(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温環境下で使用されている金属材料の余寿命予測方法であって、下記の（Ｑ１）から（Ｑ７）、ならびに（Ｓ１）および（Ｓ２）のステップを備える、金属材料の余寿命予測方法。
（Ｑ１）前記金属材料に対応する複数の基準材のクリープ試験を行い、該クリープ試験後の複数の基準材についてそれぞれ、余寿命および複数種の組織パラメータを求めるステップ
（Ｑ２）前記（Ｑ１）のステップで求めた余寿命および組織パラメータに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータと余寿命との関係を求めるステップ
（Ｑ３）前記（Ｑ１）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（Ｑ２）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた関係とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、複数の基準材の第１予測余寿命を求めるステップ
（Ｑ４）組織パラメータの種類ごとに、前記（Ｑ１）のステップで求めた複数の基準材の余寿命に対する、前記（Ｑ３）のステップで求めた複数の基準材の第１予測余寿命の標準偏差を求めるステップ
（Ｑ５）前記金属材料の前記複数種の組織パラメータを求めるステップ
（Ｑ６）前記（Ｑ５）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（Ｑ２）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた関係とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記金属材料の第２予測余寿命を求めるステップ
（Ｑ７）前記（Ｑ６）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた第２予測余寿命を平均値としかつ前記（Ｑ４）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた標準偏差を標準偏差とするガウス関数を、組織パラメータの種類ごとに求めることによって、複数のガウス関数を得るステップ
（Ｓ１）前記（Ｑ７）のステップで得た複数のガウス関数を確率の乗法定理で乗算してガウス関数を求めるステップ
（Ｓ２）前記（Ｓ１）のステップで求めたガウス関数に基づいて、前記金属材料の余寿命を予測するステップ
【請求項２】
前記（Ｑ２）のステップでは、前記（Ｑ１）のステップで求めた余寿命および組織パラメータに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータと余寿命との関係を示すマスターカーブを求め、
前記（Ｑ３）のステップでは、前記（Ｑ１）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（Ｑ２）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めたマスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記複数の基準材の第１予測余寿命を求め、
前記（Ｑ６）のステップでは、前記（Ｑ５）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（Ｑ２）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めたマスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記金属材料の第２予測余寿命を求める、請求項１に記載の金属材料の余寿命予測方法。
【請求項３】
前記（Ｑ１）のステップでは、前記クリープ試験後の複数の基準材についてそれぞれ、さらにクリープ歪みを求め、
前記（Ｑ２）のステップは、下記の、
（ｑ２１）前記（Ｑ１）のステップで求めたクリープ歪みおよび組織パラメータに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータとクリープ歪みとの関係を示す第１マスターカーブを求めるステップ、および
（ｑ２２）前記（Ｑ１）のステップで求めたクリープ歪みおよび余寿命に基づいて、クリープ歪みと余寿命との関係を示す第２マスターカーブを求めるステップ、を含み、
前記（Ｑ３）のステップは、下記の、
（ｑ３１）前記（Ｑ１）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（ｑ２１）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた第１マスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記複数の基準材の第１予測クリープ歪みを求めるステップ、および
（ｑ３２）前記（ｑ３１）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた第１予測クリープ歪みと前記（ｑ２２）のステップで求めた第２マスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記複数の基準材の第１予測余寿命を求めるステップ、を含み、
前記（Ｑ６）のステップは、下記の、
