(57)【要約】【課題】高精度で安定して金属材料の継続使用の可否を評価することが可能な金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置を提供することを目的とする。【解決手段】試験材料のクリープひずみ量と結晶方位分布との相関を予め求めておき、調査材料の結晶方位分布を測定して、予め求められた相関に当てはめることで調査材料のクリープひずみ量を推定する。推定された調査材料のクリープひずみ量を、試験材料が加速クリープ域に到達するひずみ量と比較することで、調査材料の継続使用の可否を判断する。【選択図】図１
2010164430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリープ損傷を受けた金属材料の損傷度を評価する金属材料のクリープ損傷評価方法であって、
試験材料を用いて、クリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係を予め求める工程と、
クリープ損傷評価を行う調査材料の結晶方位分布を計測する工程と、
計測された前記調査材料の前記結晶方位分布を、前記クリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係に当てはめて前記調査材料のクリープひずみ量を推定する工程と、
試験材料を用いて、加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を予め求める工程と、
前記加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係と、前記調査材料が受ける応力とから前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量を推定する工程と、
推定された前記調査材料のクリープひずみ量と、推定された前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量とを比較して前記調査材料の損傷度を評価する工程と
を具備したことを特徴とする金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項２】
前記結晶方位分布の計測手段として、ＥＢＳＰ(Electron Back-Scatter Diffraction Pattern)法を用いることを特徴とする請求項１記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項３】
前記結晶方位分布の計測手段として、Ｘ線回折法を用いることを特徴とする請求項１記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項４】
試験材料を用いてクリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係を予め求める工程において実施するクリープ試験の条件が、前記調査材料がさらされていた条件と異なることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項５】
前記クリープ試験の条件が、前記調査材料がさらされていた条件に対して温度は同等で、応力が高いことを特徴とする請求項４記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項６】
前記クリープ試験の条件が、前記調査材料がさらされていた条件に対して温度及び応力が高いことを特徴とする請求項４記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項７】
前記クリープ試験の応力条件が、負荷直後に瞬間塑性ひずみを生じない範囲にあることを特徴とする請求項５又は６記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項８】
前記クリープ試験の温度条件が、前記調査部品がさらされていた条件におけるクリープ変形の律速過程から律速過程が変化しない範囲にあることを特徴とする請求項６記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項９】
