(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料の傷を評価する方法であって、
前記金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布を求め、該損傷分布に基づいて前記金属材料の内部形状を推定し、さらに前記金属材料内部を粒界モデルで表すとともに、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の内部形状に基づいて算出される応力を与えることにより、前記各粒界モデルの破壊進行過程を計算することを特徴とする金属材料の損傷評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属材料の損傷評価方法において、
前記金属材料の推定内部形状を種々に変え、該形状の推定確率と、前記各粒界モデルの破壊進行過程の計算によって得られた余寿命とを対応させて前記金属材料の余寿命確率を算出することを特徴とする金属材料の損傷評価方法。
【請求項３】
金属材料の傷を評価する方法であって、
前記金属材料の内部形状の粒界モデルを作成し、これら各粒界モデルに作用する初期応力を設定した後に所定時間経過後における破壊進行過程を計算し、さらに、その結果得られた前記粒界モデルの損傷に基づいて前記各粒界モデルに作用する応力を再計算し、該再計算後の応力に基づいてさらに所定時間経過後における破壊進行過程を計算することを特徴とする金属材料の損傷評価方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の金属材料の損傷評価方法において、
前記金属材料の内部形状の粒界モデルを作成し、これら各粒界モデルに作用する初期応力を設定した後に所定時間経過後における破壊進行過程を計算し、さらに、その結果得られた前記粒界モデルの損傷に基づいて前記各粒界モデルに作用する応力を再計算し、該再計算後の応力に基づいてさらに所定時間経過後における破壊進行過程を計算することを特徴とする金属材料の損傷評価方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の金属材料の損傷評価方法において、
前記破壊進行過程の計算を前記金属材料の破断まで繰り返すことを特徴とする金属材料の損傷評価方法。
【請求項６】
請求項１から５に記載の金属材料の損傷評価方法において、
前記粒界モデルの破壊進行過程の計算によって求められた粒界モデルの損傷部位を、前記粒界モデルと重ね合わせて画面表示または印字することを特徴とする金属材料の損傷評価方法。
【請求項７】
請求項１から６に記載の金属材料の損傷評価方法において、
前記金属材料の内部形状を画面表示または印字するとともに、前記粒界モデルの破壊進行過程の計算によって求められた粒界の損傷の度合いを前記金属材料の内部形状に重ね合わせて示すことを特徴とする金属材料の損傷評価方法。
【請求項８】
請求項７に記載の金属材料の損傷評価方法において、
前記金属材料の損傷状態を実際に検査した結果も同時に画面表示または印字することを特徴とする金属材料の損傷評価方法。
【請求項９】
金属材料の傷を評価する装置であって、
前記金属材料の内部損傷分布に基づいて前記金属材料の内部形状を推定する内部形状推定手段と、前記金属材料内部を粒界モデルで表すとともに、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の内部形状に基づいて算出される応力を与えることにより、前記各粒界モデルの破壊進行過程を計算する解析手段とを備えていることを特徴とする金属材料の損傷評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料の損傷評価方法および装置に係り、特に、火力発電プラントや原子力発電プラント等の高温耐圧金属部材を用いた各種配管として使用される低合金鋼の溶接部に発生する脆性的なクリープ損傷等の微視損傷の進展度合いを評価し、該金属材料の寿命を診断する際に用いて好適な金属材料の損傷評価方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、火力発電プラントにおいては、運転時間が長時間に及ぶのに従い長時間使用による設備の劣化、頻繁な起動停止や急速な負荷変動等による熱疲労等を十分に考慮した保守管理が益々重要になってきている。
