(57)【要約】【課題】評価対象物の破壊寿命を評価するに当たって、現場の作業者の負担を軽減すると共に寿命評価時間の短縮を図る。【解決手段】評価対象物の表面に設定された検査領域に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線が前記検査領域に照射されることによって生じる回折Ｘ線の回折パターンの回折強度分布を２次元検出する２次元Ｘ線検出手段と、前記回折パターンの回折強度分布に基づいて前記評価対象物の破壊寿命を判定する破壊寿命判定手段と、前記破壊寿命判定手段による破壊寿命の判定結果を出力する出力手段と、を具備する。【選択図】図１
2009156584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象物の表面に設定された検査領域に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、
前記Ｘ線が前記検査領域に照射されることによって生じる回折Ｘ線の回折パターンの回折強度分布を２次元検出する２次元Ｘ線検出手段と、
前記回折パターンの回折強度分布に基づいて前記評価対象物の破壊寿命を判定する破壊寿命判定手段と、
前記破壊寿命判定手段による破壊寿命の判定結果を出力する出力手段と、
を具備することを特徴とする破壊寿命評価装置。
【請求項２】
前記破壊寿命判定手段は、前記回折パターンに含まれるデバイシェラー環の回折強度分
布において所定の閾値を越える回折強度を有するスポット数を計測し、予め設定された、
前記スポット数または前記スポット数の関数と前記評価対象物の破壊寿命との関係を示す
特性曲線と、前記計測したスポット数または当該スポット数の関数とに基づいて、前記評
価対象物の破壊寿命を判定することを特徴とする請求項１記載の破壊寿命評価装置。
【請求項３】
前記破壊寿命判定手段は、前記回折パターンの回折強度分布に基づいて前記評価対象物
の残留応力を計測し、前記スポット数の計測結果から得られた破壊寿命の判定結果と、前
記残留応力の計測結果とに基づいて最終的な破壊寿命の判定を行うことを特徴とする請求
項２記載の破壊寿命評価装置。
【請求項４】
前記評価対象物が高Ｃｒ系材料の配管であると共に、前記検査領域が前記配管の母材と
溶接継手部との溶接部分の溶接熱影響部において微細結晶粒からなる細粒域に設定された
場合、前記Ｘ線のビーム径を５０μｍ〜１ｍｍの範囲内に設定することを特徴とする請求
項１〜３のいずれか一項に記載の破壊寿命評価装置。
【請求項５】
評価対象物の表面に設定された検査領域に対してＸ線を照射するＸ線照射工程と、
前記Ｘ線が前記検査領域に照射されることによって生じる回折Ｘ線の回折パターンの回折強度分布を２次元検出する回折Ｘ線検出工程と、
前記回折パターンの回折強度分布に基づいて前記評価対象物の破壊寿命を判定する破壊寿命判定工程と、
を有することを特徴とする破壊寿命評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破壊寿命評価装置及び破壊寿命評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラー管やガスタービンエンジンの動翼等、高温・高応力に曝される金属部品には、経年劣化による疲労破壊やクリープ破壊等が生じる恐れがある。従って、このような金属部品の破壊寿命を正確且つ定量的に予測することは、当該金属部品の検査や交換等の時期を計画する上で非常に重要である。
【０００３】
従来では、クリープ破壊寿命を定量的に評価する方法として、所定の使用時間の経過毎に、金属部品の表面組織のレプリカを採取し、当該表面組織の時間的変化を検査することで余寿命を予測する方法や、ラーソン・ミラー曲線に基づいてクリープ破壊寿命を予測し、上記金属部品の使用時間が予測されたクリープ破壊寿命に到達すると、金属部品の検査対象領域において発生した空孔（ボイド）の面積率の検査を行い、事前に実験より求めたボイド面積率と寿命消費率との関係を示す特性曲線に基づいて余寿命を予測する方法等が知られている。
【０００４】
