(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め求められた疲労強度と強度推定パラメータとの強度推定関係を用いて金属材料の疲労強度を評価する方法であって、下記の（１）〜（８）のステップを備える、金属材料の疲労強度評価方法。
（１）評価対象の金属材料のミクロ組織について、複数の要素を有する結晶方位マップを得るステップ
（２）前記（１）のステップで得た前記結晶方位マップの前記複数の要素の結晶方位情報に基づいて、前記評価対象の金属材料の複数の結晶粒それぞれの粒径、前記複数の要素それぞれのテイラー因子、および前記評価対象の金属材料の加工硬化を考慮する場合はさらに前記複数の要素それぞれのＫＡＭ値を求めるステップ
（３）前記評価対象の金属材料について、予め求められた係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、および前記加工硬化を考慮する場合はさらにＨ５の値と、前記（２）のステップで得た粒径、テイラー因子、および前記加工硬化を考慮する場合はさらにＫＡＭ値とを用いて、前記複数の要素ごとに、下記の（i）式または（ii）式で規定される硬さ係数ＨＶｃｒｙを求めるステップ（ただし、前記加工硬化を考慮する場合は下記の（i）式、考慮しない場合は下記の（ii）式を用いる）
（４）前記評価対象の金属材料に対応する解析モデルに、前記（１）のステップで得た前記結晶方位マップの前記複数の要素に対応する複数の要素を形成するステップ
（５）前記（４）のステップで複数の要素を形成した解析モデルに任意の公称応力σｍｅａｎを負荷させて、該解析モデルの前記複数の要素にそれぞれ発生する主すべり系のせん断応力τを求めるステップ
（６）前記評価対象の金属材料について、前記（３）のステップで得た硬さ係数ＨＶｃｒｙ、前記（５）のステップで負荷させた公称応力σｍｅａｎ、および前記（５）のステップで得たせん断応力τを用いて、前記複数の要素ごとに、下記の（iii）式で規定されるパラメータＰＭを求めるステップ
（７）前記評価対象の金属材料について、前記（６）のステップで得た前記複数の要素ごとのパラメータＰＭのうちから強度推定パラメータを決定するステップ
（８）前記（７）のステップで決定した強度推定パラメータと前記予め求められた強度推定関係とから、前記評価対象の金属材料の疲労強度を推定するステップ
ＨＶｃｒｙ＝Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ）＋Ｈ５θ１／２  ・・・（i）
ＨＶｃｒｙ＝Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ）  ・・・（ii）
ＰＭ＝ＨＶｃｒｙ／（τ／σｍｅａｎ）  ・・・（iii）
ただし、上記の（i）式から（iii）式において、ｄは粒径を示し、Ｍはテイラー因子を示し、Ｍｍｉｎはテイラー因子の最小値を示し、θはＫＡＭ値を示す。
【請求項２】
下記の（Ａ）のステップで得た係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、および前記加工硬化を考慮する場合はさらにＨ５の値を、前記（３）のステップで用いる、請求項１に記載の金属材料の疲労強度評価方法。
（Ａ）評価対象の前記金属材料に対応する基準材を用意し、任意の試験荷重Ｐに対応する該基準材の硬さＨＶｌｏｃａｌを推定するための下記の（iv）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ５およびαの値、または下記の（v）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３およびαの値を決定するステップ（ただし、前記加工硬化を考慮する場合は下記の（iv）式、考慮しない場合は下記の（v）式の係数の値を決定する）
ＨＶｌｏｃａｌ＝（Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ）＋Ｈ５θ１／２）・Ｐ−α  ・・・（iv）
ＨＶｌｏｃａｌ＝（Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ））・Ｐ−α  ・・・（v）
ただし、上記の（iv）式および（v）式において、ｄは粒径を示し、Ｍはテイラー因子を示し、Ｍｍｉｎはテイラー因子の最小値を示し、θはＫＡＭ値を示す。
【請求項３】
前記（Ａ）のステップは、下記の（Ａ１）〜（Ａ４）のステップを有する、請求項２に記載の金属材料の疲労強度評価方法。
（Ａ１）前記基準材のミクロ組織について、複数の要素を有する結晶方位マップを得るステップ
（Ａ２）前記（Ａ１）のステップで得た結晶方位マップの前記複数の要素の結晶方位情報に基づいて、前記基準材の複数の結晶粒ごとに、粒径、テイラー因子、および前記加工硬化を考慮する場合はさらにＫＡＭ値を求めるステップ