（ｑ６１）前記（Ｑ５）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（ｑ２１）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた前記第１マスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記金属材料の第２予測クリープ歪みを求めるステップ、および
（ｑ６２）前記（ｑ６１）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた第２予測クリープ歪みと前記（ｑ２２）のステップで求めた第２マスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記金属材料の第２予測余寿命を求めるステップ、を含む、請求項１に記載の金属材料の余寿命予測方法。
【請求項４】
前記（Ｓ２）のステップでは、前記（Ｓ１）のステップで求めた前記ガウス関数の半値幅によって規定される余寿命の範囲を、前記金属材料の余寿命として予測する、請求項１から３のいずれかに記載の余寿命予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料の余寿命を予測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火力発電プラント等において高温環境下で使用されている金属材料（鋼管等）の余寿命を予測するための方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００４−３９２２号公報（特許文献１）には、局所的な結晶方位のずれに基づいて、金属材料の余寿命を予測する方法が開示されている。具体的には、特許文献１の方法では、結晶粒内の所定領域のＫＡＭ値を測定することによって、金属材料の余寿命を推定している。なお、ＫＡＭ値とは、結晶粒内における微小回転を示す値であり、結晶粒内の歪み量に関する値である。ＫＡＭ値は、例えば、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）を用いて、以下のようにして測定できる。まず、結晶粒内の複数に分割された分析区画（ピクセル）のうちから、任意の分析区画を選択する。そして、その選択した分析区画とその分析区画の周囲の複数の分析区画との間における結晶方位差の平均値を、ＫＡＭ値として算出する。
【０００４】
また、特開昭６３−２２８０６２号公報（特許文献２）には、結晶粒の形状に基づいて、金属材料の余寿命を予測する方法が開示されている。具体的には、特許文献２の方法では、結晶粒の長径、結晶粒の巾径、および結晶粒の円形度等に基づいて結晶粒の形状変化量を測定し、金属材料の余寿命を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３９２２号公報
【特許文献２】特開昭６３−２２８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者の種々の検討の結果、上述のような方法では、金属材料の余寿命を適切に予測できない場合があることが分かった。すなわち、金属材料の劣化に伴って金属材料のミクロ組織の状態は変化するが、その変化量を正確に測定することは難しい。このため、金属材料のミクロ組織の状態の変化量を単に測定するだけでは、金属材料の余寿命を適切に予測することは難しい。特に、上記変化量の測定結果の誤差が大きくなると、金属材料の余寿命の予測結果にも大きな誤差が生じる。
【０００７】
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、金属材料の余寿命を適切に予測することができる、金属材料の余寿命予測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】
【０００８】
本発明は、下記の余寿命予測方法を要旨とする。
【０００９】
（１）高温環境下で使用されている金属材料の余寿命予測方法であって、下記の（Ｓ１）および（Ｓ２）のステップを備える。
（Ｓ１）前記金属材料の余寿命の予測値を示す複数のガウス関数を確率の乗法定理で乗算してガウス関数を求めるステップ
（Ｓ２）前記（Ｓ１）のステップで求めたガウス関数に基づいて、前記金属材料の余寿命を予測するステップ
【００１０】
（２）前記金属材料の余寿命の予測値を示す前記複数のガウス関数を、下記の（Ｑ１）から（Ｑ７）のステップで求める、上記（１）の金属材料の余寿命予測方法。
（Ｑ１）前記金属材料に対応する複数の基準材のクリープ試験を行い、該クリープ試験後の複数の基準材についてそれぞれ、余寿命および複数種の組織パラメータを求めるステップ
（Ｑ２）前記（Ｑ１）のステップで求めた余寿命および組織パラメータに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータと余寿命との関係を求めるステップ
（Ｑ３）前記（Ｑ１）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（Ｑ２）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた関係とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、複数の基準材の第１予測余寿命を求めるステップ