しかしながら、例えば、改良９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼等の高Ｃｒ系耐熱鋼からなるボイラー管の場合、上記のようなクリープによる表面組織の変化が非常に微細であるため、レプリカを採取して表面組織の時間的変化を検査することができず、また、ボイドが表面には発生しないという問題があった。
【０００５】
このような問題に対して、例えば、下記特許文献１には、評価対象物である金属部品における検査対象領域から試料を採取し、この試料表面の結晶粒界分布をＥＢＳＰ（Electron Back Scatter Diffraction Pattern）法を用いて測定し、画像処理によって結晶粒界分布から平均結晶粒径を算出し、事前に求めておいた平均結晶粒径と評価対象物の破壊寿命との関係を示す特性曲線と、上記のように算出した平均結晶粒径とに基づいて評価対象物の破壊寿命を判定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２４８３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の技術ではＥＢＳＰ法を用いるため、評価対象物から採取した試料を真空チャンバ内にセットし、真空状態下で電子ビームを試料に照射する必要がある。つまり、評価対象物の寿命評価時期が到来する度に、評価対象物から試料を採取し、真空チャンバが設けられた寿命評価装置に試料を運び、試料をセットして真空引きを行うという一連の作業を行わなければならず、現場の作業者にとって大きな負担になると共に、寿命評価の判定結果を得るまでの時間が長くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、評価対象物の破壊寿命を評価するに当たって、現場の作業者の負担を軽減すると共に寿命評価時間の短縮を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、破壊寿命評価装置に係る第１の解決手段とし
て、評価対象物の表面に設定された検査領域に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線が前記検査領域に照射されることによって生じる回折Ｘ線の回折パターンの回折強度分布を２次元検出する２次元Ｘ線検出手段と、前記回折パターンの回折強度分布に基づいて前記評価対象物の破壊寿命を判定する破壊寿命判定手段と、前記破壊寿命判定手段による破壊寿命の判定結果を出力する出力手段と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、破壊寿命評価装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、
前記破壊寿命判定手段は、前記回折パターンに含まれるデバイシェラー環の回折強度分布において所定の閾値を越える回折強度を有するスポット数を計測し、予め設定された、前記スポット数または前記スポット数の関数と前記評価対象物の破壊寿命との関係を示す特性曲線と、前記計測したスポット数または当該スポット数の関数とに基づいて、前記評価対象物の破壊寿命を判定することを特徴とする。
【００１０】
また、破壊寿命評価装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、
前記破壊寿命判定手段は、前記回折パターンの回折強度分布に基づいて前記評価対象物の残留応力を計測し、前記スポット数の計測結果から得られた破壊寿命の判定結果と、前記残留応力の計測結果とに基づいて最終的な破壊寿命の判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、破壊寿命評価装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解