例えば、高温耐圧金属部材が用いられる大口径厚肉配管では、き裂等の傷は、多くの場合溶接部の内部で発生しているが、この傷は外表面の検査だけでは検出することができないために、この傷の早期検出及び、その寸法の正確な測定によるき裂のモニタリング手法の開発が求められている。
従来、余寿命（破断するまでの時間）を推定するために、表面損傷を直接検査することで余寿命を推定するＭＬＡＳ法と、内部損傷を検査するＴＯＦＤ法（Time Of Flight Diffraction）とがとられている。
【０００３】
ＭＬＡＳ法とは、配管の表面をプラスチック膜に転写して表面のレプリカを採取し、このレプリカを光学顕微鏡を用いて観察することで、クリープ損傷による空孔（クリープボイド）や析出物等の有無及びその分布状態を調べ、これらと寿命との関係の参照データと照らし合わせて寿命を診断する方法である。
【０００４】
また、ＴＯＦＤ法は以下のような測定原理である。図１４はＴＯＦＤ法の測定原理を説明するための説明図であり、超音波を発信する送信探触子１と、超音波を受信する受信探触子２とを、金属材料３の表面に、該金属材料３の内部に生じたき裂（欠陥）４を挟んで等距離に載置し、送信探触子１により金属材料３内に超音波５を発信させ、受信探触子２によりき裂４の上端及び下端からの回折波６を検出してその伝搬時間を測定し、き裂４の高さを式（１）により求めるものである。なお、図中、７は表面波、８は底面反射波である。
【０００５】
Ｌ＝Ｚｂ−Ｚｔ
＝√（ｔｂ2・Ｖ2／４−Ｓ2）−√（ｔｔ2・Ｖ2／４−Ｓ2）  ……（１）
ただし、Ｌ  ：き裂高さ
Ｚｂ ：き裂先端の深さ
Ｚｔ ：き裂底の深さ
Ｄ  ：送信探触子１と受信探触子２との間の距離
Ｓ  ：Ｄ／２
Ｖ  ：回折波の速度
ｔｔ ：き裂先端からの回折波伝播時間
ｔｂ ：き裂底からの回折波伝播時間
上述したＴＯＦＤ法は、欠陥からの回折波を利用して探傷するために、従来の超音波探傷法と比べて欠陥の傾きの影響を受け難く、方向性のある欠陥を見落とす可能性が減少し、欠陥の検出性能が向上するという優れた点がある。
【０００６】
しかしながら、き裂伝播計算では、単一のき裂が成長、進展することを前提としているために、例えば、複数の微視的なき裂が発生と合体を繰り返しながら成長する損傷のような場合においては、上記の方法による余寿命の診断が実際の損傷の状態と対応しなくなってしまうおそれがあり、その結果、余寿命の診断が正確さを欠いてしまうおそれがあるという問題点があった。
そこで、特願２０００−３６７０１７においては、内部に複数の微視的なき裂が発生と合体を繰り返しながら成長するような損傷が生じる金属材料においても、余寿命を予測することができる評価方法が提案されている。
【０００７】
この評価方法では、まずレプリカ法およびＴＯＦＤ法の測定結果に基づいて初期損傷を推定し、この初期損傷から応力分布を推定する。次に、高温配管１１の溶接部における粒界モデルを作成し、図１５及び図１６に基づき微視損傷進展シミュレーションを実施する。この解析モデルでは、粒界長さの集団を［Ｌ］、その平均をＬm、標準偏差をＬS、粒界の破壊抵抗値をＲ、その平均をＲm、標準偏差をＲSとする。
【０００８】
各粒界モデルには、応力σによって定められるき裂発生駆動力Ｆが作用しており、き裂が生じていない段階では、粒界破壊駆動力をＤとすると、損傷の進行速度ｄＲ／ｄｔ＝−Ｄ＝−Ｆである。
時間が経過するにつれ損傷が進行し、粒界の破壊抵抗値Ｒが負（Ｒ＜０）になると、粒界が破壊しき裂が発生する。このき裂に隣接する粒界では、粒界破壊駆動力Ｄは、き裂発生駆動力Ｆと、き裂伝播駆動力Ｋと粒界に隣接するき裂長さａとの積との和に等しい（Ｄ＝Ｆ＋ａ・Ｋ）。
【０００９】
時間を進めていくと、徐々にき裂数が増加したり、個々のき裂の長さが長くなったりする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の評価方法においては、改良すべき点も多い。