（Ｑ４）組織パラメータの種類ごとに、前記（Ｑ１）のステップで求めた複数の基準材の余寿命に対する、前記（Ｑ３）のステップで求めた複数の基準材の第１予測余寿命の標準偏差を求めるステップ
（Ｑ５）前記金属材料の前記複数種の組織パラメータを求めるステップ
（Ｑ６）前記（Ｑ５）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（Ｑ２）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた関係とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記金属材料の第２予測余寿命を求めるステップ
（Ｑ７）前記（Ｑ６）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた第２予測余寿命を平均値としかつ前記（Ｑ４）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた標準偏差を標準偏差とするガウス関数を、組織パラメータの種類ごとに求めることによって、前記複数のガウス関数を得るステップ
【００１１】
（３）前記（Ｑ２）のステップでは、前記（Ｑ１）のステップで求めた余寿命および組織パラメータに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータと余寿命との関係を示すマスターカーブを求め、
前記（Ｑ３）のステップでは、前記（Ｑ１）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（Ｑ２）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めたマスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記複数の基準材の第１予測余寿命を求め、
前記（Ｑ６）のステップでは、前記（Ｑ５）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（Ｑ２）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めたマスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記金属材料の第２予測余寿命を求める、上記（２）の金属材料の余寿命予測方法。
【００１２】
（４）前記（Ｑ１）のステップでは、前記クリープ試験後の複数の基準材についてそれぞれ、さらにクリープ歪みを求め、
前記（Ｑ２）のステップは、下記の、
（ｑ２１）前記（Ｑ１）のステップで求めたクリープ歪みおよび組織パラメータに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータとクリープ歪みとの関係を示す第１マスターカーブを求めるステップ、および
（ｑ２２）前記（Ｑ１）のステップで求めたクリープ歪みおよび余寿命に基づいて、クリープ歪みと余寿命との関係を示す第２マスターカーブを求めるステップ、を含み、
前記（Ｑ３）のステップは、下記の、
（ｑ３１）前記（Ｑ１）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（ｑ２１）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた第１マスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記複数の基準材の第１予測クリープ歪みを求めるステップ、および
（ｑ３２）前記（ｑ３１）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた第１予測クリープ歪みと前記（ｑ２２）のステップで求めた第２マスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記複数の基準材の第１予測余寿命を求めるステップ、を含み、
前記（Ｑ６）のステップは、下記の、
（ｑ６１）前記（Ｑ５）のステップで求めた複数種の組織パラメータと前記（ｑ２１）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた前記第１マスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記金属材料の第２予測クリープ歪みを求めるステップ、および
（ｑ６２）前記（ｑ６１）のステップで組織パラメータの種類ごとに求めた第２予測クリープ歪みと前記（ｑ２２）のステップで求めた第２マスターカーブとに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、前記金属材料の第２予測余寿命を求めるステップ、を含む、上記（２）の金属材料の余寿命予測方法。
【００１３】
（５）前記（Ｓ２）のステップでは、前記（Ｓ１）のステップで求めた前記ガウス関数の半値幅によって規定される余寿命の範囲を、前記金属材料の余寿命として予測する、上記（１）から（４）のいずれかの余寿命予測方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属材料の余寿命を適切に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、寿命消費率と組織パラメータとの関係を示すマスターカーブである。
【図２】図２は基準ガウス関数および乗算ガウス関数を表す正規分布図の一例を示す図である。