前記調査材料の損傷度を評価する工程において、推定された前記調査材料のクリープひずみ量が、推定された前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量以上の場合に、前記調査材料を含む部品の継続使用を不可と評価することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項１０】
前記結晶方位分布の代わりにＧＡＭ(Grain Average Misorientation)値を用いることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載の金属材料のクリープ損傷評価方法。
【請求項１１】
クリープ損傷を受けた金属材料の損傷度を評価する金属材料のクリープ損傷評価装置であって、
試験材料におけるクリープひずみ量と定量化された結晶方位分布との相関関係を表す第１のデータを収容するとともに、試験材料における加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を表す第２のデータを収容するデータベースと、
前記調査材料の結晶方位分布を計測する結晶方位分布計測手段と、
前記結晶方位分布計測手段によって計測された前記調査材料の結晶方位分布を定量化する結晶方位分布定量化手段と、
前記調査材料の定量化された結晶方位分布を前記第１のデータに当てはめて前記調査材料のクリープひずみ量を推定するクリープひずみ量推定手段と、
前記第２のデータと、前記調査材料が受ける応力とから、前記調査材料が加速クリープ域に到達する加速クリープ域到達ひずみ量を推定する加速クリープ域到達ひずみ量推定手段と、
推定された前記調査材料のクリープひずみ量と、推定された前記加速クリープ域到達ひずみ量とを比較して前記調査材料の損傷度を評価する判定手段と
を具備したことを特徴とする金属材料のクリープ損傷評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ガスタービンなどの機器部品を構成する金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンなどの機器部品を構成する金属材料としては、耐熱鋼やＮｉ基耐熱合金などが用いられている。このような金属材料のクリープ損傷を評価する方法としては、例えば、クリープ過程で生成する粒界上のボイドを評価するＡパラメータ法、析出物の形態変化から評価する金属組織学的手法、機器部品の一部からクリープ試験片を採取してクリープ試験を行い評価する機械試験法、材料の硬さの変化から評価する硬さ法、電気抵抗の変化から評価する電気抵抗法などがある。
【０００３】
しかし、上述した評価方法では、以下に示すような問題がある。Ａパラメータ法は、クリープボイドが発生、成長する寿命の最終段階でしか適用できずクリープボイドの生じにくい材料では適用できない。金属組織学的手法は、析出物の形態変化が起こりにくい環境（析出物の形態変化がほとんど起こらない温度領域）で使用されている材料については適用できず、急激に組織変化する環境（その材料にとって十分に高い温度域）で使用されている材料では計測誤差が大きくなり、さらには、析出物の生じない材料には適用できない。機械試験法は、試験に長時間を要し、機器部品からの試験片の採取は形状的な制約が多く、クリープ損傷が最も激しい部位からの試験片の採取が困難な場合がある。硬さ法は、材料の変形量に対する硬さの変化が小さい材料では計測誤差が大きくなる。電気抵抗法は、抵抗値の変化に敏感でノイズに左右されやすく、測定誤差が大きくなりやすい。
【０００４】
そこで、近年、次に示すクリープ損傷評価方法が提案されている。この評価方法は、まず、事前に、特定材料の試験材料の材料寿命の加速試験（例えば疲労試験）を行い、一定の材料寿命の進行度に対する結晶方位差のデータを事前に採取し、材料寿命の進行度と結晶方位差との関係を表すマスターカーブを作成しておく。現実に材料寿命の進行が生じた試験材料と同種の調査材料の結晶方位差を測定し、この値を前記マスターカーブに代入して、調査材料の材料寿命の進行度を予測して、破断に至るまでの余寿命を予測する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この評価方法は、結晶粒内における結晶方位差をＥＢＳＰ(Electron Back-Scatter Diffraction Pattern:後方散乱電子回折像）法を用いて計測し、その値から導出されるＫＡＭ(Karnel Average Misorientation)値を材料寿命の進行度と関連付ける方法である。
