特許 6913525 クリープ損傷評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6913525

(24)【登録日】2021年7月14日

(45)【発行日】2021年8月4日

(54)【発明の名称】クリープ損傷評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20210727BHJP

   G01N 3/32 20060101ALI20210727BHJP

【ＦＩ】

   G01N17/00

   G01N3/32 E

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-117335(P2017-117335)

(22)【出願日】2017年6月15日

(65)【公開番号】特開2019-2786(P2019-2786A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2020年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000233044

【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】鶴来 昌樹

【審査官】 外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−２４８８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３２４０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０６９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０７０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３２９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８３９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００６２３９７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １７／００

Ｇ０１Ｎ ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

予め試験により作成した非破壊検査の物性値と、クリープ損傷率との関係を示すマスターカーブを用いて、配管の所望の部位のクリープ損傷率を求めるクリープ損傷評価法において、
配管の溶接の熱影響部の非破壊検査結果から、前記熱影響部のボイド面積率法のマスターカーブを用いて前記熱影響部の仮のクリープ損傷率の下限と上限を特定し、
前記熱影響部の仮のクリープ損傷率の下限および上限から、クリープ損傷率の定義と機器の実使用時間とに従って、前記熱影響部のクリープ寿命である仮の破断時間の上限および下限を特定し、
前記熱影響部の仮の破断時間の上限および下限から、ラーソンミラーパラメータの定義と機器の実使用時間に従って、ラーソンミラーパラメータの上限および下限を特定し、
前記熱影響部のラーソンミラーパラメータの上限および下限から、クリープ破断曲線を用いて前記熱影響部の第一の仮のクリープ破断応力の上限および下限を特定し、
前記熱影響部に隣接する領域の配管の母材の非破壊検査結果から、母材の結晶粒変形係数法のマスターカーブを用いて前記母材の仮のクリープ損傷率の下限と上限を特定し、
前記母材の仮のクリープ損傷率の下限および上限から、クリープ損傷率の定義と機器の実使用時間に従って、前記母材のクリープ寿命である仮の破断時間の上限および下限を特定し、
前記母材の仮の破断時間の上限および下限から、ラーソンミラーパラメータの定義と機器の実使用時間に従って、ラーソンミラーパラメータの上限および下限を特定し、
前記母材のラーソンミラーパラメータの上限および下限から、クリープ破断曲線を用いて前記母材の第二の仮のクリープ破断応力の上限および下限を特定し、
前記母材の第二の仮のクリープ破断応力の上限および下限により定められる前記母材のクリープ破断応力範囲と、前記熱影響部の第一の仮のクリープ破断応力の上限および下限により定められる前記熱影響部のクリープ破断応力範囲と、に重複する範囲があるかどうかを判定し、
前記母材の第二の仮のクリープ破断応力と前記熱影響部の第一の仮のクリープ破断応力の範囲とに重複がある場合には、前記母材と前記熱影響部とで重複したクリープ破断応力の範囲の下限と上限を特定し、
前記重複したクリープ破断応力範囲の下限および上限から、前記母材のクリープ破断曲線を用いて、前記母材の新しいラーソンミラーパラメータの上限および下限を求め、
前記重複したクリープ破断応力範囲の下限および上限から、前記熱影響部のクリープ破断曲線を用いて、前記熱影響部の新しいラーソンミラーパラメータの上限および下限を求め、
前記母材の新しいラーソンミラーパラメータの上限および下限から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、前記母材の新しい真の破断時間の上限および下限を求め、
前記熱影響部の新しいラーソンミラーパラメータの上限および下限から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、前記熱影響部の新しい真の破断時間の上限および下限を求め、
前記母材の真の破断時間と前記熱影響部の真の破断時間とで重複した真の破断時間の下限と上限に基づき、クリープ損傷率を算出する、
ことを特徴とするクリープ損傷評価法。