決手段において、前記評価対象物が高Ｃｒ系材料の配管であると共に、前記検査領域が前記配管の母材と溶接継手部との溶接部分の溶接熱影響部において微細結晶粒からなる細粒域に設定された場合、前記Ｘ線のビーム径を５０μｍ〜１ｍｍの範囲内に設定することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明では、破壊寿命評価方法に係る解決手段として、評価対象物の表面に設定された検査領域に対してＸ線を照射するＸ線照射工程と、前記Ｘ線が前記検査領域に照射されることによって生じる回折Ｘ線の回折パターンの回折強度分布を２次元検出する回折Ｘ線検出工程と、前記回折パターンの回折強度分布に基づいて前記評価対象物の破壊寿命を判定する破壊寿命判定工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、評価対象物の表面に設定された検査領域に対してＸ線を照射して生じる回折Ｘ線の回折パターンの回折強度分布に基づいて前記評価対象物の破壊寿命を判定するので、従来のＥＢＳＰ法を用いる場合のように評価対象物から採取した試料を真空チャンバ内にセットし、真空状態下で電子ビームを試料に照射する必要がない。従って、本発明によると、評価対象物の破壊寿命を評価するに当たって、現場の作業者の負担を軽減すると共に寿命評価時間の短縮を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る破壊寿命評価装置の構成概略図である。なお、本実施形態では、評価対象物が高Ｃｒ系耐熱鋼（例えば、改良９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼、２．２５Ｃｒ−Ｍｏ鋼、９Ｃｒ鋼、Ｍｏｄ.９Ｃｒ鋼、１２Ｃｒ鋼など）からなるボイラー管１００である場合の、破壊寿命評価装置を例示して説明する。
【００１５】
また、以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。このＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸はボイラー管１００の長軸方向に対して平行となるように設定され、Ｙ軸はＸ軸に直交するように設定され、Ｚ軸はＸＹ平面に直交するように設定されている。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る破壊寿命評価装置は、装置固定用治具１０、架台１１、ワークステージ１２、支持台１３、チルト角調整部１４、Ｘ線発生源１５、モノクロメータ１６、２次元Ｘ線検出器１７、位置決め用観察器１８、防爆用筐体１９、制御装置２０から構成されている。
【００１７】
装置固定用治具１０は、架台１１をＸ軸（つまりボイラー管１００の長軸方向）に対して平行となるようにボイラー管１００に固定するための治具である。架台１１は、装置固定用治具１０によってＸ軸に対して平行となるように支持された板状部材であり、後述するワークステージ１２、支持台１３、チルト角調整部１４、Ｘ線発生源１５、モノクロメータ１６、２次元Ｘ線検出器１７、位置決め用観察器１８、防爆用筐体１９の支持台としての役割を担う。なお、この架台１１の中央部には、後述するＸ線を通過させるための開口部１１ａが設けられている。
【００１８】
ワークステージ１２は、架台１１上においてボールネジまたはリニアガイド等のステージ移動機構（図示せず）によってＸＹＺ軸方向に移動可能に設置された板状部材であり、その中央部には、架台１１と同様にＸ線を通過させるための開口部１２ａが設けられている。なお、このワークステージ１２は、制御装置２０（詳細にはＣＰＵ２０ｂ）からＸＹＺ位置制御信号がステージ移動機構に出力されることにより、そのＸＹＺ軸方向の位置が制御される。
【００１９】
支持台１３は、チルト角調整部１４及びＸ線発生源１５をワークステージ１２上に固定するための支持部材である。チルト角調整部１４は、例えばサーボモータなどによりＸ線発生源１５をＹ軸回りに回動させ、Ｘ軸に対するＸ線の傾き（チルト角φ）を調整するためのものである。なお、このチルト角調整部１４は、制御装置２０（詳細にはＣＰＵ２０ｂ）からチルト角制御信号が入力されることにより、そのチルト角φが制御される。
【００２０】
Ｘ線発生源１５は、制御装置２０（詳細にはＣＰＵ２０ｂ）から入力されるＸ線照射制御信号に応じて所定のパワー及び波長を有するＸ線を発生する。モノクロメータ１６は、Ｘ線発生源１５によって発生したＸ線の集光及び単色化を行い、所定のビーム径を有するＸ線（単色Ｘ線）をボイラー管１００の検査領域３０に向けて照射する。これらＸ線発生源１５及びモノクロメータ１６は、本発明におけるＸ線照射手段を構成するものである。