【０００６】
しかしながら、上記した評価方法には、以下のような問題点がある。すなわち、粒内の任意の２点間における結晶方位の角度差は、寿命末期の材料においても数度程度しかないため、材料の寿命末期でしか十分な評価精度が得られないばかりか、測定誤差の影響を受けやすく、データの安定性と信頼性の確保が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものであり、その目的は、高精度で安定して金属材料の継続使用の可否を評価することが可能な金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の金属材料のクリープ損傷評価方法の一態様は、クリープ損傷を受けた金属材料の損傷度を評価する金属材料のクリープ損傷評価方法であって、試験材料を用いて、クリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係を予め求める工程と、クリープ損傷評価を行う調査材料の結晶方位分布を計測する工程と、計測された前記調査材料の前記結晶方位分布を、前記クリープひずみ量と結晶方位分布との相関関係に当てはめて前記調査材料のクリープひずみ量を推定する工程と、試験材料を用いて、加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を予め求める工程と、前記加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係と、前記調査材料が受ける応力とから前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量を推定する工程と、推定された前記調査材料のクリープひずみ量と、推定された前記調査材料が加速クリープ域に到達するひずみ量とを比較して前記調査材料の損傷度を評価する工程とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の金属材料のクリープ損傷評価装置の一態様は、クリープ損傷を受けた金属材料の損傷度を評価する金属材料のクリープ損傷評価装置であって、試験材料におけるクリープひずみ量と定量化された結晶方位分布との相関関係を表す第１のデータを収容するとともに、試験材料における加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を表す第２のデータを収容するデータベースと、前記調査材料の結晶方位分布を計測する結晶方位分布計測手段と、前記結晶方位分布計測手段によって計測された前記調査材料の結晶方位分布を定量化する結晶方位分布定量化手段と、前記調査材料の定量化された結晶方位分布を前記第１のデータに当てはめて前記調査材料のクリープひずみ量を推定するクリープひずみ量推定手段と、前記第２のデータと、前記調査材料が受ける応力とから、前記調査材料が加速クリープ域に到達する加速クリープ域到達ひずみ量を推定する加速クリープ域到達ひずみ量推定手段と、推定された前記調査材料のクリープひずみ量と、推定された前記加速クリープ域到達ひずみ量とを比較して前記調査材料の損傷度を評価する判定手段とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高精度で安定して金属材料の継続使用の可否を評価することが可能な金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施態様のクリープ損傷評価方法の手順を示すフローチャート。
【図２】結晶方位分布パラメータＰ＜１０１＞，１５とクリープ寿命消費率との関係を示すグラフ。
【図３】ＧＡＭ値とクリープ寿命消費率との関係を示すグラフ。
【図４】結晶方位分布パラメータＰ＜１０１＞，１５とクリープひずみ量との関係を示すグラフ。
【図５】ＧＡＭ値とクリープひずみ量との関係を示すグラフ。
【図６】クリープ速度−ひずみ線図の応力依存性を示すグラフ。
【図７】実機相当の条件において加速クリープ域に到達するひずみ量を、実験データから推定する方法を示す模式図。
