(57)【要約】      （修正有）【課題】精度が高い高温耐熱鋼部材の余寿命診断方法を提供する。【解決手段】クリープ破断試験及びクリープ中途止め試験から単純加熱材及び損傷部の硬度を実測し、損傷率及び時間温度パラメータを算出し、硬度と損傷率又は時間温度パラメータとの関係を求める工程と、単純加熱材の硬度と損傷部の硬度との差を算出し、この差と損傷率との関係を求める工程と、耐熱鋼部材の使用前における初期硬度を実測する工程と、初期硬度に対応する時間温度パラメータの初期値を算出する工程と、使用温度及び使用時間に対応する時間温度パラメータ増分である等価パラメータを算出する工程と、時間温度パラメータの初期値と等価パラメータとの和に対応する単純加熱材の硬度の推定値を算出する工程と、上記の和に対応する損傷部の硬度を算出し、上記の和に対応する上記の差を算出する工程と、上記の和に対応する上記の差からこの差に対応する損傷率を算出する工程と、を行う。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温下で使用される耐熱鋼部材の余寿命診断方法であって、前記耐熱鋼部材を構成する耐熱鋼材料について複数の加熱温度、付加応力及び加熱時間におけるクリープ破断試験及びクリープ中途止め試験から単純加熱材及び損傷部の硬度を実測し、損傷率及び時間温度パラメータを算出し、前記単純加熱材及び前記損傷部の硬度と前記損傷率又は前記時間温度パラメータとの関係を求める工程と、前記単純加熱材の硬度と前記損傷部の硬度との差を算出し、前記差と前記損傷率との関係を求める工程と、実機に組み込む前記耐熱鋼部材の使用前における初期硬度を実測する工程と、前記初期硬度に対応する前記時間温度パラメータの初期値を算出する工程と、前記実機における使用温度及び使用時間に対応する時間温度パラメータ増分である等価パラメータを算出する工程と、前記初期値と前記等価パラメータとの和に対応する前記単純加熱材の硬度の推定値を算出する工程と、前記和に対応する前記損傷部の硬度を算出し、前記和に対応する前記差を算出する工程と、前記和に対応する前記差からこの差に対応する前記損傷率を算出する工程と、を含むことを特徴とする耐熱鋼部材の余寿命診断方法。
【請求項２】
前記耐熱鋼部材は、タービンロータシャフト、タービンケーシング、ボルト、ブレード、バルブ、ダイヤフラム又は配管であることを特徴とする請求項１記載の余寿命診断方法。
【請求項３】
前記耐熱鋼材料は、８〜１３質量％のＣｒを含むフェライト系鋳鍛鋼であることを特徴とする請求項１又は２に記載の余寿命診断方法。
【請求項４】
前記耐熱鋼材料は、１〜３質量％のＣｒを含むフェライト系鋳鍛鋼であることを特徴とする請求項１又は２に記載の余寿命診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温下で使用される耐熱鋼材料の余寿命診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンを構成するロータシャフト、ケーシング、ケーシングボルトなどは、一般に、ＣｒＭｏＶ系低合金鋼や１２Ｃｒ鋼フェライト系ステンレス鋼などを用いて製造されている。この種の高温部材は、一般に３００〜６００℃程度の高温雰囲気中で長時間にわたって応力負荷を受けると、結晶粒界および粒内に炭化物が析出したり、粒界にボイドが生成したりすることにより劣化してしまう。そのような劣化は、タービンを構成する各部品に亀裂を発生させ、最終的にはタービンの破壊事故へと繋がる可能性がある。そのような事故を未然に防ぐ観点から、あるいはタービンの経済的な運用のために、タービン部品の寿命を的確に診断することは重要である。
【０００３】
高温雰囲気中に長時間晒される高温部材の損傷状態を調べる従来の方法としては、実際に使用されている部材から直接試験片を切り出し、切り出された試験片に対して行う破壊試験があった。近年は、部材を設置したまま損傷状態を評価することができる非破壊試験による診断法も行われている。