【図３】図３は、組織パラメータとクリープ歪みとの関係を示すマスターカーブである。
【図４】図４は、クリープ歪みと余寿命との関係を示すマスターカーブである。
【図５】図５は、試験材の寿命消費率について、実測値とＨｖに基づく予測値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［余寿命予測方法の概要］
本発明の一実施形態に係る余寿命予測方法（以下、単に予測方法ともいう。）は、高温環境下において使用されている材料の余寿命を予測する際に好適に用いられる。なお、本発明において予測される余寿命には、後述する寿命消費率（寿命比）が含まれる。本実施形態において高温環境とは、例えば、通常の火力発電ボイラーまたは石油精製機器等の使用温度である５００℃以上の環境を意味する。
【００１７】
本実施形態に係る予測方法は、例えば、発電プラント等において高温および高圧（例えば、２０ＭＰａ以上）の環境下において使用されている金属材料の余寿命を予測する際に利用できる。具体的には、本実施形態に係る予測方法は、例えば、発電プラントから抜管したボイラー用鋼管の余寿命を予測する際に利用できる。
【００１８】
本実施形態では、ミクロ組織の状態に関する複数種のパラメータ（以下、組織パラメータという。）から任意に選択された少なくとも２種の組織パラメータに基づいて、金属材料の余寿命を予測する。組織パラメータとしては、例えば、界面エネルギー、陽電子消滅寿命、弾性歪みエネルギー、残留応力、ＫＡＭ（Kernel Average Misorientation）値、ＧＲＯＤ（Grain Refirence Orientation Deviation）値、および粒界近傍の局所的な格子定数等を挙げることができる。これらのパラメータは、公知の任意の方法によって測定できるので、測定方法の説明は省略する。
【００１９】
なお、詳細な説明は省略するが、組織パラメータとして、２次元Ｘ線回折パターンの状態（より具体的には、デバイ・シェラーリングの状態）を示すβ方向強度偏差を用いてもよい。β方向とは、デバイ・シェラーリングのリング方向を意味する。本実施形態では、２次元Ｘ線回折パターンのβ方向の回折強度分布の標準偏差を、β方向強度偏差として求める。２次元Ｘ線回折パターンがバックグラウンドを含んでいる場合には、該回折パターンからバックグラウンドを除去した後、β方向強度偏差を求めることができる。例えば、β方向の回折強度分布の近似曲線とバックグラウンドの近似曲線との残差の標準偏差を、β方向強度偏差として求めてもよい。なお、２次元Ｘ線回折パターンは、クリープ歪みの増加に伴って、スポット状のパターンから、リング状のパターンへ変化する。すなわち、クリープ歪みの増加に伴って、デバイ・シェラーリングが表れる。２次元Ｘ線回折パターンがリング状のパターンである場合（クリープ歪み量が大きい場合）、２次元Ｘ線回折パターンのβ方向（リング方向）の強度分布は均一になる。この場合、β方向強度偏差は小さくなる。一方、２次元Ｘ線回折パターンがスポット状のパターンである場合（クリープ歪み量が小さい場合）、２次元Ｘ線回折パターンのβ方向（リング方向）の強度分布は不均一になる。この場合、β方向強度偏差は大きくなる。
【００２０】
本実施形態に係る予測方法では、後述するように、組織パラメータの種類ごとに、金属材料の余寿命の予測値を示すガウス関数（以下、基準ガウス関数ともいう。）を求める。さらに、組織パラメータの種類ごとに求めた複数の基準ガウス関数を確率の乗法定理で乗算してガウス関数（以下、乗算ガウス関数ともいう。）を求める。そして、求めた乗算ガウス関数に基づいて金属材料の余寿命を求める。以下、本実施形態に係る予測方法について具体的に説明する。なお、以下においては、余寿命の予測が行われる金属材料を試験材という。また、本実施形態では、試験材に対応する金属材料を基準材として用いる。基準材は、例えば、試験材と同様のミクロ組織を有する金属材料である。以下においては、予測方法の一例として、試験材および基準材としてともにＮｉ基合金を用いた場合について説明する。
【００２１】
［基準ガウス関数の導出］
まず、基準ガウス関数の導出方法について説明する。本実施形態では、例えば、下記のステップＱ１〜Ｑ７の処理を実行することによって、組織パラメータの種類ごとに、基準ガウス関数を求める。以下、各ステップについて説明する。
【００２２】
（ステップＱ１）
ステップＱ１では、詳細を後述するように、複数の基準材のクリープ試験を行い、下記の表１に示すように、該クリープ試験後の複数の基準材についてそれぞれ、余寿命および複数種の組織パラメータを求める。なお、表１においては、説明を簡単にするために、組織パラメータおよび余寿命を、アルファベット文字を用いて示している。また、表１は、ステップＱ１において２種類の組織パラメータＡｎ，Ｂｎを求めた場合の例を示している。なお、表１には、後述するステップＱ３で求められる第１予測余寿命Ａｔｎ，Ｂｔｎおよび後述するステップＱ４で求められる標準偏差ＡＤ，ＢＤも示している。
【００２３】
【表１】
0006657788.tif 000002
【００２４】