（Ａ３）前記基準材の前記複数の結晶粒ごとに硬さを測定するステップ
（Ａ４）前記（Ａ２）のステップで得た粒径、テイラー因子、および前記加工硬化を考慮する場合はさらにＫＡＭ値と、前記（Ａ３）のステップで得た硬さとを、前記複数の結晶粒ごとに対応付けて、最適化することによって、上記の（iv）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ５およびαの値、または上記の（v）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３およびαの値を決定するステップ（ただし、前記加工硬化を考慮する場合は上記の（iv）式、考慮しない場合は上記の（v）式の係数の値を決定する）
【請求項４】
下記の（Ｂ）〜（Ｊ）のステップで前記強度推定関係を求める、請求項２または３に記載の金属材料の疲労強度評価方法。
（Ｂ）前記評価対象の金属材料に対応する複数の試験材を用意し、各試験材のミクロ組織について、複数の要素からなる結晶方位マップを得るステップ
（Ｃ）前記（Ｂ）のステップで得た結晶方位マップの前記複数の要素の結晶方位情報に基づいて、各試験材の複数の結晶粒それぞれの粒径、各試験材の前記複数の要素それぞれのテイラー因子、および前記加工硬化を考慮する場合はさらに各試験材の前記複数の要素それぞれのＫＡＭ値を求めるステップ
（Ｄ）前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ａ）のステップで得た係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、および前記加工硬化を考慮する場合はさらにＨ５の値と、前記（Ｃ）のステップで得た粒径、テイラー因子、および前記加工硬化を考慮する場合はさらにＫＡＭ値とを用いて、前記複数の要素ごとに、上記の（i）式または（ii）式で規定される硬さ係数ＨＶｃｒｙを求めるステップ（ただし、前記加工硬化を考慮する場合は上記の（i）式、考慮しない場合は上記の（ii）式を用いる）
（Ｅ）前記複数の試験材についてそれぞれ、疲労試験によって疲労強度を求めるステップ、
（Ｆ）前記複数の試験材に対応する複数の解析モデルにそれぞれ、前記（Ｂ）のステップで得た前記結晶方位マップの前記複数の要素に対応する複数の要素を形成するステップ、
（Ｇ）前記（Ｆ）のステップで複数の要素を形成した複数の解析モデルにそれぞれ任意の公称応力σｍｅａｎを負荷させて、各解析モデルの前記複数の要素にそれぞれ発生する主すべり系のせん断応力τを求めるステップ
（Ｈ）前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ｄ）のステップで得た硬さ係数ＨＶｃｒｙ、前記（Ｇ）のステップで負荷させた公称応力σｍｅａｎ、および前記（Ｇ）のステップで得たせん断応力τを用いて、前記複数の要素ごとに、上記の（iii）式で規定されるパラメータＰＭを求めるステップ
（Ｉ）前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ｈ）のステップで得た前記複数の要素ごとのパラメータＰＭのうちから強度推定パラメータを決定するステップ
（Ｊ）前記（Ｅ）のステップで得た各試験材の疲労強度と、前記（Ｉ）のステップで得た各試験材の強度推定パラメータとから、前記強度推定関係を求めるステップ
【請求項５】
前記（Ｉ）のステップでは、前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ｈ）のステップで得た前記複数の要素のパラメータＰＭのうちの最小値を強度推定パラメータとし、
前記（７）のステップでは、前記評価対象の金属材料について、前記（６）のステップで得た前記複数の要素のパラメータＰＭのうちの最小値を強度推定パラメータとする、請求項４に記載の金属材料の疲労強度評価方法。
【請求項６】
前記（Ｉ）のステップでは、前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ｈ）のステップで得た前記複数の要素のパラメータＰＭの平均値および標準偏差を求め、該平均値から該標準偏差の２倍の値を減算して得られる値を強度推定パラメータとし、