【０００４】
特許文献１には、高温で使用される金属材料部材の寿命損傷程度を非破壊的に簡便に測定することを目的として、高温で使用された金属材料部材の硬さと、その使用温度及び時間で無負荷状態で使用された場合の硬さとの差（ΔＨ）から、既知のΔＨとクリープひずみ損傷率との関係に基いて、未知のクリープひずみ損傷率を求める高温部材の寿命予測法が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、検査対象の高強度鋼溶接部を含む所定範囲の熱影響を受けた箇所のクリープ伸びに着目し、その測定結果と、運転初期の高強度鋼溶接部を含む所定範囲の長さとを比較してクリープ歪みを求め、予め求めた運転時間又はクリープ寿命消費率とクリープ歪みとの関係を示すクリープ歪み特性曲線に、得られたクリープ歪みの値を当てはめて、検査対象の寿命消費率を求める高強度鋼溶接部のクリープ伸びによる寿命評価方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平２−５４５１４号公報
【特許文献２】特開２００８−１２２３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に記載の寿命予測法は、十分な予測精度が得られるとはいいがたいという意味で改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、高温下で使用される耐熱材料部材に適用できる、従来よりも精度が高い高温耐熱鋼部材の余寿命診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、高温下で使用される耐熱鋼部材の余寿命診断方法であって、耐熱鋼部材を構成する耐熱鋼材料について複数の加熱温度、付加応力及び加熱時間におけるクリープ破断試験及びクリープ中途止め試験から単純加熱材及び損傷部の硬度を実測し、損傷率及び時間温度パラメータを算出し、単純加熱材及び損傷部の硬度と損傷率又は時間温度パラメータとの関係を求める工程と、単純加熱材の硬度と損傷部の硬度との差を算出し、この差と損傷率との関係を求める工程と、実機に組み込む耐熱鋼部材の使用前における初期硬度を実測する工程と、初期硬度に対応する時間温度パラメータの初期値を算出する工程と、実機における使用温度及び使用時間に対応する時間温度パラメータ増分である等価パラメータを算出する工程と、時間温度パラメータの初期値と等価パラメータとの和に対応する単純加熱材の硬度の推定値を算出する工程と、上記の和に対応する損傷部の硬度を算出し、上記の和に対応する上記の差を算出する工程と、上記の和に対応する上記の差からこの差に対応する損傷率を算出する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の診断方法によれば、タービン部材に使用されるような耐熱鋼材料からなる部材の余寿命を簡単な測定で高精度に診断することができる。本発明の方法は、プラントの安全な運用に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】損傷率又は時間温度パラメータと、応力負荷加熱材及び単純加熱材の硬度との関係を示すグラフである。
【図２】損傷率と硬度の差ΔＨとの関係を示すグラフである。
【図３】時間温度パラメータと硬度の関係を示すグラフである。
【図４】損傷率と損傷部硬度の関係を示すグラフである。
【図５】耐熱鋼部材の余寿命診断方法の手順の例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、高温下で使用される耐熱鋼材料の余寿命診断方法に関する。特に、タービンロータシャフト、タービンケーシング、ボルト、ブレード、バルブ、ダイヤフラム及び配管のような高温下で使用されるタービン部材の劣化状態を非破壊的に検出してタービン部材用耐熱鋼材料の余寿命を診断するのに適した余寿命診断方法に関する。