表１を参照して、ステップＱ１では、例えば、任意の温度および応力の条件下で複数の基準材のクリープ試験を行い、複数のクリープ中断材（以下、単に中断材という。）およびクリープ破断材（以下、単に破断材という。）を得る。表１の例では、クリープ試験によって、７本の中断材と１本の破断材を得ている。クリープ試験における温度および応力は、例えば、余寿命を予測する金属材料の使用環境に応じて適宜設定される。クリープ試験によって得られた複数の中断材および破断材についてそれぞれ、複数種の組織パラメータを求める。表１を参照して、本実施形態では、例えば、複数の中断材および破断材についてそれぞれ、２種類の組織パラメータＡｎ，Ｂｎ（例えば、界面エネルギーおよび陽電子消滅寿命）を測定する。また、複数の中断材および破断材についてそれぞれ余寿命（寿命消費率）を求める。本実施形態では、例えば、クリープ試験において破断材が破断に至るまでに要した時間をＴｒとし、中断材の試験中断時間（試験経過時間）をＴとして、各中断材の寿命消費率（＝Ｔ／Ｔｒ）を求める。なお、破断材の寿命消費率は、１．０とする。
【００２５】
（ステップＱ２）
ステップＱ２では、ステップＱ１で求めた余寿命および組織パラメータに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、組織パラメータと余寿命との関係を求める。本実施形態では、例えば、図１に示すような寿命消費率と組織パラメータとの関係を示すマスターカーブを、組織パラメータの種類ごとに作成する。例えば、ステップＱ１において、組織パラメータとして界面エネルギーおよび陽電子消滅寿命を測定した場合には、ステップＱ２において、寿命消費率と界面エネルギーとの関係を示すマスターカーブ、および寿命消費率と陽電子消滅寿命との関係を示すマスターカーブがそれぞれ作成される。マスターカーブは、例えば、最小二乗法を用いて作成することができる。なお、図１においては、本発明を理解し易くするために、ステップＱ２で作成されるマスターカーブを概念的に示している。したがって、図１のマスターカーブは、ステップＱ２において実際に作成されるマスターカーブを忠実に表したものではない。
【００２６】
なお、ステップＱ２においては、１種の組織パラメータに対して１つのマスターカーブを作成してもよく、１種の組織パラメータに対して複数のマスターカーブを作成してもよい。具体的には、例えば表１を参照して、基準材１〜４のクリープ試験条件と基準材５〜８のクリープ試験条件とが異なるような場合に、１種の組織パラメータに対して複数のマスターカーブを作成することが考えられる。このような場合、例えば、組織パラメータＡ１〜Ａ４と余寿命ｒｔ１〜ｒｔ４とに基づいて１つのマスターカーブを作成し、組織パラメータＡ５〜Ａ８と余寿命ｒｔ５〜ｒｔ８とに基づいて１つのマスターカーブを作成し、組織パラメータＢ１〜Ｂ４と余寿命ｒｔ１〜ｒｔ４とに基づいて１つのマスターカーブを作成し、組織パラメータＢ５〜Ｂ８と余寿命ｒｔ５〜ｒｔ８とに基づいて１つのマスターカーブを作成してもよい。
【００２７】
（ステップＱ３）
ステップＱ３では、ステップＱ１で求めた複数種の組織パラメータとステップＱ２で組織パラメータの種類ごとに求めた関係とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、複数の基準材の余寿命（以下、第１予測余寿命という。）を求める。具体的には、図１を参照して、ステップＱ１で測定した複数の基準材（複数の中断材および破断材）の組織パラメータの値に基づいて、ステップＱ２で作成したマスターカーブから決定される寿命消費率を、各基準材の第１予測余寿命として求める。表１を参照して、例えば、ステップＱ１において、組織パラメータＡｎとして界面エネルギーを、組織パラメータＢｎとして陽電子消滅寿命をそれぞれ測定している場合には、ステップＱ３では、界面エネルギー（組織パラメータＡｎ）に基づいて各基準材の第１予測余寿命Ａｔｎを求めるとともに、陽電子消滅寿命（組織パラメータＢｎ）に基づいて各基準材の第１予測余寿命Ｂｔｎを求める。
【００２８】
（ステップＱ４）
ステップＱ４では、組織パラメータの種類ごとに、ステップＱ１で求めた複数の基準材の余寿命に対する、ステップＱ３で求めた複数の基準材の第１予測余寿命の標準偏差を求める。すなわち、ステップＱ４においては、複数の基準材の余寿命の実測値に対する、マスターカーブから決定される第１予測余寿命のばらつきの程度を、上記標準偏差として求めている。表１を参照して、例えば、ステップＱ１において余寿命ｒｔｎが測定され、ステップＱ３において第１予測寿命Ａｔｎ，Ｂｔｎが求められている場合には、ステップＱ４では、余寿命ｒｔｎに対する第１予測寿命Ａｔｎ，Ｂｔｎの標準偏差ＡＤ，ＢＤを求める。
【００２９】
（ステップＱ５）
ステップＱ５では、試験材の複数種の組織パラメータを求める。なお、ステップＱ５では、ステップＱ１で求めた組織パラメータと同種の組織パラメータを求める。例えば、ステップＱ１において各基準材の界面エネルギーおよび陽電子消滅寿命を測定した場合には、ステップＱ５でも同様に、試験材の界面エネルギーおよび陽電子消滅寿命を測定する。
【００３０】
（ステップＱ６）
ステップＱ６では、ステップＱ５で求めた複数種の組織パラメータとステップＱ２で組織パラメータごとに求めた関係とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、試験材の余寿命（以下、第２予測余寿命という。）を求める。本実施形態では、ステップＱ５で測定した組織パラメータの値に基づいて、ステップＱ２で作成したマスターカーブ（図１参照）から決定される寿命消費率を、試験材の第２予測余寿命として求める。例えば、ステップＱ５において試験材の界面エネルギーおよび陽電子消滅寿命を測定している場合には、ステップＱ６では、界面エネルギーに基づいて試験材の第２予測余寿命を求めるとともに、陽電子消滅寿命に基づいて試験材の第２予測余寿命を求める。