前記（７）のステップでは、前記評価対象の金属材料について、前記（６）のステップで得た前記複数の要素のパラメータＰＭの平均値および標準偏差を求め、該平均値から該標準偏差の２倍の値を減算して得られる値を強度推定パラメータとする、請求項４に記載の金属材料の疲労強度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料の疲労強度を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の金属材料が構造物（橋梁等）の構成部材として用いられている。構造物の構成部材は、使用条件に応じたせん断負荷を受け、このせん断負荷によって構成部材に亀裂が発生する場合がある。亀裂が発生した後に構成部材がさらにせん断負荷を受けると、亀裂が進展して構成部材が破断し、構造物の崩壊等の事故につながるおそれがある。そこで、このような事故の発生を未然に防止するために、金属材料の疲労強度を評価するための方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特開２０１１−１０８０３２号公報（特許文献１）には、多結晶金属材の疲労強度評価方法が開示されている。具体的には、特許文献１には、有限要素法を用いて結晶粒のすべり面のせん断応力を算出し、算出したせん断応力を用いて金属材の疲労強度を評価する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１０８０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、亀裂の発生しやすい結晶粒を予想することができる。しかしながら、金属材の疲労強度を定量的に評価することはできない。このため、例えば、構造物において使用されて経年劣化した構成部材を評価する場合、亀裂が発生しやすい位置を予想することはできるかもしれないが、その構成部材がどの程度の時間強度を有しているのかを評価することはできない。この場合、構成部材の補修時期または交換時期等を適切に判断することができない。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、金属材料の疲労強度を定量的に評価することができる、金属材料の疲労強度評価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】
【０００７】
本発明の一実施形態にかかる金属材料の疲労強度評価方法は、予め求められた疲労強度と強度推定パラメータとの強度推定関係を用いて金属材料の疲労強度を評価する方法であって、下記の（１）〜（８）のステップを備える。
（１）評価対象の金属材料のミクロ組織について、複数の要素を有する結晶方位マップを得るステップ
（２）前記（１）のステップで得た前記結晶方位マップの前記複数の要素の結晶方位情報に基づいて、前記評価対象の金属材料の複数の結晶粒それぞれの粒径、前記複数の要素それぞれのテイラー因子、および必要に応じて前記複数の要素それぞれのＫＡＭ値を求めるステップ
（３）前記評価対象の金属材料について、予め求められた係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、および必要に応じてＨ５の値と、前記（２）のステップで得た粒径、テイラー因子、および必要に応じてＫＡＭ値とを用いて、前記複数の要素ごとに、下記の（i）式または（ii）式で規定される硬さ係数ＨＶｃｒｙを求めるステップ
（４）前記評価対象の金属材料に対応する解析モデルに、前記（１）のステップで得た前記結晶方位マップの前記複数の要素に対応する複数の要素を形成するステップ
（５）前記（４）のステップで複数の要素を形成した解析モデルに任意の公称応力σｍｅａｎを負荷させて、該解析モデルの前記複数の要素にそれぞれ発生する主すべり系のせん断応力τを求めるステップ
（６）前記評価対象の金属材料について、前記（３）のステップで得た硬さ係数ＨＶｃｒｙ、前記（５）のステップで負荷させた公称応力σｍｅａｎ、および前記（５）のステップで得たせん断応力τを用いて、前記複数の要素ごとに、下記の（iii）式で規定されるパラメータＰＭを求めるステップ
（７）前記評価対象の金属材料について、前記（６）のステップで得た前記複数の要素ごとのパラメータＰＭのうちから強度推定パラメータを決定するステップ
（８）前記（７）のステップで決定した強度推定パラメータと前記予め求められた強度推定関係とから、前記評価対象の金属材料の疲労強度を推定するステップ
ＨＶｃｒｙ＝Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ）＋Ｈ５θ１／２  ・・・（i）
ＨＶｃｒｙ＝Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ）  ・・・（ii）
ＰＭ＝ＨＶｃｒｙ／（τ／σｍｅａｎ）  ・・・（iii）
ただし、上記の（i）式から（iii）式において、ｄは粒径を示し、Ｍはテイラー因子を示し、Ｍｍｉｎはテイラー因子の最小値を示し、θはＫＡＭ値を示す。
【０００８】
下記の（Ａ）のステップで得た係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、および必要に応じてＨ５の値を、前記（３）のステップで用いてもよい。