２次元Ｘ線検出器１７は、ワークステージ１２上に固定されており、ボイラー管１００の検査領域３０にＸ線が照射されることによって生じる回折Ｘ線の回折パターンの回折強度分布を２次元検出し、当該検出した回折パターンの回折強度分布を表す回折強度分布信号
を制御装置２０（詳細にはＣＰＵ２０ｂ）に出力する。この２次元Ｘ線検出器１７は、本発明における２次元Ｘ線検出手段に相当する。
【００２１】
位置決め用観察器１８は、ワークステージ１２上のＺ軸上方に設置されており、ボイラー管１００表面の画像を撮像し、この画像を示す観察画像信号を制御装置２０（詳細にはＣＰＵ２０ｂ）に出力する。防爆用筐体１９は、ワークステージ１２、支持台１３、チルト角調整部１４、Ｘ線発生源１５、モノクロメータ１６、２次元Ｘ線検出器１７、位置決め用観察器１８を覆うように設置されており、Ｘ線が外部に漏れるのを防止するために鉛含有壁材から構成されている。
【００２２】
制御装置２０は、例えばＰＣ（Personal Computer）であり、操作入力部２０ａ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０ｂ、記憶部２０ｃ及び表示部２０ｄから構成されている。操作入力部２０ａは、例えばキーボードやマウス等であり、作業者による操作入力情報を示す操作入力信号をＣＰＵ２０ｂに出力する。
【００２３】
ＣＰＵ２０ｂは、上記操作入力部２０ａから入力される操作入力信号と、記憶部２０ｃに記憶されている破壊寿命評価プログラムとに基づいて、上述したＸＹＺ位置制御信号、チルト角制御信号及びＸ線照射制御信号を生成すると共に、上記の２次元Ｘ線検出器１７から得られる回折強度分布信号に所定の信号処理を施すことによりボイラー管１００の破壊寿命を判定する。また、このＣＰＵ２０ｂは、装置情報（ワークステージ１２のＸＹＺ座標やチルト角など）や、破壊寿命判定結果や、位置決め用観察器１８から得られる観察画像信号に応じた観察画像などを表示部２０ｄに表示させる。このＣＰＵ２０ｂは、本発明における破壊寿命判定手段に相当する。
【００２４】
記憶部２０ｃは、ＣＰＵ２０ｂで実行される破壊寿命評価プログラムやその他の各種データを記憶するメモリである。表示部２０ｄは、例えば液晶モニタであり、ＣＰＵ２０ｂによる制御の下、所定の画像を表示する。この表示部２０ｄは、本発明における出力手段に相当する。
【００２５】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る破壊寿命評価装置を用いた破壊寿命評価手順について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
まず、評価対象物であるボイラー管１００の表面に対し、Ｘ線を照射する前準備として紙やすりによる研磨または電解研磨等の平滑化処理を施す（ステップＳ１）。以下、この平滑化処理を施すボイラー管１００の部位について説明する。例えば、図３に示すように、高Ｃｒ系耐熱鋼からなるボイラー管１００に溶接を施した場合、母材１１０と溶接継手部１１１との溶接部分には、溶接熱影響部（ＨＡＺ：Heat Affected Zone）１１２が生じる。一般的に、クリープ破壊は、ＨＡＺ１１２内に形成される細粒域において発生することが知られている。このような細粒域は、焼きならしマルテンサイト結晶粒及び焼き戻しマルテンサイト結晶粒が混在し、微細な結晶構造となる領域であり、クリープボイドが発生しやすい。
【００２７】
図４（ａ）は、初期状態、つまり未使用のボイラー管１００のＨＡＺ１１２の細粒域における結晶粒界分布である。図４（ｂ）は、寿命消費率６０％、つまりクリープ破壊寿命の６０％に相当する使用時間経過後のボイラー管１００のＨＡＺ１１２の細粒域における結晶粒界分布である。図４（ｃ）は、寿命消費率１００％、つまりクリープ破壊後のボイラー管１００のＨＡＺ１１２の細粒域における結晶粒界分布データである。これらの図に示すように、クリープ環境下では、使用時間の経過と共に、細粒域の結晶粒は大きくなる。つまり、細粒域における微細結晶粒の成長（粗大化）とクリープ破壊寿命との間には、相関関係があることがわかる。図５は、実験によって得られた平均結晶粒径（結晶粒の大きさ）と寿命消費率（クリープ破壊寿命）との相関関係の一例である。
【００２８】