【００３１】
（ステップＱ７）
ステップＱ７では、ステップＱ６で組織パラメータの種類ごとに求めた第２予測余寿命を平均値としかつステップＱ４で組織パラメータの種類ごとに求めた標準偏差（例えば、表１の標準偏差ＡＤ，ＢＤを参照。）を標準偏差とするガウス関数を、基準ガウス関数として、組織パラメータの種類ごとに求める。すなわち、ステップＱ７では、組織パラメータの種類ごとに、試験材の余寿命の予測値を示す基準ガウス関数が求められる。例えば、ステップＱ６において界面エネルギーおよび陽電子消滅寿命に基づいてそれぞれ第２予測余寿命を求めている場合には、ステップＱ７では、界面エネルギーに基づく基準ガウス関数と、陽電子消滅寿命に基づく基準ガウス関数とが求められる。
【００３２】
［試験材の余寿命予測］
本実施形態では、上述のようにして求めた複数の基準ガウス関数を用いて、下記のステップＳ１およびＳ２の処理を実行することによって、試験材（金属材料）の余寿命を予測する。
【００３３】
（ステップＳ１）
ステップＳ１では、ステップＱ７で求めた複数の基準ガウス関数を、確率の乗法定理で乗算することによってガウス関数（以下、乗算ガウス関数という。）を求める。図２は、基準ガウス関数および乗算ガウス関数を表す正規分布図の一例を示す図である。図２には、界面エネルギーに基づく基準ガウス関数と、陽電子消滅寿命に基づく基準ガウス関数と、これらの基準ガウス関数を乗算することによって得られる乗算ガウス関数とが示されている。なお、図２に示した界面エネルギーに基づく基準ガウス関数は、界面エネルギーについて求められた標準偏差（ステップＱ４参照）が０．１２であり、かつ界面エネルギーについて求められた第２予測余寿命（ステップＱ６参照）が０．４１である場合の基準ガウス関数である。また、図２に示した陽電子消滅寿命に基づく基準ガウス関数は、陽電子消滅寿命について求められた標準偏差（ステップＱ４参照）が０．１７であり、かつ陽電子消滅寿命について求められた第２予測余寿命（ステップＱ６参照）が０．６０である場合の基準ガウス関数である。
【００３４】
（ステップＳ２）
ステップＳ２では、ステップＳ１で求めた乗算ガウス関数に基づいて、試験材の余寿命を予測する。図２を参照して、本実施形態では、例えば、乗算ガウス関数の半値幅ＦＷＨＭによって規定される寿命消費率の範囲ｔｓ〜ｔｆを、試験材の寿命消費率（余寿命）として予測する。
【００３５】
［作用効果］
以上のように、本実施形態では、まず、複数種の組織パラメータに基づいて、試験材の余寿命の予測値を示す複数の基準ガウス関数が求められる。そして、複数の基準ガウス関数を乗算して得られる乗算ガウス関数に基づいて、試験材の余寿命が予測される。すなわち、本実施形態では、異なる複数の余寿命予測方法を複合して、試験材の余寿命を予測する。この場合、複数の基準ガウス関数のうちのいずれかの基準ガウス関数が示す余寿命の予測値に大きな誤差が生じていたとしても、その誤差の影響を低減することができる。また、図２に示すように、乗算ガウス関数の標準偏差は、各基準ガウス関数の標準偏差よりも小さくなる。このため、乗算ガウス関数に基づいて余寿命を予測することによって、予測結果のバラツキを小さくすることができる。以上の結果、金属材料の余寿命の適切な予測が可能になる。
【００３６】
［他の実施形態］
上述の実施形態では、組織パラメータと余寿命との関係を示すマスターカーブに基づいて、基準ガウス関数を導出する場合について説明したが、基準ガウス関数の導出方法は上述の例に限定されない。以下、他の方法によって基準ガウス関数を導出する場合の実施形態について説明する。
【００３７】
［基準ガウス関数の導出］
まず、基準ガウス関数の導出方法について説明する。なお、本実施形態に係る予測方法では、ステップＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ６の処理が、上述の実施形態に係る予測方法と異なる。したがって、以下においては、主に、ステップＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ６の処理について説明する。
【００３８】
（ステップＱ１）
本実施形態に係る予測方法のステップＱ１では、下記の表２に示すように、クリープ試験後の複数の基準材についてそれぞれ、余寿命ｒｔｎおよび複数種の組織パラメータＡｎ，Ｂｎに加えてさらに、クリープ歪みＳｎを求める。
【００３９】
【表２】
0006657788.tif 000003
【００４０】
（ステップＱ２）
本実施形態に係る予測方法のステップＱ２は、下記のステップｑ２１およびｑ２２を含む。
【００４１】
（ステップｑ２１）
ステップｑ２１では、ステップＱ１で求めたクリープ歪みおよび組織パラメータに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、例えば、図３に示すような、組織パラメータとクリープ歪みとの関係を示すマスターカーブ（以下、第１マスターカーブという。）を求める。例えば、ステップＱ１において、組織パラメータとして界面エネルギーおよび陽電子消滅寿命を測定した場合には、ステップｑ２１において、クリープ歪みと界面エネルギーとの関係を示す第１マスターカーブ、およびクリープ歪みと陽電子消滅寿命との関係を示す第１マスターカーブがそれぞれ作成される。第１マスターカーブは、例えば、最小二乗法を用いて作成することができる。なお、図３においては、本発明を理解し易くするために、ステップｑ２１で作成される第１マスターカーブを概念的に示している。したがって、図３の第１マスターカーブは、ステップｑ２１において実際に作成される第１マスターカーブを忠実に表したものではない。