【００１３】
本発明者は、高温下で使用される耐熱材料部材は、高温下で使用される焼戻し効果と、応力負荷によるクリープ損傷が重畳した硬度低下が生じるため、応力の有無による硬度低下量の差と損傷量との関係を材料損傷評価に結び付けることが有効であることに着目した。さらに、硬度の差ΔＨを求める際に、実機材料を実測することにより評価可能な損傷部（高温応力負荷）と比較して、単純加熱部（高温応力無負荷）の硬度を推定することが重要であることに着目し、高温下で使用される耐熱鋼部材の余寿命を診断するための新たな診断法を見出した。
【００１４】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
【００１５】
（１）高温下で使用される耐熱鋼部材の余寿命診断方法であって、診断対象の耐熱鋼部材を構成する耐熱鋼材料のクリープ試験を行い、寿命時間およびクリープ試験温度から求めた時間温度パラメータ及び損傷部硬度を求める工程と、加熱温度および加熱時間から時間温度パラメータと単純加熱材硬度を求める工程と、損傷率と硬さの差をプロットした寿命診断線図を作成する工程と、硬度の差と損傷率のマスター線図を用いて耐熱鋼部材の余寿命を診断する工程とを含む、前記方法。
【００１６】
（２）実機使用温度を考慮した推定硬さを、診断対象の初期硬度、および時間温度パラメータと単純加熱材硬度のマスター線図から求めた、上記（１）に記載の方法。
【００１７】
（３）高温下で使用される耐熱鋼部材が、タービンロータシャフト、タービンケーシング、ボルト、ブレード、バルブ、ダイヤフラム、配管のような高温下で使用されるタービン部材である、上記（１）または（２）に記載の方法。
【００１８】
（４）耐熱鋼材料が８〜１３質量％のＣｒを含むフェライト系鋳鍛鋼である、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
【００１９】
（５）耐熱鋼材料が１〜３質量％のＣｒを含むフェライト系鋳鍛鋼である、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
【００２０】
本発明の余寿命診断方法は、高温下で使用される耐熱鋼材料を診断対象とする。ここで、「高温」とは、金属材料がクリープを起こすような温度（一般に０．４Ｔｍ（Ｔｍ：金属の融点）とされている。）以上を意味する。
【００２１】
本発明の診断方法は、蒸気タービンの最も厳しい温度条件である、例えば６００℃以上の高温にかかわらず、３００℃以上で使用されるような高温部材の余寿命診断に適している。本明細書において「耐熱鋼部材」には、タービンロータシャフト、タービンケーシング、ボルト、ブレード、バルブ、ダイヤフラム及び配管が含まれる。
【００２２】
本発明が診断対象とする耐熱鋼部材は、例えば各種化学プラントなどにおいても配管やケーシングなどに用いられている、長時間高温下で使用される部材である。タービン用部材の中でも、５００℃以上、特に６００℃以上の温度で運転される部材は、高温下に晒されるために特に劣化が進みやすく、また、破損により大事故を引き起こす可能性も高い。本発明の診断方法は、そのようなタービン用部材の余寿命を高精度に診断するのに適している。なお、本明細書におけるタービンには、蒸気タービン、ガスタービンその他の高温で運転されるタービンが含まれる。
【００２３】
本発明の余寿命診断方法は、高温下で使用される耐熱鋼部材の余寿命診断方法であって、診断対象の耐熱鋼部材を構成する耐熱鋼材料のクリープ試験を行って、寿命時間およびクリープ試験温度から求めた時間温度パラメータと損傷部硬度を求める工程、加熱温度および加熱時間から時間温度パラメータと単純加熱材硬度を求める工程、損傷率と硬さの差をプロットした寿命診断線図を作成する工程、並びに硬度の差と損傷率のマスター線図を用いて耐熱鋼部材の余寿命を診断する工程を含むものである。