問題点の一つは、応力分布の時刻変化に関する点である。余寿命診断の対象となる配管溶接部は、溶接ビード形状によって、応力が大きい部位と小さい部位とを持つ（応力分布を有する）。微視損傷の進展速度は応力に依存し、応力が大きい部位ほど損傷の進展が速い。損傷が進展した部位は見かけの剛性が低下し、その結果、応力が下がる。下がった分の応力は、まだ損傷の小さい部位が受け持つことになり、この部位の応力が上がる。したがって、この部位の損傷が進展する。これを繰り返すため、損傷の進展とともに応力分布は時々刻々変化する。しかし、従来の微視損傷進展計算では、応力分布は初期状態から破断まで変化しないとしているため、応力分布が初期と異なる寿命後半（約８０％以後）においては、損傷の進展を正確に予測できず、このため、破断時刻も正確に推定することができなかった。このため、これ以後の破断に至るまでの寿命診断は精度が不十分であった。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、余寿命をより正確に予測することができる金属材料の損傷評価方法および装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の金属材料の損傷評価方法は、金属材料の傷を評価する方法であって、前記金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布を求め、該損傷分布に基づいて前記金属材料の内部形状を推定し、さらに前記金属材料内部を粒界モデルで表すとともに、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の内部形状に基づいて算出される応力を与えることにより、前記各粒界モデルの破壊進行過程を計算することを特徴とする。
【００１３】
この発明においては、金属材料内部の形状を考慮して応力を粒界モデルに与えることにより、より正確な破壊進行過程を計算可能である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材料の推定内部形状を種々に変え、該形状の推定確率と、前記各粒界モデルの破壊進行過程の計算によって得られた余寿命とを対応させて前記金属材料の余寿命確率を算出することを特徴とする。
【００１５】
この発明においては、金属材料の内部を種々に推定し、その蓋然性と解析結果の余寿命とを対照させることにより、金属材料の余寿命を確率論的に評価することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、金属材料の傷を評価する方法であって、前記金属材料の内部形状の粒界モデルを作成し、これら各粒界モデルに作用する初期応力を設定した後に所定時間経過後における破壊進行過程を計算し、さらに、その結果得られた前記粒界モデルの損傷に基づいて前記各粒界モデルに作用する応力を再計算し、該再計算後の応力に基づいてさらに所定時間経過後における破壊進行過程を計算することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材料の内部形状の粒界モデルを作成し、これら各粒界モデルに作用する初期応力を設定した後に所定時間経過後における破壊進行過程を計算し、さらに、その結果得られた前記粒界モデルの損傷に基づいて前記各粒界モデルに作用する応力を再計算し、該再計算後の応力に基づいてさらに所定時間経過後における破壊進行過程を計算することを特徴とする。
【００１８】
これら請求項３及び４に記載の発明においては、損傷によって変化する応力を考慮に入れたシミュレーションが可能である。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記破壊進行過程の計算を前記金属材料の破断まで繰り返すことを特徴とする。
【００２０】
この発明においては、粒界モデルに作用する応力を逐次再計算することにより、破断時まで計算を続けることが可能となる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記粒界モデルの破壊進行過程の計算によって求められた粒界モデルの損傷部位を、前記粒界モデルと重ね合わせて画面表示または印字することを特徴とする。
【００２２】