（Ａ）評価対象の前記金属材料に対応する基準材を用意し、任意の試験荷重Ｐに対応する該基準材の硬さＨＶｌｏｃａｌを推定するための下記の（iv）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ５およびαの値、または下記の（v）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３およびαの値を決定するステップ
ＨＶｌｏｃａｌ＝（Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ）＋Ｈ５θ１／２）・Ｐ−α  ・・・（iv）
ＨＶｌｏｃａｌ＝（Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ））・Ｐ−α  ・・・（v）
ただし、上記の（iv）式および（v）式において、ｄは粒径を示し、Ｍはテイラー因子を示し、Ｍｍｉｎはテイラー因子の最小値を示し、θはＫＡＭ値を示す。
【０００９】
前記（Ａ）のステップは、下記の（Ａ１）〜（Ａ４）のステップを有していてもよい。
（Ａ１）前記基準材のミクロ組織について、複数の要素を有する結晶方位マップを得るステップ
（Ａ２）前記（Ａ１）のステップで得た結晶方位マップの前記複数の要素の結晶方位情報に基づいて、前記基準材の複数の結晶粒ごとに、粒径、テイラー因子、および必要に応じてＫＡＭ値を求めるステップ
（Ａ３）前記基準材の前記複数の結晶粒ごとに硬さを測定するステップ
（Ａ４）前記（Ａ２）のステップで得た粒径、テイラー因子、および必要に応じてＫＡＭ値と、前記（Ａ３）のステップで得た硬さとを、前記複数の結晶粒ごとに対応付けて、最適化することによって、上記の（iv）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ５およびαの値、または上記の（v）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３およびαの値を決定するステップ
【００１０】
下記の（Ｂ）〜（Ｊ）のステップで前記強度推定関係を求めてもよい。
（Ｂ）前記評価対象の金属材料に対応する複数の試験材を用意し、各試験材のミクロ組織について、複数の要素からなる結晶方位マップを得るステップ
（Ｃ）前記（Ｂ）のステップで得た結晶方位マップの前記複数の要素の結晶方位情報に基づいて、各試験材の複数の結晶粒それぞれの粒径、各試験材の前記複数の要素それぞれのテイラー因子、および必要に応じて各試験材の前記複数の要素それぞれのＫＡＭ値を求めるステップ
（Ｄ）前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ａ）のステップで得た係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、および必要に応じてＨ５の値と、前記（Ｃ）のステップで得た粒径、テイラー因子、および必要に応じてＫＡＭ値とを用いて、前記複数の要素ごとに、上記の（i）式または（ii）式で規定される硬さ係数ＨＶｃｒｙを求めるステップ
（Ｅ）前記複数の試験材についてそれぞれ、疲労試験によって疲労強度を求めるステップ、
（Ｆ）前記複数の試験材に対応する複数の解析モデルにそれぞれ、前記（Ｂ）のステップで得た前記結晶方位マップの前記複数の要素に対応する複数の要素を形成するステップ、
（Ｇ）前記（Ｆ）のステップで複数の要素を形成した複数の解析モデルにそれぞれ任意の公称応力σｍｅａｎを負荷させて、各解析モデルの前記複数の要素にそれぞれ発生する主すべり系のせん断応力τを求めるステップ
（Ｈ）前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ｄ）のステップで得た硬さ係数ＨＶｃｒｙ、前記（Ｇ）のステップで負荷させた公称応力σｍｅａｎ、および前記（Ｇ）のステップで得たせん断応力τを用いて、前記複数の要素ごとに、上記の（iii）式で規定されるパラメータＰＭを求めるステップ
（Ｉ）前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ｈ）のステップで得た前記複数の要素ごとのパラメータＰＭのうちから強度推定パラメータを決定するステップ
（Ｊ）前記（Ｅ）のステップで得た各試験材の疲労強度と、前記（Ｉ）のステップで得た各試験材の強度推定パラメータとから、前記強度推定関係を求めるステップ
【００１１】
前記（Ｉ）のステップでは、前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ｈ）のステップで得た前記複数の要素のパラメータＰＭのうちの最小値を強度推定パラメータとし、