【００２４】
耐熱鋼材料のクリープ試験は、当業者に知られた一般的な方法、例えばＪＩＳ  Ｚ  ２２７１（金属材料のクリープ及びクリープ破断試験方法）に従い、平行部径６ｍｍ又は１０ｍｍの丸棒ツバ付き試験片を用いて測定することができる。クリープ試験は、応力および／または試験温度を変えて複数行う。損傷部硬度は、クリープ試験片の平行部断面の測定により求められる。損傷率φｃは、破断時間（ｔｒ）と破断する前の中途止め時間（ｔ）とから下記計算式（１）で表される。
【００２５】
φｃ＝ｔ／ｔｒ      …（１）
図１は、損傷率φｃ又は時間温度パラメータＰと、損傷部の硬度（Ｈｕ）及び単純加熱部の硬度（Ｈｎｕ）との関係を示したものである。
【００２６】
本図において、Ｈｎｕは、応力がない場合の硬度の変化を示したものであり、焼戻しを行った場合に相当する。一方、Ｈｕは、応力を加えた場合の変化を示したものである。横軸が時間の場合は、Ｈｕは応力に依存して、温度、応力ごとの曲線となるが、横軸が時間温度パラメータＰ、あるいは損傷率φｃの場合、曲線は温度、応力に依存しない。すなわち、φｃとＨｕとの関係は、１本の曲線で表される。
【００２７】
本図に示すように、横軸の値が等しい場合におけるＨｎｕとＨｕとの差をΔＨと呼ぶ。
【００２８】
図２は、硬度の差ΔＨと損傷率φｃとの関係について低次の近似式（できるだけ直線近似が望ましい。）で表したものである（これを「マスター線図」と呼ぶ。）。
【００２９】
本図に示すように、φｃが所定値以下の領域では、ΔＨと損傷率φｃとの関係は、比例関係となる（比例定数はαとする。）。
【００３０】
本図によれば、ΔＨからφｃを求めることができるため、耐熱鋼材料の寿命診断が可能となる。
【００３１】
本発明において時間温度パラメータとは、クリープ破断時間の推定において短時間の試験結果から長時間挙動を推定するために一般に用いられているパラメータ（Ｐ）をいう。主な時間温度パラメータとしては、Ｏｒｒ−Ｓｈｅｒｂｙ−Ｄｏｒｎ（オル・シャービー・ドーン）、Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ（ラルソン・ミラー）およびＭａｎｓｏｎ−Ｈａｆｅｒｄ（マンソン・ハファード）のパラメータが挙げられる。
【００３２】
時間温度パラメータは、試験応力に対してプロットした際に所定の関数（好ましくは直線状の関数）により近似できるように、診断対象となる耐熱鋼材料などに応じて適宜選択することができる。例えば、下記計算式（２）で表されるラルソンミラーパラメータは、本発明の診断方法に好適に適用することができる。
【００３３】
Ｐ＝（ｌｏｇ（ｔ）＋Ｃ）×Ｔ      …（２）
式中、ｔは時間、Ｃはパラメータ定数、Ｔはクリープ試験温度である。
【００３４】
ラルソンミラーパラメータは、特にフェライト系鋳鍛鋼からなる耐熱鋼材料に好適である。
【００３５】
図３は、硬度Ｈに対して加熱時間温度パラメータ（ラルソンミラーパラメータ）をプロットし、プロットした点を近似する関数を求め、その曲線を描いたものである。
【００３６】
本発明の特徴である初期硬度（実機に組み込む前記耐熱鋼材料の使用前における初期硬度）を考慮した単純加熱硬度の推定は、（ｉ）初期硬度Ｈ０に対応した図中のＰ０から単純加熱を焼戻しの追加と捉えると、上記計算式（２）から求められる等価パラメータＰｅｑ（Ｔｅｑ，ｔｅｑ）を加算し、（ｉｉ）パラメータ値Ｐ（Ｔｅｑ，ｔ０＋ｔｅｑ）から（ｉｉｉ）推定硬度Ｈｅｖａ（単純加熱材の硬度の推定値）が求められる。ここで、ｔ０は、Ｔｅｑ，Ｐ０に対応する時刻である。
【００３７】