【００４２】
なお、ステップｑ２１においては、上述の実施形態のステップＱ２のマスターカーブと同様に、１種の組織パラメータに対して１つの第１マスターカーブを作成してもよく、１種の組織パラメータに対して複数の第１マスターカーブを作成してもよい。具体的には、例えば表２を参照して、基準材１〜４のクリープ試験条件と基準材５〜８のクリープ試験条件とが異なるような場合に、１種の組織パラメータに対して複数の第１マスターカーブを作成することが考えられる。このような場合、例えば、組織パラメータＡ１〜Ａ４とクリープ歪みＳ１〜Ｓ４とに基づいて１つの第１マスターカーブを作成し、組織パラメータＡ５〜Ａ８とクリープ歪みＳ５〜Ｓ８とに基づいて１つの第１マスターカーブを作成し、組織パラメータＢ１〜Ｂ４とクリープ歪みＳ１〜Ｓ４とに基づいて１つの第１マスターカーブを作成し、組織パラメータＢ５〜Ｂ８とクリープ歪みＳ５〜Ｓ８とに基づいて１つの第１マスターカーブを作成してもよい。
【００４３】
（ステップｑ２２）
ステップｑ２２では、ステップＱ１で求めたクリープ歪みおよび余寿命に基づいて、図４に示すような、クリープ歪みと余寿命との関係を示すマスターカーブ（以下、第２マスターカーブという。）を求める。第２マスターカーブは、例えば、最小二乗法を用いて作成することができる。なお、図４においては、本発明を理解し易くするために、ステップｑ２２で作成される第２マスターカーブを概念的に示している。したがって、図４の第２マスターカーブは、ステップｑ２２において実際に作成される第２マスターカーブを忠実に表したものではない。
【００４４】
なお、ステップｑ２２においては、１つの第２マスターカーブを作成してもよく、複数の第２マスターカーブを作成してもよい。具体的には、例えば表２を参照して、基準材１〜４のクリープ試験条件と基準材５〜８のクリープ試験条件とが異なるような場合に、複数の第２マスターカーブを作成することが考えられる。このような場合、例えば、クリープ歪みＳ１〜Ｓ４と余寿命ｒｔ１〜ｒｔ４とに基づいて１つの第２マスターカーブを作成し、クリープ歪みＳ５〜Ｓ８と余寿命ｒｔ５〜ｒｔ８とに基づいて１つの第２マスターカーブを作成してもよい。
【００４５】
（ステップＱ３）
本実施形態に係る予測方法のステップＱ３は、下記のステップｑ３１およびｑ３２を含む。
【００４６】
（ステップｑ３１）
ステップｑ３１では、ステップＱ１で求めた複数種の組織パラメータとステップｑ２１で組織パラメータの種類ごとに求めた第１マスターカーブ（図３参照）とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、複数の基準材のクリープ歪み（以下、第１予測クリープ歪みという。）を求める。表２を参照して、例えば、ステップＱ１において、組織パラメータＡｎとして界面エネルギーを、組織パラメータＢｎとして陽電子消滅寿命をそれぞれ測定している場合には、ステップｑ３１では、界面エネルギー（組織パラメータＡｎ）に基づいて各基準材の第１予測クリープ歪みＡＳｎを求めるとともに、陽電子消滅寿命（組織パラメータＢｎ）に基づいて各基準材の第１予測クリープ歪みＢＳｎを求める。
【００４７】
（ステップｑ３２）
ステップｑ３２では、ステップｑ３１で組織パラメータの種類ごとに求めた第１予測クリープ歪みとステップｑ２２で求めた第２マスターカーブ（図４参照）とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、複数の基準材の余寿命（以下、第１予測余寿命という。）を求める。表２を参照して、本実施形態では、第１予測クリープ歪みＡＳｎに基づいて第１予測余寿命Ａｔｎを求めるとともに、第１予測クリープ歪みＢＳｎに基づいて第１予測余寿命Ｂｔｎを求める。
【００４８】
（ステップＱ４）
表２を参照して、ステップＱ４では、上述の実施形態と同様に、組織パラメータの種類ごとに、ステップＱ１で求めた複数の基準材の余寿命に対する、ステップＱ３で求めた複数の基準材の第１予測余寿命の標準偏差を求める。
【００４９】
（ステップＱ５）
ステップＱ５では、上述の実施形態と同様に、試験材の複数種の組織パラメータを求める。
【００５０】
（ステップＱ６）
本実施形態に係る予測方法のステップＱ６は、下記のステップｑ６１およびｑ６２を含む。
【００５１】
（ステップｑ６１）
ステップｑ６１では、上述のステップＱ５で求めた試験材の複数種の組織パラメータとステップｑ２１で組織パラメータの種類ごとに求めた第１マスターカーブ（図３参照）とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、試験材のクリープ歪み（以下、第２予測クリープ歪みという。）を求める。例えば、ステップＱ５において試験材の界面エネルギーおよび陽電子消滅寿命を測定している場合には、ステップｑ６１では、界面エネルギーに基づいて試験材の第２予測クリープ歪みを求めるとともに、陽電子消滅寿命に基づいて試験材の第２予測クリープ歪みを求める。
【００５２】
（ステップｑ６２）
ステップｑ６２では、ステップｑ６１で組織パラメータの種類ごとに求めた試験材の第２予測クリープ歪みとステップｑ２２で求めた第２マスターカーブ（図４参照）とに基づいて、組織パラメータの種類ごとに、試験材の余寿命（以下、第２予測余寿命という。）を求める。
【００５３】
（ステップＱ７）