前記（７）のステップでは、前記評価対象の金属材料について、前記（６）のステップで得た前記複数の要素のパラメータＰＭのうちの最小値を強度推定パラメータとしてもよい。
【００１２】
前記（Ｉ）のステップでは、前記複数の試験材についてそれぞれ、前記（Ｈ）のステップで得た前記複数の要素のパラメータＰＭの平均値および標準偏差を求め、該平均値から該標準偏差の２倍の値を減算して得られる値を強度推定パラメータとし、
前記（７）のステップでは、前記評価対象の金属材料について、前記（６）のステップで得た前記複数の要素のパラメータＰＭの平均値および標準偏差を求め、該平均値から該標準偏差の２倍の値を減算して得られる値を強度推定パラメータとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属材料の疲労強度を定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、結晶方位マップの複数の要素の一例を示す図である。
【図２】図２は、解析モデルの一部を示す図である。
【図３】図３は、強度推定関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、強度推定関係の他の例を示す図である。
【図５】図５は、強度推定関係のその他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（疲労強度評価方法の概要）
以下、本発明の一実施形態に係る疲労強度評価方法（以下、単に評価方法ともいう。）について説明する。本実施形態に係る評価方法では、評価材料となる金属材料（以下、評価材ともいう。）に加えて、評価材に対応する基準材および試験材が用いられる。基準材および試験材としては、例えば、化学組成が評価材と等しい、または略等しい材料が用いられる。また、本実施形態では、例えば、評価材、基準材および試験材の形状および寸法は互いに等しい。本実施形態に係る疲労強度予測方法では、下記のステップＡ〜Ｊの処理を実行して求められる強度推定関係を用いて、下記のステップ１〜８の処理を実行して評価材の疲労強度を評価する。本実施形態に係る評価方法は、例えば、フェライト鋼、アルミニウム、およびフェライト／パーライト鋼（具体的には、フェライト／パーライト鋼のうち最弱部となるフェライト相）等の種々の材料の評価に利用することができる。以下、本実施形態に係る評価方法について具体的に説明する。
【００１６】
（強度推定関係を求める処理）
まず、強度推定関係を求めるためのステップＡ〜Ｊについて説明する。
【００１７】
（ステップＡ）
基準材を用意し、任意の試験荷重Ｐに対応する該基準材の硬さＨＶｌｏｃａｌを推定するための下記の（ａ）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ５およびαの値を決定する。本実施形態では、ステップＡは、例えば、下記のステップＡ１〜Ａ４を含み、該ステップＡ１〜Ａ４を実行することによって上記の各係数の値が求められる。
ＨＶｌｏｃａｌ＝（Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ）＋Ｈ５θ１／２）・Ｐ−α  ・・・（ａ）
なお、上記の（ａ）式において、ｄは硬さ推定位置の結晶粒の粒径を示し、Ｍは硬さ推定位置におけるテイラー因子を示し、Ｍｍｉｎはテイラー因子の最小値を示し、θは硬さ推定位置におけるＫＡＭ（Kernel Average Misorientation）値を示す。本実施形態では、Ｍｍｉｎは、体心立法格子（ＢＣＣ）の結晶構造を有する材料（基準材、試験材および評価材）を評価する場合には、例えば、２．０３６に設定される。また、Ｍｍｉｎは、面心立法格子（ＦＣＣ）の結晶構造を有する材料（基準材、試験材および評価材）を評価する場合には、例えば、２．２６６に設定される。Ｍｍｉｎの値については、後述の（ｂ）、（ｄ）および（ｅ）式についても同様である。
【００１８】
（ステップＡ１）
基準材のミクロ組織について、複数の要素を有する結晶方位マップを得る。結晶方位マップは、例えば、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）を用いて得ることができる。図１は、結晶方位マップの複数の要素の一例を示す図である。図１を参照して、本実施形態では、複数の要素として、例えば、複数の六角形要素（細線で囲まれた六角形の領域）が用いられる。なお、図１に示した結晶方位マップでは、太線で囲まれた領域が結晶粒に相当する。ＥＢＳＤ法を用いる場合のステップサイズ（測定点の間隔）は、例えば、平均結晶粒径の１／５よりも小さく設定される。
【００１９】
（ステップＡ２）