この発明においては、粒界モデルと、該粒界モデルに発生したボイドとを合わせて表示することで、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことができる。粒界モデルの次元は特に限定されない。例えば、コンピュータが作った粒界モデルを画面に表示させると共に、該粒界モデルに、損傷部位を太線で示す等が考えられる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材料の内部形状を画面表示または印字するとともに、前記粒界モデルの破壊進行過程の計算によって求められた粒界の損傷の度合いを前記金属材料の内部形状に重ね合わせて示すことを特徴とする。
【００２４】
この発明においては、例えば金属内部の構造を画面に表示し、その構造中において、解析によって得られた損傷の度合いが大きい部位を色彩や濃度を変えて示す。このようにすることで、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材料の損傷状態を実際に検査した結果も同時に画面表示または印字することを特徴とする。
【００２６】
この発明においては、解析結果と実際の検査結果とを照らし合わせることで、解析結果の妥当性を判断することができるとともに、解析結果と実際の検査結果とを総合して損傷の程度を判断することができる。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、金属材料の傷を評価する装置であって、前記金属材料の内部損傷分布に基づいて前記金属材料の内部形状を推定する内部形状推定手段と、前記金属材料内部を粒界モデルで表すとともに、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の内部形状に基づいて算出される応力を与えることにより、前記各粒界モデルの破壊進行過程を計算する解析手段とを備えていることを特徴とする。
【００２８】
この発明においては、金属材料内部の形状を考慮して応力を粒界モデルに与えることにより、より正確な破壊進行過程を計算可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の金属材料の損傷評価方法及び装置の各実施形態について、図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態として示した金属材料の損傷評価装置を示すブロック図である。
図において、符号１０は金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布を求める内部検査手段、１１は該損傷分布に基づいて前記金属材料の内部平均応力を算出する応力推定手段、１２は推定された平均応力に基づいて前記金属材料の内部形状を推定するビード形状推定手段（内部形状推定手段）である。また、符号１３は金属材料の内部形状に基づいて粒界モデルを作成するとともに前記金属材料の内部形状から該粒界モデルに作用する粒界平均応力を算出することにより、各粒界モデルの破壊進行過程を計算する解析手段である。符号１４はビード形状推定手段１２によって推定されたビード形状と解析手段１３の解析結果とを評価する評価手段である。
内部検査手段１０としては、図１４に示したＴＯＦＤ法を用いた検査装置を採用することができるが、これに限らず、フェーズドアレイ法等も採用可能である。
【００３０】
図２(a)は金属材料３の一例である高温配管の溶接部を示す断面図であり、図において、符号２１は低合金鋼管等からなる高温配管であり、低合金鋼板２２が円筒状に曲げ加工され、その長手方向に沿った端面２２ａ、２２ｂ同士が溶接部２３で接合されている。溶接部２３内には検出の対象となるＨＡＺ部（weld heat affected zone；溶接熱影響部）２４が生じている。なお、２５は金属材料３の表面のレプリカを示す。
【００３１】
この溶接部２３組成は、例えば２．２％Ｃｒ−１％Ｍｏ−０．１２％Ｃ−残部Ｆｅからなり、この溶接部２３のクリープ損傷の進展速度と大きく関連する不純物は、例えば、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｎ（スズ）、Ｓｂ（アンチモン）である。
この溶接部２３のクリープ損傷度（寿命消費率）は、図２(b)の図に示すように略正規分布を呈しており、これは溶接部２３の不純物分析により得られた不純物Ｓｂの濃度分布に略一致している。