ステップＱ７では、上述の実施形態と同様に、ステップＱ６で組織パラメータの種類ごとに求めた第２予測余寿命を平均値としかつステップＱ４で組織パラメータの種類ごとに求めた標準偏差（表１参照）を標準偏差とするガウス関数を、基準ガウス関数として、組織パラメータの種類ごとに求める。
【００５４】
［試験材の余寿命予測］
本実施形態においても、上述のようにして求めた複数の基準ガウス関数を用いて、上述のステップＳ１およびＳ２の処理を実行することによって、試験材（金属材料）の余寿命を予測する。
【００５５】
［作用効果］
以上のように、本実施形態においても、複数種の組織パラメータに基づいて、試験材の余寿命の予測値を示す複数の基準ガウス関数が求められる。そして、複数の基準ガウス関数を乗算して得られる乗算ガウス関数に基づいて、試験材の余寿命が予測される。すなわち、本実施形態においても、異なる複数の余寿命予測方法を複合して、試験材の余寿命を予測する。この場合、複数の基準ガウス関数のうちのいずれかの基準ガウス関数が示す余寿命の予測値に大きな誤差が生じていたとしても、その誤差の影響を低減することができる。また、上述の実施形態と同様に、予測結果のバラツキを小さくすることができる。
【００５６】
［変形例］
上述の実施形態では、試験材の余寿命として寿命消費率を予測する場合について説明したが、余寿命の示し方は上述の例に限定されない。例えば、１から寿命消費率を減算して得られる値を、試験材の余寿命として求めてもよい。
【００５７】
上述の実施形態では、乗算ガウス関数の半値幅に基づいて試験材の余寿命を予測しているが、余寿命の予測方法は上述の例に限定されない。例えば、乗算ガウス関数の平均値に基づいて試験材の余寿命を予測してもよく、乗算ガウス関数の標準偏差に基づいて試験材の余寿命を予測してもよい。
【００５８】
上述の実施形態では、２種類の組織パラメータに基づいて試験材の余寿命を予測しているが、３種類以上の組織パラメータに基づいて試験材の余寿命を予測してもよい。
【００５９】
なお、本発明によれば、他の方法によって求められた金属材料の余寿命の予測値の選別を行うこともできる。以下、予測値の選別について実施例によって具体的に説明するが、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】
【００６０】
実施例においては、ＳＴＢＡ２８鋼からなる基準材１〜１１を準備し、下記の表３に示す条件でクリープ試験を行った。そして、クリープ試験後の基準材１〜１１の寿命消費率、界面エネルギー、陽電子消滅寿命およびクリープ歪みを実測した。表３には、クリープ試験後の基準材１〜１１の寿命消費率（実測値）を示している。
【００６１】
【表３】
0006657788.tif 000004
【００６２】
また、上述の［他の実施形態］で説明した処理を実行し、表３に示すように、基準材１〜１１についてそれぞれ、界面エネルギーに基づく第１予測余寿命および陽電子消滅寿命に基づく第１予測余寿命をそれぞれ求めた。さらに、表３に示すように、寿命消費率の実測値に対する、第１予測余寿命の標準偏差を求めた。
【００６３】
次に、表４に示すように、基準材１〜５および７〜１１を試験材１〜５および７〜１１として、表３に示した標準偏差を用いて上述の［他の実施形態］で説明した処理を実行し、各試験材の寿命消費率を求めた。なお、表４には、乗算ガウス関数の半値幅によって規定される寿命消費率の範囲の下限値（ｔｓ）および上限値（ｔｆ）を示している。
【００６４】
【表４】
0006657788.tif 000005
【００６５】
また、表４に示すように、参考例として、試験材１〜５および７〜１１の寿命消費率を、ビッカース硬さ（Ｈｖと記す。）に基づいて求めた。具体的には、Ｈｖと寿命消費率との関係を示す既存のマスターカーブを利用して、試験材１〜５および７〜１１の寿命消費率を求めた。
【００６６】
図５に、試験材１〜５および７〜１１の寿命消費率について、実測値とＨｖに基づく予測値との関係を示す。なお、図５においては、Ｈｖに基づく予測値が本発明に基づく予測値の範囲ｔｓ〜ｔｆ内の値であった試験材を「○」で示し、範囲ｔｓ〜ｔｆ外の値であった試験材を「×」で示している。
【００６７】
図５から明らかなように、Ｈｖに基づく予測値のうち、本発明に基づく予測値の範囲ｔｓ〜ｔｆ内の値（「○」で示した値）は、実測値に近い。言い換えると、Ｈｖに基づく予測値のうち、本発明に基づく予測値の範囲ｔｓ〜ｔｆ内の値を、余寿命の予測値として選択することによって、余寿命をより高精度に予測することができる。
【００６８】
以上のように、本発明によれば、試験材の余寿命を高精度で予測することができるだけでなく、他の方法によって求められた余寿命の予測値のうちから精度の高い予測値を選別することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明によれば、金属材料の余寿命を金属材料の劣化の程度に応じて適切に予測することができる。本発明は、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｎｉ基合金等の種々の金属材料の余寿命の予測に好適に利用できる。
【図１】
0006657788.tif 000006
【図２】
0006657788.tif 000007
【図３】
0006657788.tif 000008
【図４】
0006657788.tif 000009
【図５】
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