初期硬度を考慮せず、使用時間加熱温度のみのパラメータ値から求めた一義的なマスター線図から硬度推定をすると、初期硬度が高い場合は実際の硬度よりも低く評価することになり、硬度差ΔＨが小さくなり、危険側の余寿命診断になってしまう。寿命診断線を耐熱鋼材料ごとに実験的に求めておけば、初期硬度を考慮して得られた推定硬度により、耐熱鋼部材の余寿命を簡単に診断することができる。
【００３８】
耐熱鋼部材の余寿命診断に使用する硬度Ｈは、例えば化学プラントやタービンなどにおいて運転を停止して行う定期点検時などに、対象となる部材を測定することにより求めることができる。
【００３９】
図５は、上述の耐熱鋼部材の余寿命診断方法の手順をまとめて示すフロー図である。
【００４０】
本図においては、まず、複数の加熱温度及び加熱時間におけるクリープ破断試験及びクリープ中途止め試験から単純加熱材及び損傷部の硬度を実測する（Ｓ５０１）。その結果を用いて、損傷率（φｃ）及び時間温度パラメータ（Ｐ）を算出する（Ｓ５０２）。そして、単純加熱材及び損傷部の硬度と損傷率又は時間温度パラメータとの関係を示すグラフ（図１）を作成する（Ｓ５０３）。
【００４１】
単純加熱材の硬度と損傷部の硬度との差（ΔＨ）を算出し、当該差（ΔＨ）と損傷率（φｃ）との関係を示すマスター線図（図２）を作成する（Ｓ５０４）。
【００４２】
実機に組み込む耐熱鋼部材の使用前における初期硬度（Ｈ０）を実測する（Ｓ５０５）。
【００４３】
初期硬度（Ｈ０）に対応する時間温度パラメータの初期値（Ｐ０）を算出する（Ｓ５０６）。実機における使用温度（Ｔ）及び使用時間（ｔ）に対応する時間温度パラメータ増分である等価パラメータ（ΔＰ）を算出する（Ｓ５０７）。初期値（Ｐ０）と等価パラメータ（ΔＰ）との和（Ｐ（Ｔｅｑ，ｔ０＋ｔｅｑ））に対応する単純加熱材の硬度の推定値（Ｈｅｖａ）を算出する（Ｓ５０８）。なお、Ｓ５０６〜Ｓ５０８は、図３に示す手順である。
【００４４】
和（Ｐ（Ｔｅｑ，ｔ０＋ｔｅｑ））に対応する損傷部の硬度をグラフから算出する（Ｓ５０９）。和（Ｐ（Ｔｅｑ，ｔ０＋ｔｅｑ））に対応する硬度の差（ΔＨ）を算出する（Ｓ５１０）。和（Ｐ（Ｔ，ｔ−ｔ０））に対応する硬度の差（ΔＨ）から、ΔＨに対応する損傷率（φｃ）を算出する（Ｓ５１１）。Ｓ５１１は、図２を用いるものである。
【００４５】
図５に示す手順は、本発明の望ましい実施形態の例を示したものであるが、本発明は、この例に限定されるものでなく、グラフやマスター線図等を用いなくてもよい。言い換えると、線図等を用いなくても、数値計算を順次進めることにより実施することができる。数値計算は、プログラムを作成し、これをコンピュータに実行させてもよい。また、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。
【００４６】
本発明の診断方法が対象とする耐熱鋼材料は、特に制限されるものではない。１〜３％のＣｒを含むＣｒＭｏ系鋳鍛鋼若しくはＣｒＭｏＶ系鋳鍛鋼、又は８〜１３％のＣｒを含む高Ｃｒ鋳鍛鋼に適用可能であり、例えば、高温下で使用される耐熱鋼材料としては、Ｃを０．０５〜０．２０質量％（好ましくは０．０９〜０．１５質量％）、Ｓｉを０．２質量％以下（好ましくは０．１５質量％以下）、Ｍｎを０．０１〜１．５質量％（好ましくは０．１〜０．７質量％、より好ましくは０．３５〜０．６５質量％）、Ｎｉを０．００５〜０．６０質量％（好ましくは０．０１〜０．５０質量％、より好ましくは０．１〜０．４質量％）、Ｃｒを８．０〜１３．０質量％（好ましくは９．０〜１２．０質量％）、Ｍｏを０．０５〜２．０質量％（好ましくは０．０５〜１．５質量％）、Ｗを０．２〜５．０質量％（好ましくは０．３〜３．０質量％）、Ｖを０．０５〜０．３０質量％（好ましくは０．１５〜０．３０質量％）、ＮｂおよびＴａの少なくとも一つを０．０１〜０．２０質量％（好ましくは０．０４〜０．１５質量％）、Ｃｏを３質量％以下、Ｎを０．０１〜０．１質量％（好ましくは０．０１〜０．０４質量％）、Ｂを０．０００１〜０．０３０質量％（好ましくは０．００５〜０．０２５質量％）、Ａｌを０．０００５〜０．０４質量％含むフェライト系鋳鍛鋼が特に好ましい。