【００３２】
次に、本実施形態の金属材料の損傷評価方法について、図２に示す高温配管２１を例に取り、図３に基づき説明する。
１．ＴＯＦＤ法による超音波探傷及び傷の分類
（１）  ＴＯＦＤ法による超音波探傷
図１４に示した送信探触子１と受信探触子２とを、高温配管２１表面の周方向に沿った溶接部２３を挟む位置に、該高温配管２１の内部に生じたＨＡＺ部２４を挟んで等距離に載置し、送信探触子１により高温配管２１内に超音波５を発信させ、受信探触子２によりＨＡＺ部２４からの回折波１４を検出することによりＨＡＺ部２４内の損傷の有無を検出する。ここで、損傷が検出された場合には、損傷の位置、高さ及び長さの各値を求める。損傷位置の同定は、送信探触子１及び受信探触子２の双方を溶接線に沿って走査することにより行う。
【００３３】
（２）  検出された傷の分類
損傷位置の位置、高さ、長さの各値から、この損傷を３種類のうちのいずれか１種に分類する。
ＴＯＦＤ法により検出された傷は、次の３種類に分類される。
Ａ傷（密集傷）
複数の小さな損傷が密集したと推定されるもの。例えば、同じ深さにあると推定される２つの損傷が隣接し、かつ損傷間の間隔が大きい方の損傷の長さより短い場合が該当する。
Ｂ傷（面状傷）
厚さ方向に面状に広がる損傷と推定されるもの。
Ｃ傷（体積状傷）
スラグ巻き込み等の３次元に広がる損傷と推定されるもの。
【００３４】
２．ＭＬＡＳ法による判定
（１）  レプリカの採取
高温配管２１の表面をプラスチック膜に転写する方法により、この高温配管２１の表面のレプリカ２５を採取する。
例えば、表面に粗研磨、細研磨を順次施し、該表面を鏡面に仕上げ、この鏡面の検査対象部分をエッチングにより選択除去し、このエッチングした部分にレプリカ用プラスチック膜を押貼し、このエッチングした面の凹凸をプラスチック膜に転写する。
【００３５】
（２）  レプリカの観察及び判定
光学顕微鏡を用いてレプリカ２５を観察し、クリープ損傷による空孔（クリープボイド）の有無及びその分布状態を調べる。ここでは、損傷がクリープ損傷によるものか否かを大まかに判定する。
次いで、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてクリープボイドの有無及びその分布状態を精密に観察する。例えば、クリープボイドの生成数を計測し、この計測値に基づきクリープボイド面密度を求め、予め求められた寿命評価線図（クリープボイド面密度とクリープ損傷度（寿命消費率）との関係を示すグラフ）からクリープ損傷度を推定し、このクリープ損傷度により損傷がクリープ損傷によるものか否かを判定する。
【００３６】
このように、レプリカ２５にクリープ損傷が認められた場合は、検出された損傷がクリープ損傷による傷であると判定し、レプリカ２５にクリープによる損傷が認められない場合は、検出された損傷はクリープ損傷によらない傷（製造時の傷）であると判定することができる。
【００３７】
３．化学成分分析による判定
（１）  不純物の分析
溶接部２３の試料採取領域の表面の酸化皮膜を、金属光沢が得られるまで研削して除去し、この露出した金属部分をさらに研削して切粉を採取する。次いで、この切粉を用いて、Ｐ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂの含有量を分析する。
各元素の分析方法は下記のとおりである。
Ｐ：原子吸光法（日本工業規格；ＪＩＳ  Ｇ  １２５７）
Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ：水素化物発生ＩＣＰ発光分析法
【００３８】
（２）  クリープ特性評価
次いで、これらの不純物分析結果から、下記の式（２）に基づきクリープ脆化係数（ＣＥＦ）を求める。
ＣＥＦ＝Ｐ（ｗｔ．％）＋２．４Ａｓ（ｗｔ．％）＋３．６Ｓｎ（ｗｔ．％）
＋８．２Ｓｂ（ｗｔ．％）    ……（２）
このＣＥＦ値と、別途行った配管応力計算結果から、クリープ損傷度（寿命消費率）を推定し、このクリープ損傷度により検出された損傷がクリープ損傷によるものか否かを判定する。
【００３９】