【図８】本発明の一実施態様のクリープ損傷評価装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る金属材料のクリープ損傷評価方法及びクリープ損傷評価装置の実施形態について、主に面心立方構造の固溶強化型Ｎｉ基耐熱超合金からなる部品のクリープ寿命評価を例として図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明においては、材料の結晶方位及びその変化と材料の損傷量とを相関付けることで、材料の余寿命（損傷度）を評価する。結晶方位はＥＢＳＰ法によって計測することができる。ＥＢＳＰ法は、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）の反射電子回折における菊池線のパターンを解析することで材料の任意の点における結晶方位を計測する手法である。この手法による結晶方位の全自動解析システム、ＯＩＭ(ORIENTATION IMAGING MICROSCOPY、ＴＭ）が開発されている。通常、数μｍ間隔で規則的に配置された多数の測定点（通常、数万点〜数十万点）についてそれぞれ結晶方位を計測することで、観察面全体の結晶方位情報を面情報として得ることができる。最近では、コンピュータの演算能力の向上に伴ってＯＩＭの普及が進んでいる。
【００１５】
本発明者等は、面心立方構造の固溶強化型Ｎｉ基耐熱超合金（ハステロイＸ：ハステロイは登録商標）を用いクリープ損傷の進行と結晶方位変化との関係を詳細に調査した。すなわち、新材、任意の時間におけるクリープ中断材、及びクリープ破断材の結晶方位をＯＩＭシステムにて計測した。各試験材の当該部を切り出し、仕上げ研磨を施してＳＥＭへ挿入し、ＯＩＭにて応力軸方向から見た結晶方位分布を計測した。その結果、計測された結晶方位分布を定量化した結晶方位分布パラメータＰ＜１０１＞，１５（以下、「結晶方位分布パラメータＰ」と略称することもある。）は、図２のグラフに示すように、クリープ寿命消費率（クリープ破断時間に対する中断時間の比）と良い相関を示した。なお、図２において、縦軸は結晶方位分布パラメータＰ＜１０１＞，１５（％）、横軸はクリープ寿命消費率（％）を示している。また、応力軸と特定の結晶方位＜ｕｖｗ＞とのなす角がｘ°以内にある測定点の数の全測定点数に対する比を結晶方位分布パラメータＰ＜ｕｖｗ＞，ｘと定義した。
【００１６】
また、二次元配列測定データの中で、ｋ番目の結晶粒について、その粒内に含まれる全隣接２点間の方位差を求め、これらを平均したものを、ｋ番目の粒の平均方位差Ｂｋとし、ｋ番目の結晶粒の面積をＡｋ、計測領域の全結晶粒面積をＡとして、結晶粒面積の重み付き平均値をＧＡＭ値と定義する。なお、ＧＡＭ値は、以下の式（１）によって表される。式（１）においてｍは、結晶粒の数を表している。
【００１７】
【数１】
2010164430.tif 000003
【００１８】
このとき、ＧＡＭ(Grain Average Misorientation)値は、図３のグラフに示すように、クリープ寿命消費率と良い相関を示した。なお、図３において、縦軸はＧＡＭ値（deg）、横軸はクリープ寿命消費率（％）を示している。
【００１９】
さらに、縦軸を結晶方位分布パラメータＰ＜１０１＞，１５（％）、横軸をクリープひずみ量（％）とした図４のグラフ、及び、縦軸をＧＡＭ値（deg）、横軸をクリープひずみ量（％）とした図５のグラフに示すように、結晶方位分布パラメータＰ及びＧＡＭ値はクリープひずみ量ともよい相関があることも見出された。結晶方位分布パラメータＰ及びＧＡＭの変化メカニズムから、結晶方位分布パラメータＰ及びＧＡＭ値は、クリープ時間よりもクリープひずみ量に対してより直接的に相関していることが確認された。本発明はかかる知見に基づくものである。
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。この実施形態では、発電用ガスタービンの高温にさらされる部品を例としたクリープ損傷評価方法について説明する。
【００２１】
まず、対象となる発電プラント構成部品の評価部位を選定する。評価部位は、当該部品の寿命を支配する部位であり、類似部品の損傷事例の傾向解析や、ＦＥＭ（有限要素法）などによる温度・応力解析から把握される、材料的に最も環境の厳しい部位である。
【００２２】
