命消費率の求め方を示す図である。図２１のグラフでは、横軸にクリープ寿命消費率を取り、縦軸にクラック率を取り、クラック率とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線を実線で表している。なお、図２１のマスター曲線は、図１８のグラフに実線で示されるＨＲ６Ｗのマスター曲線を採用している。例えば、クラック率が０．４の場合には、マスター曲線からクリープ寿命消費率が０．８と求められる。したがって、クリープ余寿命については０．２と算出される。
【００７３】
また、クリープ破断までの残存期間については、次のようにして算出可能である。クリープ寿命消費率が０．８に至るまでの使用時間が、例えば１０００時間である場合には、クリープ破断までの残存期間が２５０時間（１０００時間×０．２／０．８）と算出される。このようにしてＮｉ合金のクリープ寿命を評価することができる。
【００７４】
［第二実施例］
Ｎｉ合金のクリープ寿命について評価を行った。
【００７５】
（マスター曲線の作成）
Ｎｉ合金には、γ’析出強化型のＮｉ合金であるＡｌｌｏｙ２６３、Ａｌｌｏｙ６１７を使用した。まず、各Ｎｉ合金のγ’体積率を、合金組成と使用温度とから熱力学計算で算出した。図２２は、各Ｎｉ合金における使用温度に対するγ’体積率の関係を示すグラフである。図２２のグラフでは、横軸に使用温度を取り、縦軸にγ’体積率を取り、使用温度に対する平衡状態でのγ’体積率を示している。Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率は、破線で示しており、Ａｌｌｏｙ６１７のγ’体積率は、実線で示している。Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７は、高温になるほどγ’体積率が低下した。
【００７６】
次に、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７について、クラック率とクリープ寿命消費率との関係を求めた。Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７におけるクラック率とクリープ寿命消費率との関係については、第一実施例における図１７のグラフを使用した。
【００７７】
次に、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のクラック率とクリープ寿命消費率との関係にフィッティングする２次曲線を決定した。図２３は、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のクラック率とクリープ寿命消費率との関係にフィッティングさせた２次曲線を示すグラフである。図２３では、横軸にクリープ寿命消費率を取り、縦軸にクラック率を取り、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のクラック率とクリープ寿命消費率との関係にフィッティングさせた２次曲線を実線で示している。
【００７８】
Ａｌｌｏｙ２６３（試験温度７５０℃）の２次曲線は、クリープ寿命消費率をＸ、クラック率をＹとしたとき、Ｙ＝０．６０Ｘ２−０．２０Ｘであった。Ａｌｌｏｙ６１７（試験温度７２５℃）の２次曲線は、Ｙ＝１．２０Ｘ２−０．１５Ｘであった。Ａｌｌｏｙ６１７（試験温度７５０℃）の２次曲線は、Ｙ＝１．３０Ｘ２−０．１０Ｘであった。
【００７９】
次に、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関連付けを行った。より詳細には、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線Ｙ＝ａＸ２+ｂＸの係数ａ，ｂとの関連付けを行った。Ａｌｌｏｙ２６３（試験温度７５０℃）では、γ’体積率が１２．００％のとき、係数ａが０．６０、係数ｂが−０．２０とした。Ａｌｌｏｙ６１７（試験温度７２５℃）では、γ’体積率が４．００％のとき、係数ａが１．２０、係数ｂが−０．１５とした。Ａｌｌｏｙ６１７（試験温度７５０℃）では、γ’体積率が３．００％のとき、係数ａが１．３０、係数ｂが−０．１０とした。なお、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のγ’体積率は、図２２のグラフから求めた。
【００８０】
図２４は、Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線Ｙ＝ａＸ２+ｂＸの係数ａ，ｂとの関連付けを行ったグラフである。図２４のグラフでは、横軸にγ’体積率を取り、縦軸に係数ａ，ｂを取り、係数ａを実線で表し、係数ｂを破線で表している。Ａｌｌｏｙ２６３及びＡｌｌｏｙ６１７のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線Ｙ＝ａＸ２+ｂＸの係数ａ，ｂとは、線形に直線で関連付けを行った。これによりγ’析出強化型のＮｉ合金のγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関連付けが可能となった。
【００８１】
（クリープ寿命評価）
次に、Ｎｉ合金のクリープ寿命評価方法について説明する。例えば、火力発電プラントにおけるＡｌｌｏｙ２６３製の配管や伝熱管等からＡｌｌｏｙ２６３のレプリカを採取する。採取したレプリカを光学顕微鏡等で金属組織観察し、クラック発生領域を選択してクラック率を求める。
【００８２】
Ａｌｌｏｙ２６３の合金組成と、使用温度とから熱力学計算により、Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率を算出する。次に、Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率からクラック率とクリープ寿命消費率との関係を求める。より詳細には、まず、図２４におけるγ’体積率と、フィッティングさせた２次曲線との関係と、Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率とを比較して、Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率に対応する２次曲線を決定する。図２５は、Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率に対応する２次曲線の求め方を説明するための図である。なお、図２５には、図２４のグラフを用いている。例えば、Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率が６％である場合には、係数ａが１．００、係数ｂが−０．１０と求めることができるので２次曲線Ｙ＝１．００Ｘ２−０．１０Ｘが決定される。
【００８３】
図２６は、Ａｌｌｏｙ２６３のγ’体積率から求めたマスター曲線を示すグラフである。図２６のグラフでは横軸にクリープ寿命消費率を取り、縦軸にクラック率を取り、マスター曲線としての２次曲線Ｙ＝１．００Ｘ２−０．１０Ｘを実線で示している。なお、２次曲線のＸがクリープ寿命消費率に対応し、Ｙがクラック率に対応している。
【００８４】
次に、Ａｌｌｏｙ２６３のクラック率に対応するクリープ寿命消費率を求める。例えば、クラック率が０．４の場合には、図２６のマスター曲線から、クリープ寿命消費率が０．７と求められる。したがって、クリープ余寿命については０．３（１−０．７）と算出される。
【符号の説明】
【００８５】
Ｓ１０、Ｓ２０  クラック率算出工程
Ｓ１２、Ｓ２４  クリープ寿命評価工程
Ｓ２２  γ’体積率算出工程
【図１】
2020128909.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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