詳細は後述するが、本実施形態では、ＨＡＺ１１２の細粒域に検査領域３０を設定してＸ線を照射することにより、細粒域における微細結晶粒の粗大化傾向を計測してクリープ破壊寿命を判定するため、このＨＡＺ１１２の周辺に平滑化処理を施せば良い。
【００２９】
ところで、一般的に、ＨＡＺ１１２内には細粒域の他に粗大な結晶構造となる粗粒域が含まれているので、Ｘ線を正確に細粒域に照射するためには、ＨＡＺ１１２内の細粒域と粗粒域とを判別する必要がある。そこで、本実施形態では、図６に示すような、母材１１０、溶接継手部１１１及びＨＡＺ１１２のＸ軸方向に対する位置とビッカース硬さとの関係を示す硬さプロファイルを測定することにより、ＨＡＺ１１２内の細粒域と粗粒域とを判別し、細粒域にＸ線を照射する検査領域３０を設定する（ステップＳ２）。なお、このような硬さプロファイルの測定は、ＨＡＺ１１２からレプリカを採取して行えば良い。
【００３０】
上記のようにＸ線を照射する検査領域３０を設定した後、図１に示すように、装置固定用治具１０によって架台１１、ワークステージ１２、支持台１３、チルト角調整部１４、Ｘ線発生源１５、モノクロメータ１６、２次元Ｘ線検出器１７、位置決め用観察器１８、防爆用筐体１９からなるＸ線計測体をボイラー管１００に固定する（ステップＳ３）。この時、架台１１の開口部１１ａとワークステージ１２の開口部１２ａとがボイラー管１００の検査領域３０上に配置されるようにＸ線計測体を固定する。
【００３１】
続いて、Ｘ線照射位置の位置決めを行う（ステップＳ４）。制御装置２０を起動すると、位置決め用観察器１８によって撮像されたボイラー管１００の表面の観察画像が表示部２０ｄに表示される。この観察画像にはＸ線照射位置がレーザマークによって表示されているので、この観察画像を確認しながらＸ線照射位置が検査領域３０に含まれるように、操作入力部２０ａを操作してワークステージ１２のＸＹ座標を調整する。また、観察画像のフォーカスが合っていない場合等、必要に応じてワークステージ１２のＺ座標も調整する。
【００３２】
そして、Ｘ線照射位置の位置決め後、操作入力部２０ａを操作してＸ線の照射を開始する（ステップＳ５）。具体的には、操作入力部２０ａの操作によってＸ線照射開始を指示する操作入力信号が発生すると、制御装置２０のＣＰＵ２０ｂによる制御の下、Ｘ線発生源１５によって発生したＸ線はモノクロメータ１６を介して所定のビーム径を有する単色Ｘ線に変換され、ボイラー管１００の検査領域３０におけるＸ線照射位置に照射される。
【００３３】
ここで、ある方向から特定の波長のＸ線を検査領域３０（つまりＨＡＺ１１２内の細粒域）の表面に照射すると、Ｘ線は細粒域における結晶の各格子面によって散乱する。 波長λの入射Ｘ線と結晶格子面との角度をθ、その格子面間距離をｄ、ｎを正の整数とすると、２ｄ・ｓｉｎθ＝ ｎ・ λの関係が成立する場合、隣接する格子面からの散乱Ｘ線の位相が等しくなり、角度θの方向に強い回折現象が発生する（ブラッグ反射）。このとき、Ｘ線が照射される材料が本実施形態のボイラー管１００におけるＨＡＺ１１２内の細粒域のように、多数の微細結晶粒で構成され、さらにそれぞれの結晶方向の向きがランダムであれば、上式を満足する回折Ｘ線は散乱角２θを頂角とする円錐状に反射される。このとき、２次元Ｘ線検出器１７によって回折Ｘ線を２次元検出することにより、図７に示すようなデバイシェラー環と呼ばれる回折パターンの回折強度分布が得られる。以下、このデバイシェラー環をデバイリングと称す。
【００３４】
ＣＰＵ２０ｂは、上記のように２次元Ｘ線検出器１７から得られるデバイリングの回折強度分布信号を基にボイラー管１００のクリープ破壊寿命の判定を行う（ステップＳ６）。以下、このデバイリングの回折強度分布を基にしたクリープ破壊寿命の判定原理について説明する。
【００３５】
図８（ａ）は、図４（ａ）に示すように、ＨＡＺ１１２内の細粒域において多数の微細結晶粒が存在する場合に得られるデバイリングの一例である。一方、図８（ｂ）は、図４（ｂ）に示すように、ＨＡＺ１１２内の細粒域において粗大化した結晶粒が存在する場合に得られるデバイリングの一例である。これらの図からわかるように、細粒域において粗大結晶粒が存在すると、ある特定の角度２θに対応するデバイリングにスポットと呼ばれる回折強度の高い点が現れる。すなわち、デバイリングに生じるスポット数と、クリープ破壊寿命とは相関関係にあり、デバイリングに生ずるスポット数からクリープ破壊寿命を判定することができる。