この部位の使用環境（温度・応力）を把握し、当該部品と同一の素材を用い、その環境を模擬した条件の下で、クリープ寿命消費率０％（新材）、クリープ寿命消費率１００％（破断材）及びそれらの間の寿命消費率にある試験材（クリープ試験材）を準備し、ＥＢＳＰ法によって計測すれば、図２〜５に示したように、結晶方位分布パラメータＰ又はＧＡＭ値と、クリープ寿命消費率（％）又はクリープひずみ量との相関関係を示すデータ（マスターカーブ）が得られる。しかしながら、実際の部品の使用環境を模擬した試験では破断までに膨大な時間を要する場合が多い。
【００２３】
そこで、マスターカーブを作成する際に、温度や応力の条件を実際の条件よりも厳しくし、より短い時間で試験が終了するクリープ条件を採用することを検討した。本発明者等は、温度や応力を変化させたクリープ試験を実施し、マスターカーブがどのように変化するかを調査した。その結果、結晶方位分布パラメータＰ及びＧＡＭ値ともに、クリープ寿命消費率に対するマスターカーブは、試験温度、応力のいずれを変化させた場合でもその形状が大きく変化した。一方、クリープひずみ量に対するマスターカーブは、試験温度、応力のいずれを変化させた場合でもその変化が小さく、特に応力の変化に対してはほとんど変化しないことが確認できた。
【００２４】
さらに、実用上重要となる低ひずみ側（例えば１０％以下）においては、特に温度、応力に対する依存性は小さい。したがって、クリープ損傷を評価する際の指標として、クリープひずみ量を用いる場合は、マスターカーブを得る際のクリープ試験条件が、実際の部品の使用環境と異なっていてもよい。すなわち、加速度試験によって、より短時間でマスターカーブを得ることができる。
【００２５】
この場合、クリープ試験条件を、例えば、実際の部品の使用環境に対して、温度は同等としておき、応力をより厳しい条件に設定することで、より短時間にクリープひずみ量に対するマスターカーブを得ることができる。さらに、クリープ試験条件を、実際の部品の使用環境に対して、温度と応力をより厳しい条件に設定してもよい。
【００２６】
このとき、クリープ試験条件における応力は、実機の応力条件に対してクリープ変形機構が変化しない範囲内で選定することが望ましい。ここで想定している実機の応力は小さいので、加速試験条件の応力も低応力の範囲内に留めることが望ましい。具体的には、クリープ試験において荷重負荷時に瞬間塑性ひずみが生じない範囲内の応力から選定すればよい。この条件内で現実的な破断時間に収まらない場合は、クリープ変形の律速過程が変化しない範囲で温度を上昇させてもよい。これによって、現実的な時間で、結晶方位分布パラメータＰ又はＧＡＭ値と、クリープひずみ量との相関関係を示すデータとしてマスターカーブを得ることができる。
【００２７】
次に、対象とする機器部品の評価部位から試験片を切り出し、ＥＢＳＰ計測により結晶方位分布パラメータＰ＜ｕ  ｖ  ｗ＞，  ｘ又はＧＡＭ値を求め、上記のマスターカーブと対比させれば、対象部品のクリープひずみ量が推定できる。しかし、これだけでは部品の継続使用の可否（補修・交換の要否）の判断ができない。そこで、部品の継続使用の可否（補修・交換の要否）の判断は、評価部位が加速クリープ域にあるか否かによって行う。
【００２８】
本発明者等の研究によれば、縦軸をクリープ速度（対数）、横軸をクリープひずみ量とした図６のグラフに示すように、ハステロイＸのクリープ挙動は、クリープ試験の際の試験応力σ（σ1〜5）によって変化する。なお、図６では、σ1＜σ2＜σ3＜σ4＜σ5となっている。そして、加速クリープ域に到達するひずみ量（最小クリープ速度を示す時のひずみ量）をεａ（σ）とすれば、クリープ試験応力σとεａ（σ）の関係は、縦軸をσ、横軸をεａ（σ）とした図７のグラフに示すようになる。
【００２９】
ここで想定している実機の応力をσ１とすると、実機と同等の温度における低応力側でのσとεａ（σ）の関係を外挿することで、当該部材の実機の条件において加速クリープ域に到達するひずみ量をεａ（σ１）として推定することができる。このようにして推定されたεａ（σ１）と、上記のマスターカーブから評価された部品のクリープひずみ量を比較することで、部品の継続使用の可否（補修・交換の要否）の判断を行うことができる。すなわち、例えば、当該部材が加速クリープ域に到達している場合は継続使用を不可とする。図１は、以上に示した発電プラント構成部品のクリープ損傷評価方法の手順を示すフローチャートである。
【００３０】
次に、図１を参照して、本実施形態に係るクリープ損傷評価方法をより具体的な例について説明する。
【００３１】