さて、上記のように検出されたクリープ損傷や、ＴＯＦＤ法により検出された損傷に基づき、応力推定手段１１が実機の内部平均応力を推定する。具体的には、応力推定手段１１は損傷が多い部位を応力が大きい部位であると推定し、さらに、使用条件、使用時間、内圧と板厚、配管曲げ応力等をも考慮して平均応力を推定する。
次に、ビード形状推定手段１２が応力をもとにビード形状（溶接金属２３の形状）を推定する。例えば、応力の大きい部位は図２(a)の符号１８で示したような凹部となっており、このために応力が集中していると推定することができる。
但し、必ずしも正確にビード形状がわかるわけではないため、ビードのサイズと形状のばらつきを確率論的に推定し、種々に変えて以下の微視損傷進展シミュレーションを行う。
【００４０】
次に、解析手段１３がビード形状に基づいて微視損傷進展シミュレーションを行う。
まず、図４、図５に示すようにＦＥＭ要素Ｍiからなる高温配管２１のＨＡＺ部２４における粒界モデルを作成する。本例では１次元のモデルである。この解析モデルでは、粒界長さの集合を［Ｌ］、その平均をＬm、標準偏差をＬS、粒界の破壊抵抗値の集合を［Ｒ］、その平均をＲm、標準偏差をＲSとする。
各ＦＥＭ要素Ｍiに対して作用する応力（粒界平均応力）σiを決定する。これは上記ビード形状に基づくＦＥＭ解析などの解析によって定められる。例えば、ビードの凹部には応力が集中するため、応力σiは大きい値となる。
つづいて、一つの分割要素、例えばｉ番目の分割要素として記号ｉで表すＭiにおけるパラメータである、き裂発生駆動力Ｆiと、き裂伝播駆動力Ｋiを決定する。Ｆi、Ｋiは、図６に示すようにともに温度と応力σiとによって定まる値である。
さらに、シミュレーションにあたって、高温配管２１の材料特性、負荷特性等のデータも用いる。これらのデータについては、不純物の影響を考慮するために、化学成分分析による不純物の含有量の定量結果に基づき高温配管２１の材料特性及び負荷特性を修正する。
【００４１】
この応力負荷に対応した高温配管２１の負荷モデルを作成する。ＦＥＭ要素Ｍｉ内の各粒界は、応力σiによってき裂発生駆動力Ｆiを受けている。シミュレーションを開始すると、時間とともに内部にき裂が発生する。図５において、各粒界は粒界破壊駆動力Ｄiを受けることにより、破壊抵抗値Ｒiは時間とともに減少し、負（Ｒi＜０）になると、粒界が破壊してき裂が発生する。このき裂に隣接する粒界では、粒界破壊駆動力Ｄiは、き裂発生駆動力Ｆiと、き裂伝播駆動力Ｋiと粒界に隣接するき裂長さａiとの積との和に等しい（Ｄi＝Ｆi＋ａi・Ｋi）。つまり、き裂に隣接する粒界においては、損傷の進行速度ｄＲi／ｄｔ＝−Ｄi＝Ｆi＋ａi・Ｋiであり、き裂に隣接しない粒界においては、損傷の進行速度ｄＲi／ｄｔ＝−Ｄi＝Ｆiである。
【００４２】
このように、ある時間経過後の各分割要素に対する損傷（クリープボイド）が求められる。
なお、実機使用時間までシミュレーションを行い、実際の検査と上記解析結果とを比較して解析条件を確認する。実際の検査と解析結果とが大きく違った場合、解析条件を異ならせて再計算を行う。
以上のことを所定時間（例えばクリープボイドの数に基づいて従来の方法で想定される寿命の６割）行い、破断判定処理を行う。
【００４３】
破断に至ったか否かは溶接部全体での全き裂の長さの総和Σａがある閾値に達したかどうかで決められる。この閾値は以下のようにして決められる。
（１）有効応力σeffが引張限界、降伏応力等の値を超えた場合
クリープボイドが形成されていない粒界が支持する応力が有効応力である。ＨＡＺ部２４の高さをｈ、ＨＡＺ部に作用する荷重をＰとすると、有効応力σeffは、σeff＝Ｐ／（ｈ−Σａ）となる。この有効応力がある値（例えば材料の降伏応力や引張限界、弾性限界）を超える場合のΣａを閾値と判断する。
（２）有効応力σeffが所与のクリープ破断寿命に相当する値を超えた場合
図７に示す有効応力σeffとクリープ破断時間との既知の対応に基づき、例えばクリープ破断寿命が、残り１００時間となるσeffを与えるΣａとなった時点で破断と判断する。になった時点で破断と判断する。
（３）き裂の長さの合計がある値を超えた場合
き裂が一つだけある場合にはＣ*を用いたき裂伝播計算により、余寿命を求めることができる。仮想的に長さΣａの一つのき裂がある場合を想定し、Ｃ*によるき裂伝播計算を行い、その余寿命が１００ｈｒとなる場合のΣａを閾値とする。なお、Ｃ*は応力と材料のクリープ特性に依存する破壊力学パラメータである。