ステップＡ１で得た結晶方位マップの各要素の結晶方位情報に基づいて、基準材の複数の結晶粒ごとに、粒径、テイラー因子、およびＫＡＭ値を求める。本実施形態では、例えば、結晶粒ごとに、任意の少なくとも一つの要素の結晶方位情報に基づいて、テイラー因子およびＫＡＭ値が求められる。図１の例では、例えば、要素１〜６の結晶方位情報に基づいて、結晶粒１〜６のテイラー因子およびＫＡＭ値が求められる。
【００２０】
なお、テイラー因子は、公知の方法によって算出することができるので詳細な説明は省略するが、例えば、負荷荷重（外力）と結晶方位に基づいて算出することができる。本実施形態のステップＡ２においては、例えば、基準材の各要素について、後述のステップＡ３の硬さ試験における圧子の押し込み方向に降伏荷重が加わった状態（圧縮状態）を仮定して、テイラー因子を算出することができる。具体的には、基準材の各要素について、上記押し込み方向に均一なひずみが加わった状態を仮定して、テイラー因子を算出することができる。
【００２１】
（ステップＡ３）
ステップＡ１で結晶方位マップを得た基準材について、任意の試験荷重（負荷荷重）で結晶粒ごとに硬さを測定する。結晶粒ごとの硬さは、例えば、ナノインデンテーション試験によって測定できる。本実施形態では、例えば、ステップＡ２で結晶方位情報を得た要素に対応する位置の硬さを測定する。例えば、図１を参照して、ステップＡ２で要素１〜６の結晶方位情報に基づいて結晶粒１〜６のテイラー因子およびＫＡＭ値を求めた場合には、ステップＡ３では、結晶粒１〜６の硬さとして要素１〜６に相当する位置の硬さを測定する。
【００２２】
（ステップＡ４）
ステップＡ２で得た粒径、テイラー因子およびＫＡＭ値と、ステップＡ３で得た硬さとを、結晶粒ごとに対応付けて最適化することによって、上記の（ａ）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ５およびαの値を決定する。上記最適化は、例えば、非線形計画法を用いて行うことができる。
【００２３】
（ステップＢ）
複数の試験材を用意し、各試験材のミクロ組織について、ステップＡ１と同様に、複数の要素からなる結晶方位マップを得る。
【００２４】
（ステップＣ）
ステップＢで得た結晶方位マップの各要素の結晶方位情報に基づいて、各試験材の複数の結晶粒それぞれの粒径、各試験材の各要素におけるテイラー因子、および各試験材の各要素におけるＫＡＭ値を求める。なお、ステップＣでは、例えば、試験材において、後述のステップＥの疲労試験における荷重の負荷方向と同じ方向に降伏荷重が加わった状態（引張状態）を仮定して、テイラー因子を算出することができる。具体的には、試験材の各要素について、上記負荷方向に均一なひずみが加わった状態を仮定して、テイラー因子を算出することができる。
【００２５】
（ステップＤ）
各試験材について、ステップＡで得た係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３およびＨ５の値と、ステップＣで得た粒径、テイラー因子およびＫＡＭ値とを用いて、上記結晶方位マップの複数の要素ごとに、下記の（ｂ）式で規定される硬さ係数ＨＶｃｒｙを求める。すなわち、本実施形態では、試験材ごとに、ステップＢで得た結晶方位マップの全ての要素について硬さ係数ＨＶｃｒｙが算出される。
ＨＶｃｒｙ＝Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ）＋Ｈ５θ１／２  ・・・（ｂ）
なお、上記の（ｂ）式において、ｄは粒径を示し、Ｍはテイラー因子を示し、Ｍｍｉｎはテイラー因子の最小値を示し、θはＫＡＭ値を示す。
【００２６】
（ステップＥ）
上記の複数の試験材についてそれぞれ、疲労試験によって疲労強度（時間強度）を求める。本実施形態では、疲労強度として、例えば、高サイクル疲労域（１０５〜１０７回）の時間強度を求める。具体的には、例えば、疲労強度として１０６回時間強度を求めてもよい。
【００２７】
（ステップＦ）
上記の複数の試験材に対応する複数の解析モデルを作成する。各解析モデルには、ステップＢで得た結晶方位マップの複数の要素に対応するように、複数の要素が形成される。図２を参照して、本実施形態では、例えば、複数の８節点ソリッド要素が各解析モデルに形成される。本実施形態では、２つの８節点ソリッド要素によって構成される六角柱の要素が、上述の結晶方位マップの１つの要素（図１参照）に対応する。
【００２８】
（ステップＧ）
ステップＦで複数の要素が形成された各解析モデルを用いて、有限要素法による解析を行う。具体的には、各解析モデルに任意の公称応力σｍｅａｎを負荷させて、各要素に発生する主すべり系のせん断応力τを求める。本実施形態では、例えば、ヤング率の異方性を考慮した解析を行う。
【００２９】
（ステップＨ）