実際のプラントにおいて高温で用いられる部品の寿命支配因子は、部品の種類や使用環境によって異なるため、それぞれの条件に対して寿命を決定付ける部位を見出し、その部位の材料損傷度を評価する必要がある。そのためには、実際の損傷状況の評価（割れが発生する部位の傾向解析等）や、ＦＥＭなどによる解析から求められる温度・応力の分布状況からの推定等で、損傷を評価すべき部位を決定する（ステップＳ１０）。
【００３２】
次に、損傷を評価すべき部位として抽出された部位の温度・応力条件を特定する（ステップＳ２０）。このために、ＦＥＭ等による解析のほか、金属組織の変化の程度に関する評価や、熱電対による温度の実測等、様々な手法を状況によって使い分ける。
【００３３】
次に、特定された温度・応力条件に基づいてクリープ試験を行う際の試験条件を決定する（ステップＳ３１）。そして、この試験条件に従ってクリープ試験を行うとともに、試験材料の結晶方位分布を計測し（ステップＳ３２）、結晶方位分布の定量化を行って結晶方位分布パラメータＰを求め（ステップＳ３３）、結晶方位分布パラメータＰとクリープひずみ量との相関関係を示すデータとして、図４に示したようなマスターカーブを導出する（ステップＳ３４）。なお、この場合、結晶方位分布パラメータＰの代わりに、図５に示したＧＡＭ値によるマスターカーブを使用することもできる。
【００３４】
上記のマスターカーブを得る際に、クリープ試験を短時間で完了するためには、前述したように、加速試験によるクリープ試験を行うことができる。一般的に、プラント部品の使用環境について、温度は転移クリープ領域、応力は当該温度での材料の耐力に対して充分に小さい範囲にある。したがって、加速試験条件としては、温度は転移クリープが起こる範囲で選定し、応力は負荷直後に瞬間塑性ひずみが生じない低応力範囲から選定することが望ましい。なお、クリープ試験に用いられる素材は、対象部品の素材と同一（組成・製造方法・熱処理条件など）であることが望ましいのは言うまでもない。
【００３５】
マスターカーブ作成のためにクリープ中断試験材から試験片を切り出し、ＥＢＳＰ計測用の試料として調整する。このとき、切り出し形状は、円筒状でも直方体状でも楔状でもよいが、最終的にＥＢＳＰ計測面として、数ｍｍ×数ｍｍ程度の面積が得られることが望ましい。仮に計測範囲を小さくし過ぎると、計測対象となる結晶粒の個数が減少し、計測のばらつきが大きくなるためである。ここで、主たる応力方向に垂直な面が観察面となるように切り出すことが望ましいが、それが困難な場合には、ＥＢＳＰ試料に調整された後でも、主たる応力方向が見失われないようにすれば問題はない。
【００３６】
また、一般にＥＢＳＰ試料としては、試料を樹脂に埋め込み研磨仕上げにて試料調整を行うが、ＥＢＳＰ法では、試料の極表層の情報を計測するため、導電性のＳＥＭ観察用樹脂を用いることが望ましい。これによって、一般のＳＥＭ観察で行われる観察面への導電皮膜（ＣやＡｇなど）の蒸着が不要となるからである。
【００３７】
また、研磨による表面へのひずみの導入は、結晶粒内に微小な結晶方位のずれを発生させるため、ＧＡＭ値等は多大な影響を受ける。したがって、鏡面研磨後に酸等を用いて試料表面のひずみ層を溶出させる等の処理をすることが望ましい。しかし、そのような処理を行ってもＧＡＭ値等は、試料調整による計測誤差を生じ易い。そこで、研磨における面圧や時間を一定に保つ管理によって、試料間でのノイズ量を一定に保つことが望ましい。一方、結晶方位分布パラメータＰの場合は、特定方位から１５°前後の範囲にある結晶粒の比率を示すもので、ＧＡＭ値等一般に１°前後の角度差を計測する指標に比べて、格段に誤差やばらつきが生じ難い。
【００３８】
次に、試験材料のクリープ特性の応力依存性評価を行う（ステップＳ４１）。プラント部品の評価部位において特定された温度・応力を、それぞれＴ１、σ１とする。温度をＴ１に固定し、複数の応力条件においてクリープ試験を実施し、それぞれ加速クリープ域に到達する時点のひずみ量εａ（σ）を調べる。一般にσ１は小さい値であるため、このクリープ試験ではそれよりも大きな応力から選定される。ところが、応力が大き過ぎるとクリープ試験では荷重負荷直後に瞬間塑性ひずみが生じ、当該部品で生じている事象を反映しなくなってしまう（図７で高応力側の２点は違う傾きの直線上にある）。すなわち、このクリープ試験では、応力は温度Ｔ１における当該材料の耐力に比べて充分に小さい値とし、荷重負荷直後に瞬間塑性ひずみが生じないようにする必要がある。なお、クリープ試験に用いられる素材は、当該部品の素材と同一（組成・製造方法・熱処理条件など）であることが望ましいのは言うまでもない。