【００４７】
Ｃは、焼入性を確保し、焼戻し過程でＭ２３Ｃ６型炭化物を析出させて高温強度を高めるために不可欠の元素であり、最低０．０５質量％を必要とする。しかし、０．２０質量％を越えると、Ｍ２３Ｃ６型炭化物が過度に析出し、マトリックス強度が低下し、長時間側の高温強度を損なう。よって、０．０５〜０．２０質量％とすることが好ましい。特に、０．０９〜０．１５質量％とすることが好ましい。
【００４８】
Ｓｉは、ラーベス相の生成を促し、粒界偏析等により延性を低下させるので、０．２０質量％以下、特に０．１５質量％以下に制限することが好ましい。しかし、Ｓｉは、脱酸剤として０．０１質量％以上の極めて微量加えることによって、後述のＡｌ脱酸との関係から良好な高温特性が得られるものである。
【００４９】
Ｍｎは、δフェライトの生成を抑制し、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の析出を促進する元素として最低０．０１質量％は必要であるが、１．５質量％を越えると耐酸化性を劣化させる。よって、０．０１〜１．５質量％、特に０．１〜０．７質量％、とりわけ０．３５〜０．６５質量％とすることが好ましい。
【００５０】
Ｎｉは、δフェライトの生成を抑制し、靭性を付与する元素であり、最低０．００５質量％必要であるが、０．６０質量％を越えると高温強度を低下させる。よって、０．００５〜０．６０質量％、特に０．０１〜０．５０質量％、とりわけ０．１〜０．５０質量％とすることが好ましい。
【００５１】
Ｃｒは、耐酸化性を付与し、Ｍ２３Ｃ６型炭化物を析出させて高温強度を高めるために不可欠の元素であり、最低８．０質量％必要であるが、１３．０質量％を越えるとδフェライトを生成して高温強度および靭性を低下させる。よって、８．０〜１３．０質量％とすることが好ましい。特に、９．０〜１２．０質量％とすることが好ましい。
【００５２】
Ｍｏは、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の微細析出を促進し、凝集を妨げる作用があり、このため高温強度を長時間保持するのに有効であり、最低０．０５質量％必要であるが、２．０質量％以上になるとδフェライトを生成し易くする。よって、０．０５〜２．０質量％とすることが好ましい。特に、０．０５〜１．５質量％とすることが好ましい。
【００５３】
Ｗは、Ｍｏ以上にＭ２３Ｃ６型炭化物の凝集粗大化を抑制する作用が強く、また、マトリックスを固溶強化するので高温強度の向上に有効であり、最低０．２質量％必要であるが、５．０質量％を越えるとδフェライトやラーベス相を生成しやすくなり、逆に高温強度を低下させるので、０．２〜５．０質量％とすることが好ましい。特に、０．３〜３．０質量％とすることが好ましい。
【００５４】
Ｖは、Ｖの炭窒化物を析出して高温強度を高めるのに有効であり、最低０．０５質量％を必要とするが、０．３質量％を越えると、炭素を過度に固定し、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の析出量を減じ、逆に高温強度を低下させる。よって、０．０５〜０．３質量％とすることが好ましい。特に、０．１５〜０．３０質量％とすることが好ましい。
【００５５】
Ｎｂ及びＴａは、ＮｂＣやＴａＣを生成して結晶粒の微細化に役立ち、また、一部は焼入れの際に固溶し、焼戻し過程でＮｂＣやＴａＣを析出し、高温強度を高める作用があり、最低０．０１質量％必要であるが、０．２０質量％を越えると、Ｖと同様炭素を過度に固定してＭ２３Ｃ６型炭化物の析出量を減少し、高温強度の低下を招く。よって、０．０１〜０．２０質量％とすることが好ましい。特に、０．０４〜０．１５質量％とすることが好ましい。
【００５６】