【００３６】
なお、デバイリングの回折強度は、Ｘ線のビーム径に大きく依存する。従って、Ｘ線のビーム径の選定を誤ると、デバイリングに存在するスポットを正確に抽出することができなくなり寿命評価精度が低下してしまう（つまり微細結晶粒の粗大化傾向を計測できなくなる）。例えば、本実施形態のように高Ｃｒ系耐熱鋼を材料とするボイラー管１００の寿命評価を行う場合には、Ｘ線のビーム径を５０μｍ〜１ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。これは、Ｘ線のビーム径が５０μｍ以下ではＸ線の照射領域に含まれる結晶粒の個数が少なく、Ｘ線のビーム径が１ｍｍ以上ではＸ線の照射領域に含まれる結晶粒の個数が多すぎるためである。
このようにＸ線のビーム径を設定することにより、ボイラー管１００のＨＡＺ１１２内の細粒域における微細結晶粒の粗大化傾向を計測することができる。勿論、Ｘ線のビーム径は、評価対象物の材料に応じて適宜変更しても良い。
【００３７】
上述した原理に基づき、ＣＰＵ２０ｂは、デバイリングの回折強度分布信号を基に、図８に示すχ軸方向に沿って（つまりデバイリングに沿って）デバイリングの回折強度と、予め設定していたスポットとして認識するための閾値（以下、スポット認識閾値と称す）とを比較し、スポット認識閾値を越えた回折強度を有するスポット数を計測する。図９（ａ）は、図８（ａ）に示すように、ＨＡＺ１１２内の細粒域において多数の微細結晶粒が存在する場合、つまりクリープ破壊が進行していない場合の、χ軸方向に沿ったデバイリングの回折強度分布とスポット認識閾値との関係を示すものである。この図９（ａ）に示すように、クリープ破壊が進行していない場合は、デバイリング上にスポット認識閾値より大きな回折強度となるスポットが存在しないため、スポット数の計測結果は「０」となる。一方、図９（ｂ）は、図８（ｂ）に示すように、ＨＡＺ１１２内の細粒域において粗大結晶粒が存在する場合、つまりクリープ破壊が進行している場合の、χ軸方向に沿ったデバイリングの回折強度分布とスポット認識閾値との関係を示すものである。この図９（ｂ）に示すように、クリープ破壊が進行している場合は、デバイリング上にスポット認識閾値より大きな回折強度となるスポットが２点存在するため、スポット数の計測結果は「２」となる。
【００３８】
そして、ＣＰＵ２０ｂは、上述したスポット数の計測結果ηと、予め実験によって求めておいた、スポット数の計測結果ηと損傷度（寿命消費率）との関係を示す特性曲線（以下、余寿命曲線と称す）とに基づいて、クリープ破壊寿命を判定し、その判定結果を表示部２０ｄに表示させる（ステップＳ７）。図１０は、上記の余寿命曲線の一例である。この図１０に示すように、ＣＰＵ２０ｂは、例えばスポット数の計測結果ηが「２」以上になった場合に損傷度１００％、つまりボイラー管１００の交換時期であると判定して、その判定結果を表示部２０ｄに表示させる。または、ＣＰＵ２０ｂは、例えばスポット数の計測結果ηが「１」以上になった場合に損傷度９０％、つまり交換には至らないが要注意であると判定して、その判定結果を表示部２０ｄに表示させる。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係る破壊寿命評価装置によれば、ボイラー管１００の表面に設定された検査領域３０に対してＸ線を照射して生じる回折Ｘ線の回折パターン（デバイリング）の回折強度分布に基づいてボイラー管１００のクリープ破壊寿命を判定することができるので、従来のＥＢＳＰ法を用いる場合のようにボイラー管１００から採取した試料を真空チャンバ内にセットし、真空状態下で電子ビームを試料に照射する必要がなく、現場の作業者の負担を軽減すると共に寿命評価時間の短縮を図ることが可能である。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
【００４１】