【００３９】
上述のようにして得られたクリープ試験応力と加速クリープ域に到達するひずみ量との相関関係（図７参照）に基づいて、温度Ｔ１、応力σ１の条件での加速クリープ域に到達するひずみ量をεａ（σ１）として推定する（ステップＳ４２）。
【００４０】
次に、対象部品の結晶方位分布の計測を行う（ステップＳ５１）。結晶方位分布の計測では、まず、対象部品の評価部位からＥＢＳＰ計測用の試験片（調査材料）を採取する。このとき、機械試験等とは異なり試験片は微小なものでよく、切断砥石やグラインダーの他、収束イオンビーム法や放電加工などによって簡単に採取できる。また、サンプル採取痕が微小なため、部品によっては溶接による埋め戻しと部品の継続使用も可能となる。なお、結晶方位分布の変化についてはＸ線回折法によっても計測が可能であることから、非破壊での評価も可能と考えられる。この場合は、マスターカーブも同様に同一条件のＸ線回折法による計測で準備することが望ましい。
【００４１】
次に、計測された結晶方位分布の定量化を行う（ステップＳ５２）。この結晶方位分布の定量化は、前述の如く、結晶方位分布パラメータＰ＜ｕ  ｖ  ｗ＞，  ｘによって行う。また、前述したとおり結晶方位分布の代わりにＧＡＭ値を用いることもできる。
【００４２】
次に対象部品の変形量（クリープひずみ量）の推定を行う（ステップＳ５３）。ここでは、既に得られたマスターカーブと、評価部品に対して求めた結晶方位分布パラメータＰ＜ｕ  ｖ  ｗ＞，  ｘ（ＧＡＭ値を用いる場合はＧＡＭ値）と対照させることで、当該部品のクリープひずみ量を推定する。
【００４３】
最後に対象部品の継続使用可否を判定する（ステップＳ６０）。継続使用可否の判定では、上記の如く推定された対象部品のクリープひずみ量をεｂとし、それを前記の、温度Ｔ１、応力σ１の条件での加速クリープ域に到達するひずみ量εａ（σ１）と比較する。このとき、εｂ＜εａ（σ１）であれば対象部品の継続使用を可能と判断し、逆にεｂ≧εａ（σ１）であれば対象部品の継続使用を不可と判断する。すなわち、当該部品が加速クリープ域に到達している場合は継続使用不可と判断し、部材の補修や交換を実施する。
【００４４】
次に、図８を参照して、本実施形態に係るクリープ損傷評価装置１００の構成について説明する。
【００４５】
クリープ損傷評価装置１００は、プログラムデータベース１２０に格納されたプログラムを、制御手段１３０により実行するコンピュータ等によって構成される。
【００４６】
制御手段１３０は、内部での種々の演算処理を実行するＣＰＵ等の演算手段、システム情報等が記憶されたＲＯＭ等の不揮発性メモリや更新可能に情報を記憶するＲＡＭ等の半導体メモリで構成された記憶手段、及び内部での種々の動作や外部との情報授受を司る制御手段等を有する。また、制御手段１３０は、入出力インターフェース１４０からの入力やインストールされたプログラムの内容等に応じて様々な情報処理を実行するものとなっており、後述の動作における各種演算の処理を実行したり、各構成部を制御する中核を担う。
【００４７】
また、クリープ損傷評価装置１００は、入出力インターフェース１４０を備えている。入出力インターフェース１４０は、コンピュータ等が一般に備えるキーボードやポインティング・デバイス等で構成され、使用者等による文字入力や選択入力等を受け付けて制御手段１３０等へ供給する。さらに、クリープ損傷評価装置１００は、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイ等で構成される、制御手段１３０による制御の下で所定の情報表示をする表示手段１６０を備えている。また、クリープ損傷評価装置１００は、ハードディスク等の記憶手段で構成される、プログラムデータベース１２０や演算データベース１５０等を備えている。
【００４８】
演算データベース１５０は、クリープ損傷評価に係る演算を実行するために必要なデータを収納し、例えば、後述するマスターカーブ導出手段１２４で導出された各種マスターカーブに関するデータ（例えば、結晶方位分布パラメータＰ＜ｕｖｗ＞，１５とクリープ変形量との相関関係を表すデータ等）を収納している。また、演算データベース１５０は、図７に示したような、試験材料における加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を表すデータを収納している。