その他、Σａに関わらず破断を判定する条件や、上記３つ以外の方法から破断Σａを定めることも考えられる。
なお、これらの条件を一つでも満たしていれば破断と判断してもよいし、組み合わせて複数の条件を満たしている場合に破断と判断してもよい。
【００４４】
破断に至っていない場合にはシミュレーションを続行するが、上記のように各粒界モデル要素Ｍiにはクリープボイドが発生している。ボイドが発生した部分は応力を支持することができなくなり、その分、ボイドが発生していない他の粒界モデル要素Ｍi'が応力を支持するため、その要素内粒界平均応力は大きくなる。このため、ボイド発生により生ずる応力分布の変化をシミュレーション条件に付加する。
具体的には、図９に示すように、ボイド個数密度と「損傷材のヤング率／未損傷材のヤング率」との関係を用いる。損傷材においてはボイド個数密度の増加に伴って剛性が低下する。この剛性を用いて、ＦＥＭ解析などにより応力を求める。この新たな応力σiに基づいて再びき裂発生駆動力Ｆi、き裂伝播駆動力Ｋiを求め、再度シミュレーションを行う。
これを想定寿命の６割、７割、８割……と続けて行き、最終的に破断に至るまで逐次応力σiを更新しながらシミュレーションを行う。
【００４５】
破断に至った場合には、種々に推定したビードのサイズと形状のばらつきの確率（蓋然性）に対する、破断時間のシミュレーション結果とを評価手段１４が多数集計し、図１０に示すように余寿命と累積破壊確率との関係による確率論的寿命評価を算出する。
【００４６】
このように、本実施形態においては、粒界モデルに作用する応力を逐次再計算してシミュレーションを行うため、より正確な余寿命を算出することができる。
なお、本実施形態において示した微視損傷進展シミュレーションは、本発明を適用した一例であり、他の解析に本発明を適用することができるのは言うまでもない。
【００４７】
また、以下のように画面表示を行っても良い。
図４、図５に示した粒界モデルを、例えば板厚方向に３０列程度設定する。このときの粒界モデルは所定の正規分布に基づいてランダムに設定する。ここでは、解析が簡単な１次元粒界モデルを２次元的に配列することによって擬似的に２次元データを得る（このような処理を行うことによって実際に起こる現象を容易にかつ正確に把握することができる）。これを表したのが図１１である。図において、符号２０は粒界を表し、符号２１で示した太線はボイド（損傷）を表している。
このように、擬似的に構成した２次元粒界モデル２０と、該粒界モデルに発生したボイド２１とを合わせて表示することで、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことができる。
【００４８】
さらに、図１２に示したように表示することもできる。
図１２において、符号２５はボイドの発生状態を金属材料の内部形状全体について示したものである。内部形状２５には、ボイド密度に合わせて色の濃度、色彩を変えた損傷状態２５ａが重ね合わせて表示されている。例えば、解析から推定された３ｍｍ以上のき裂、損傷５０％以上の領域を赤く表示するなどして、わかりやすく表示する。符号２６は、一部を拡大したものであり、図１１と同じ粒界モデルである。カーソルを符号２５の内部形状の任意の位置に合わせると、符号２６の拡大状態を見ることができる。
また、符号２７は推定応力、符号２８は損傷の度合いである。これらを一つの画面に表示させることができ、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことができる。
【００４９】
さらに、図１３のように表示しても良い。
図１３において、符号３０はボイドの発生状態を内部形状全体について示したものであり、図１２の符号２５と同じものである。
符号３１はＭＬＡＳ法により採取されたレプリカの写真、符号３２はＴＯＦＤ法による検査結果、符号３３はフェーズドアレイ法による検査結果である。
これら、解析結果３０と非破壊検査結果３１〜３３とを画面に表示させる。解析結果３０，ＴＯＦＤ法による検査結果３２，フェーズドアレイ法による検査結果３３とは、図のように別個に表示させても良いし、重ね合わせて表示させても良い。