上記の各試験材について、ステップＤで得た硬さ係数ＨＶｃｒｙ、ステップＧで解析モデルに負荷させた公称応力σｍｅａｎ、およびステップＧで得たせん断応力τを用いて、複数の要素ごとに、下記の（ｃ）式で規定されるパラメータＰＭを求める。本実施形態では、例えば、ステップＢで得た各試験材の結晶方位マップの全ての要素について、パラメータＰＭが求められる。
ＰＭ＝ＨＶｃｒｙ／（τ／σｍｅａｎ）  ・・・（ｃ）
【００３０】
（ステップＩ）
各試験材について、ステップＨで得た複数の要素ごとのパラメータＰＭのうちから、強度推定パラメータを決定する。本実施形態では、試験材ごとに、ステップＨで得た複数の要素のパラメータＰＭのうちの最小値を、その試験材の強度推定パラメータに決定する。なお、本実施形態に係る評価方法では、試験材において、パラメータＰＭの値が小さい部分ほど強度が低くなると考えて、複数の要素のパラメータＰＭのうちの最小値を強度推定パラメータとしている。
【００３１】
（ステップＪ）
ステップＥで得た各試験材の疲労強度と、ステップＩで得た各試験材の強度推定パラメータとから、強度推定関係を求める。本実施形態では、例えば、疲労強度と強度推定パラメータとの関係を示すマスターカーブを、強度推定関係として求める（例えば、後述の図３参照）。上記マスターカーブは、例えば、最小二乗法を用いて求めた近似式から得ることができる。
【００３２】
（金属材料の疲労強度を評価する処理）
次に、評価材料となる金属材料（評価材）の疲労強度を、上述の強度推定関係（図３参照）を用いて評価するためのステップ１〜８について説明する。
【００３３】
（ステップ１）
上述のステップＡ１と同様に、評価材のミクロ組織について、複数の要素を有する結晶方位マップを得る。
【００３４】
（ステップ２）
ステップ１で得た結晶方位マップの各要素の結晶方位情報に基づいて、評価材の複数の結晶粒それぞれの粒径、評価材の各要素におけるテイラー因子、および評価材の各要素におけるＫＡＭ値を求める。なお、ステップ２では、例えば、評価材において、上述のステップＥの疲労試験における荷重の負荷方向と同じ方向に降伏荷重が加わった状態（引張状態）を仮定して、テイラー因子を算出することができる。具体的には、評価材の各要素について、上記負荷方向に均一なひずみが加わった状態を仮定して、テイラー因子を算出することができる。
【００３５】
（ステップ３）
評価材について、ステップＡで得た係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、およびＨ５の値と、ステップ２で得た粒径、テイラー因子、およびＫＡＭ値とを用いて、上記結晶方位マップの複数の要素ごとに、上述の（ｂ）式で規定される硬さ係数ＨＶｃｒｙを求める。すなわち、本実施形態では、ステップ１で得た結晶方位マップの全ての要素について硬さ係数ＨＶｃｒｙが算出される。
【００３６】
（ステップ４）
評価材に対応する解析モデルを作成する。解析モデルには、ステップ１で得た結晶方位マップの複数の要素に対応するように、複数の要素が形成される。本実施形態では、例えば、ステップＦにおける解析モデル（図２参照）と同様に、複数の８節点ソリッド要素が解析モデルに形成される。
【００３７】
（ステップ５）
ステップ４で複数の要素が形成された解析モデルを用いて、ステップＧと同様に、有限要素法による解析を行う。具体的には、解析モデルに任意の公称応力σｍｅａｎを負荷させて、各要素に発生する主すべり系のせん断応力τを求める。
【００３８】
（ステップ６）
評価材について、ステップ３で得た硬さ係数ＨＶｃｒｙ、ステップ５で解析モデルに負荷させた公称応力σｍｅａｎ、およびステップ５で得たせん断応力τを用いて、複数の要素ごとに、上述の（ｃ）式で規定されるパラメータＰＭ（ステップＨ参照）を求める。本実施形態では、例えば、ステップ１で得た評価材の結晶方位マップの全ての要素について、パラメータＰＭが求められる。
【００３９】
（ステップ７）
評価材について、ステップ６で得た複数の要素ごとのパラメータＰＭのうちから強度推定パラメータを決定する。本実施形態では、ステップ６で得た複数の要素のパラメータＰＭのうちの最小値を、評価材の強度推定パラメータに決定する。
【００４０】
（ステップ８）
ステップ７で決定した強度推定パラメータと、ステップＪで得たマスターカーブ（図３参照）とから、評価材の疲労強度を推定する。
【００４１】
（本実施形態の作用効果）
本実施形態に係る評価方法では、結晶粒の粒径、テイラー因子およびＫＡＭ値を考慮して求められた、疲労強度と強度推定パラメータとの関係を示すマスターカーブ（強度推定関係）が用いられる。また、評価材の強度推定パラメータは、結晶粒の粒径、テイラー因子およびＫＡＭ値を考慮して求められる。そして、求めた評価材の強度推定パラメータと上記マスターカーブとから、評価材の時間強度を求めることができる。この場合、評価材のミクロ組織の状態（すなわち、評価材の劣化の程度）に応じて決定される強度推定パラメータに基づいて、評価材の時間強度を求めることができる。これにより、疲労強度を定量的に評価することができる。