（１）上記実施形態では、回折Ｘ線の回折パターン（デバイリング）の回折強度分布を基にデバイリングに存在するスポット数を計測し、このスポット数の計測結果と余寿命曲線とに基づいてクリープ破壊寿命を判定したが、これに限らず、デバイリングの回折強度分布からボイラー管１００の残留応力を計測して、この残留応力の計測結果と、スポット数から求めた寿命判定結果とに基づいて最終的な破壊寿命の判定を行っても良い。結晶粒が異常に粗大化した細粒域ではクリープボイドも確実に生成されるため、残留応力は変化する。つまり、この残留応力の変化を調査することにより、細粒域における微細結晶粒の粗大化傾向を把握することができる。従って、スポット数と残留応力との両者を加味して破壊寿命判定を行うことにより、寿命判定精度の向上を図ることができる。なお、Ｘ線による残留応力計測方法は公知技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００４２】
（２）上記実施形態では、スポット数の計測結果を基に破壊寿命判定を行ったが、スポット数の関数を基に破壊寿命を判定しても良い。この場合、余寿命曲線を、スポット数の関数と損傷度（寿命消費率）との関係を示す特性曲線とすれば良い。
【００４３】
（３）上記実施形態では、検査領域３０内の１箇所にＸ線を照射した場合を説明したが、例えばワークステージ１２を所定のピッチでＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させて複数箇所にＸ線を照射し、それぞれで得られるデバイリングの回折強度分布を基にスポット数を計測し、この計測結果の平均値を用いてクリープ破壊寿命を判定するようにしても良い。
または、それぞれのスポット数の内、最も多いスポット数を用いてクリープ破壊寿命を判定するようにしても良い。
【００４４】
（４）上記実施形態では、評価対象物として、高Ｃｒ系耐熱鋼を材料とするボイラー管１００を例示して説明したが、評価対象物はこれに限定されず、他の高Ｃｒ系材料からなる金属部品であれば本発明は適用可能である。また、高Ｃｒ系材料以外であっても、微細な組織構造をとり、且つクリープ破壊の進行に応じて結晶粒の粗大化傾向があるような材料であれば、本発明は適用可能である。
【００４５】
（５）上記実施形態では、クリープに起因する破壊寿命を判定する場合について説明したが、使用時間の経過と共に結晶粒が粗大化するような特徴を有する破壊原因であれば、本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る破壊寿命評価装置の構成概略図である。
【図２】本発明の一実施形態係る破壊寿命評価手順を示すフローチャート図である。
【図３】検査領域３０として設定する、ボイラー管１００のＨＡＺ１１２を示す模式図である。
【図４】ボイラー管１００のＨＡＺ１１２の細粒域における微細結晶粒の粗大化傾向を示す模式図である。
【図５】平均結晶粒径（結晶粒の大きさ）と寿命消費率（クリープ破壊寿命）との相関関係の一例である。
【図６】ＨＡＺ１１２において計測した硬さプロファイルの一例である。
【図７】回折Ｘ線の回折パターン（デバイリング）の回折強度分布を示す模式図である。
【図８】本実施形態におけるクリープ破壊寿命の判定原理に関する第１説明図である。
【図９】本実施形態におけるクリープ破壊寿命の判定原理に関する第２説明図である。
【図１０】本実施形態におけるクリープ破壊寿命の判定原理に関する第３説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…装置固定用治具、１１…架台、１２…ワークステージ、１３…支持台、１４…チルト角調整部、１５…Ｘ線発生源、１６…モノクロメータ、１７…２次元Ｘ線検出器、１８…位置決め用観察器、１９…防爆用筐体、２０…制御装置、２０ａ…操作入力部、２０ｂ…ＣＰＵ、２０ｃ…記憶部、２０ｄ…表示部
【図１】
2009156584.tif 000003
【図２】
2009156584.tif 000004
【図３】
2009156584.tif 000005
【図４】
2009156584.tif 000006
【図５】
2009156584.tif 000007
【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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