このように表示させることで、解析結果の妥当性を判断することができるとともに、解析結果と実際の検査結果とを総合して損傷の程度を判断することができる。
なお、図１１〜図１３においては、擬似的に構成した２次元粒界モデルについて示したが、１次元、３次元について同様の解析、表示を行っても良い。
また、上記では画面に表示させるようにしているが、プリントアウトを行うようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、応力分布と金属材料内部の形状を用いる事でより正確な破壊進行過程を計算可能である。したがって、余寿命をより正確に予測することができる。
請求項２に記載の発明によれば、金属材料の内部を種々に推定し、その蓋然性と解析結果の余寿命とを対照させることにより、金属材料の余寿命を確率論的に評価することができる。
請求項３及び４に記載の発明によれば、損傷によって変化する応力を考慮に入れたシミュレーションが可能であるため、正確な余寿命を予測することができる。
請求項５に記載の発明によれば、粒界モデルに作用する応力を逐次再計算することにより、破断時まで計算を続けることが可能となる。
請求項６に記載の発明によれば、粒界モデルと、該粒界モデルに発生したボイドとを合わせて表示することで、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことができる。
請求項７に記載の発明によれば、金属材料の内部構造と損傷状態とを合わせて表示することで、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことができる。
請求項８に記載の発明によれば、解析結果と実際の検査結果とを照らし合わせることで、解析結果の妥当性を判断することができるとともに、解析結果と実際の検査結果とを総合して損傷の程度を判断することができる。
請求項９に記載の発明によれば、応力分布と金属材料内部の形状を用いる事でより正確な破壊進行過程を計算可能である。したがって、余寿命をより正確に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態として示した金属材料の損傷評価装置を示すブロック図である。
【図２】  同損傷評価装置が適用される高温配管の溶接部を示す断面図である。
【図３】  同損傷評価装置によって実現される損傷評価方法の一部を示す流れ図である。
【図４】  ＨＡＺ部を配管厚さ方向に粒界モデルで表した図である。
【図５】  前記損傷評価装置による粒界破壊抵抗分布モデルを示した模式図である。
【図６】  (a)は応力とき裂発生駆動力との関係、(b)は応力とき裂伝播駆動力Ｋとの関係を示した図である。
【図７】  クリープ破断時間と有効応力との関係を示した図である。
【図８】  余寿命と有効応力との関係を示した図である。
【図９】  ボイド個数密度とヤング率の低下とを示した図である。
【図１０】  余寿命と累積破壊確率とを示した図である。
【図１１】  擬似的に構成した２次元粒界モデルと、損傷部位とを重ねて表示した状態である。
【図１２】  ボイドの発生状態を内部形状全体について、推定応力と損傷の度合いとを合わせて表示した状態の図である。
【図１３】  解析結果と非破壊検査とを共に表示した状態の図である。
【図１４】  ＴＯＦＤ法の測定原理を説明するための説明図である。
【図１５】  微視損傷進展シミュレーションを示す流れ図である。
【図１６】  微視損傷進展シミュレーションの粒界破壊抵抗分布モデルを示す模式図である。
【符号の説明】
１０  内部検査手段
１１  応力推定手段
１２  ビード形状推定手段（内部形状推定手段）
１３  解析手段
１４  評価手段
【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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【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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