【００４２】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、ＫＡＭ値を考慮して評価材の疲労強度を推定する場合について説明したが、加工硬化を考慮しなくてもよい金属材料の評価を行う場合には、ＫＡＭ値を考慮しなくてもよい。以下、ＫＡＭ値を考慮しない場合の疲労強度評価方法について説明する。
【００４３】
ＫＡＭ値を考慮しない場合、ステップＡでは、上述の（ａ）式の代わりに、下記の（ｄ）式の係数Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３、およびαの値を決定する。したがって、基準材に関して、ステップＡ２においてＫＡＭ値を求める必要はなく、ステップＡ４においてＫＡＭ値を考慮する必要もない。なお、下記の（ｄ）式は、上述の（ａ）式と同様に、任意の試験荷重Ｐに対応する基準材の硬さＨＶｌｏｃａｌを推定するための式である。
ＨＶｌｏｃａｌ＝（Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ））・Ｐ−α  ・・・（ｄ）
上記の（ｄ）式において、ｄは硬さ推定位置の結晶粒の粒径を示し、Ｍは硬さ推定位置におけるテイラー因子を示し、Ｍｍｉｎはテイラー因子の最小値を示す。
【００４４】
また、試験材に関して、ステップＣにおいてＫＡＭ値を求める必要はなく、ステップＤにおいてＫＡＭ値を考慮する必要もない。具体的には、ステップＤでは、上述の（ｂ）式の代わりに、下記の（ｅ）式で規定される硬さ係数ＨＶｃｒｙを求める。
ＨＶｃｒｙ＝Ｈ０＋Ｈ２ｄ−１／２＋Ｈ３（Ｍ−Ｍｍｉｎ）  ・・・（ｅ）
上記の（ｅ）式において、ｄは粒径を示し、Ｍはテイラー因子を示し、Ｍｍｉｎはテイラー因子の最小値を示す。
【００４５】
さらに、評価材に関して、ステップ２においてＫＡＭ値を求める必要はなく、ステップ３においてＫＡＭ値を考慮する必要もない。具体的には、ステップ３では、上述の（ｂ）式の代わりに、上述の（ｅ）式で規定される硬さ係数ＨＶｃｒｙを求める。
【００４６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ステップＩおよびステップ７において、複数の要素のパラメータＰＭのうちの最小値を強度推定パラメータに決定する場合について説明したが、強度推定パラメータの決定方法は上述の例に限定されない。例えば、複数の要素のパラメータＰＭの平均値および標準偏差を求め、該平均値から該標準偏差の２倍の値を減算して得られる値を強度推定パラメータに決定してもよい。
【００４７】
（評価例）
以下、上述の方法によって得られた強度推定パラメータと時間強度との関係を示すマスターカーブ（評価例１）を、他の方法によって得られた強度推定パラメータと時間強度との関係を示すマスターカーブ（評価例２，３）と比較する。なお、評価例１〜３は、ＢＣＣの結晶構造を有する鋼材について評価した例である。
【００４８】
図３に、評価例１のマスターカーブを示し、図４に評価例２のマスターカーブを示し、図５に評価例３のマスターカーブを示す。評価例１は、上述のステップＡ〜Ｊの処理を実行することによって得られたマスターカーブである。
【００４９】
評価例２は、下記の点において評価例１と異なる。評価例２では、結晶方位マップの全ての要素について、ステップＨのパラメータＰＭの代わりに、ＨＶｌｏｃａｌ（ステップＡ参照）をパラメータＰＭ１として用いた。さらに、複数の要素のパラメータＰＭ１の平均値および標準偏差を求め、該平均値から該標準偏差の２倍の値を減算して得られる値を強度推定パラメータとした。
【００５０】
評価例３は、下記の点において評価例１と異なる。評価例３では、結晶方位マップの全ての要素について、ステップＨのパラメータＰＭの代わり、主すべり系のせん断応力τ（ステップＧ参照）をパラメータＰＭ２として用いた。さらに、複数の要素のパラメータＰＭ２のうちの最大値を強度推定パラメータとした。
【００５１】
図３〜５から分かるように、上述のステップＡ〜Ｊの処理によって得られたマスターカーブでは、他の方法によって得られたマスターカーブよりも、強度推定パラメータと時間強度との間に、良好な正の相関関係が得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、金属材料の疲労強度を定量的に評価することができる。
【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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