Ｃｏは、δフェライトの生成を抑制する効果があり、また、固溶強化によって高温強度を上げる作用がある。しかし、高価な元素であるため、上限を３質量％程度とすることが好ましい。６００℃以上で使用する場合には、１．０質量％以上含むことが有効である。
【００５７】
Ｎは、Ｖの窒化物を析出したり、また、固溶した状態でＭｏやＷと共同でＩＳ効果（侵入型固溶元素と置換型固溶元素の相互作用）により高温強度を高めたりする作用があり、最低０．０１質量％は必要であるが、０．１質量％を越えると延性を低下させる。よって、０．０１〜０．１質量％とすることが好ましい。特に、０．０１〜０．０４質量％とすることが好ましい。
【００５８】
Ｂは、粒界強化作用と、Ｍ２３Ｃ６中に固溶してＭ２３Ｃ６型炭化物の凝集粗大化を妨げる作用により高温強度を高める効果を有し、最低０．０００１質量％添加すると有効である。しかし、０．０３０質量％を越えると、靭性が低下し、鍛造性を害する。よって、０．０００１〜０．０３０質量％とすることが好ましい。特に、０．０００５〜０．０２５質量％とすることが好ましい。
【００５９】
Ａｌは、脱酸剤及び結晶粒微細化剤として０．０００５質量％以上添加することが好ましい。しかし、Ａｌは、強窒化物形成元素であり、クリープに有効に働く窒素を固着することにより、特に０．０４０質量％を越えると長時間クリープ強度を低下させる要因となる。したがって、その上限値は０．０４０質量％とすることが好ましい。また、Ａｌは０．００１〜０．０３０質量％とすることが特に好ましい。
【００６０】
以下、実施例を用いて本発明について更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６１】
１．寿命診断線図の作成
まず、耐熱鋼材のクリープ試験を行い、破断試験及び中途止め試験の結果から、上記計算式（１）で求められる損傷率φｃと硬度Ｈとの関係を示すグラフを作成した。耐熱鋼材料の化学組成は、表１のとおりである。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
原料をエレクトロスラグ再溶解法により溶解し、熱間鍛造により試料を作製した。試料は、焼入れ（１１００℃×１時間、油冷）後、焼戻し（７００℃×４時間、空冷）を行った。この試料から複数のクリープ試験片を採取した。
【００６４】
図４は、クリープ破断試験及びクリープ中途止め試験から求めた損傷部の硬さ（損傷部硬度）及び損傷率について、これらの関係を示したものである。
【００６５】
次に、５７０℃、６００℃、６２５℃又は６５０℃の雰囲気下で、複数保持時間で単純加熱を行い、単純加熱材の時間温度パラメータと硬さとの関係を示す図３を求めた。
【００６６】
図３及び図４から、対応するパラメータにおける硬さの差ΔＨを求め、損傷率と硬さ（硬度）の差ΔＨとの関係を示す寿命診断線図を求めた（図２）。
【００６７】
２．寿命診断線図を用いた耐熱鋼部材の評価
図３を用いて、初期硬度Ｈ０の場合における使用条件に対応した推定硬度Ｈｅｖａを以下のようにして算出した。
【００６８】
まず、Ｈ０に対応したパラメータＰ０を求めた（ｉ）。つぎに、上記計算式（２）で算出した等価パラメータをＰ０に加算し、パラメータ値Ｐ（Ｔｅｑ，ｔ０＋ｔｅｑ）を算出した（ｉｉ）。このＰ（Ｔｅｑ，ｔ０＋ｔｅｑ）から推定硬度Ｈｅｖａを求めた（ｉｉｉ）。
【００６９】
つぎに、実機の損傷部の硬度Ｈｕを測定した。ＨｕとＨｅｖａとから硬度の差ΔＨを求め、図２の寿命診断線図を用いて耐熱鋼部材の余寿命診断を行った。
【００７０】
その結果、損傷率は、約４０％と診断され、未だ寿命は過ぎていないと診断された。
【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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