【００４９】
そして、上記した各構成部は、システムバス１７０で接続されている。
【００５０】
次に、プログラムデータベース１２０に格納された各種機能手段について説明する。
【００５１】
プログラムデータベース１２０には、機能手段として、結晶方位分布計測手段１２１、結晶方位分布定量化手段１２２、マスターカーブ導出手段１２３、クリープひずみ量推定手段１２４、加速クリープ域到達ひずみ量推定手段１２５、判定手段１２６が格納されている。
【００５２】
結晶方位分布計測手段１２１は、試験材料や調査材料の結晶方位分布を計測するものであり、ＥＢＳＰ法を利用したＯＩＭシステムを備えている。そして、ＳＥＭで取得した観察面全体の結晶方位の情報に基づいて、応力軸方向から見た特定の結晶方位＜ｕｖｗ＞について結晶方位分布を計測する。
【００５３】
結晶方位分布定量化手段１２２は、結晶方位分布計測手段１２１によって計測された結晶方位分布を、例えば、結晶方位分布パラメータＰ＜ｕｖｗ＞，１５で定量化するものである。
【００５４】
マスターカーブ導出手段１２３は、結晶方位分布定量化手段１２２で定量化された結晶方位分布パラメータＰ＜ｕｖｗ＞，１５に基づいて、マスターカーブを導出するものであり、結晶方位分布パラメータＰ＜ｕｖｗ＞，１５とクリープ変形量との相関関係を表すマスターカーブを導出する。マスターカーブ導出手段１２３で導出されたマスターカーブは、演算データベース１５０に収納される。
【００５５】
クリープひずみ量推定手段１２４は、結晶方位分布定量化手段１２２で定量化された調査材料の結晶方位分布パラメータＰ＜ｕｖｗ＞，１５を、上記マスターカーブ導出手段１２３で導出され、演算データベース１５０に収納されたマスターカーブに当てはめて、調査材料のクリープひずみ量を推定する。
【００５６】
加速クリープ域到達ひずみ量推定手段１２５は、演算データベース１５０に収納された試験材料における加速クリープ域に到達するひずみ量とクリープ試験応力との相関関係を表すデータに、調査材料が受ける応力を当てはめて、調査材料の加速クリープ域到達ひずみ量を推定する。
【００５７】
判定手段１２６は、クリープひずみ量推定手段１２４で推定された調査材料のクリープひずみ量と、加速クリープ域到達ひずみ量推定手段１２５で推定された調査材料の加速クリープ域到達ひずみ量とを比較する。そして、調査材料のクリープひずみ量が、加速クリープ域到達ひずみ量以上の場合は調査材料を含む対象部品の継続使用を不可と判定し、調査材料のクリープひずみ量が、加速クリープ域到達ひずみ量未満の場合は調査材料を含む対象部品の継続使用が可能と判定する。
【００５８】
なお、上記したクリープ損傷評価装置１００における各種機能手段は、上記したように、メモリやＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の適宜なプログラムデータベース１２０等の記憶装置に格納したプログラムとして実現してもよいし、ハードウェアとして実現してもよい。プログラムとして実現する場合には、余寿命評価装置１００の制御手段１３０がプログラム実行に合わせてプログラムデータベース１２０より該当するプログラムを制御手段１３０のメモリ等に読み出して、これを実行することとなる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、面心立方構造を有する材料の場合について説明したが、面心立方構造に限らず、体心立方構造でも六方最密構造でも同様にマスターカーブを作成して、着目すべき結晶方位を適切に選定することで、同様に本発明が適用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１００……クリープ損傷評価装置、１２０……プログラムデータベース、１３０……制御手段、１４０……入出力インターフェース、１５０……演算データベース、１６０……表示手段、１７０……システムバス。
【図１】
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【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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