【請求項2】

予め試験により作成した非破壊検査の物性値と、クリープ損傷率との関係を示すマスターカーブを用いて、配管の所望の部位のクリープ損傷率を求めるクリープ損傷評価法において、
配管の溶接の熱影響部の非破壊検査結果から、前記熱影響部のボイド面積率法のマスターカーブを用いて前記熱影響部の仮のクリープ損傷率の下限と上限を特定し、
前記熱影響部の仮のクリープ損傷率の下限および上限から、クリープ損傷率の定義と機器の実使用時間とに従って、前記熱影響部のクリープ寿命である仮の破断時間の上限および下限を特定し、
前記熱影響部のクリープ破断曲線を用いて使用応力を破断応力とする前記熱影響部のラーソンミラーパラメータを特定し、
前記熱影響部のラーソンミラーパラメータと前記熱影響部の仮の破断時間の上限と下限から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、前記熱影響部の第一の仮のクリープ破断温度の下限および上限を特定し、
前記熱影響部に隣接する領域の配管の母材の非破壊検査結果から、母材の結晶粒変形係数法のマスターカーブを用いて前記母材の仮のクリープ損傷率の下限と上限を特定し、
前記母材の仮のクリープ損傷率の下限および上限から、クリープ損傷率の定義と機器の実使用時間に従って、前記母材のクリープ寿命である仮の破断時間の上限および下限を特定し、
前記母材のクリープ破断曲線を用いて破断応力とする母材のラーソンミラーパラメータを求め、
前記母材のラーソンミラーパラメータと前記母材の破断時間の上限と下限から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、前記母材の第二の仮のクリープ破断温度の下限および上限を特定し、
前記母材の第二の仮のクリープ破断温度の下限と上限により定められる母材のクリープ破断温度範囲と、前記熱影響部のクリープ破断温度の下限および上限により定められる前記熱影響部のクリープ破断温度範囲と、に重複する範囲があるかどうかを判定し、
前記母材の第二の仮のクリープ破断温度範囲と前記熱影響部の第一の仮のクリープ破断温度範囲とに重複がある場合には、重複したクリープ破断温度範囲の下限と上限を特定し、
重複したクリープ破断温度範囲の下限と上限と、使用応力とクリープ破断曲線から求めた前記母材の新しいラーソンミラーパラメータとから、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、前記母材の真の破断時間の上限と下限を特定し、
重複したクリープ破断温度範囲の下限と上限と、使用応力とクリープ破断曲線から求めた前記熱影響部の新しいラーソンミラーパラメータとから、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、前記熱影響部の真の破断時間の上限と下限を特定し、
前記母材の真の破断時間の上限と下限と、前記熱影響部の真の破断時間の上限と下限とに基づきクリープ損傷率を算出する、
ことを特徴とするクリープ損傷評価法。

【請求項3】

請求項１または２に記載されたクリープ損傷評価法において、前記非破壊検査の物性値として、ボイド面積率、結晶粒変形係数、電気抵抗値、硬度、の少なくともいずれかの物性値を使用することを特徴とするクリープ損傷評価法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クリープ損傷評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に発電プラントや化学プラントにおいては、高温で長時間使用する機器（以下、高温機器と称す）が多数存在する。

【0003】

長期運転する高温機器の損傷は逐次変化する運転条件や負荷条件による損傷の累積となる。また、機器を構成する材料の特性のばらつき、特にクリープ特性などの影響は、初期には小さな差であっても、長期間経過することで大きな差となる。従って、高温機器の損傷を予め予測することは容易ではない。

【0004】

機器のクリープ損傷から余寿命を推定する手法として、各種提案されている。特許文献１には、単位面積当たりのクリープボイドより、最大ボイド粒界占有率法を用いてクリープ損傷を評価して寿命を予知する技術について記載されている。特許文献２には、超音波を用いてクリープ損傷と余寿命を推定する技術が記載されている。

【0005】

一方、材料特性のばらつきを考慮した評価の方法として、特許文献３では、材料強度特性のばらつきを確率論的に評価する方法が記載されている。非特許文献１には、２．２５Ｃｒ-１Ｍｏ鋼の溶接部のキャビティ面積率とクリープ損傷率の関係を示すマスターカーブの例が記載されている。マスターカーブを作製する際に用いた試験結果の９９％信頼性区間の上限と下限では、クリープ損傷率で約０．２の差が生じている。非特許文献２では、クリープ破断強度が応力とラーソンミラーパラメータの関係で記載されている。特に高応力側でばらつきが大きいことが分かる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０００−２５８３０６号公報

【特許文献2】特開平４−１７７１５８号公報

【特許文献3】特開平４−２５２９３３号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】西田秀高他『ボイラ溶接部のクリープボイド発生・成長挙動に基づく余寿命評価の高精度化』日本機械学会論文集（A編）Vol.66, No.649, pp1675-1665, Sep. 2000

【非特許文献2】Shimpei FUJIBAYASHI, et.al., Hardness Based Creep Life Prediction for 2.25Cr-1Mo Superheater Tube in a Boiler, ISIJ International, Vol. 46(2006), No. 2, pp.325-334

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

長期間使用する機器では材料特性等の差が累積して、最終的には大きな損傷あるいは寿命の差となる。従って、損傷を過大あるいは過小評価にならずに適正な損傷評価を実現するには評価対象個々の部材の実際の材料特性で評価することが望ましい。しかし、評価対象個々の部材のあらゆる材料特性を取得することは、技術・時間・コストの面で現実的ではない。従って、効率的に評価対象個々の材料特性を考慮しながら損傷評価する技術が求められている。使用中の機器の部材のクリープ損傷を、予め試験等により作成したそれぞれの評価線図（マスターカーブ）を用いて評価するマスターカーブ法の課題の１つとして、マスターカーブを作成するための試験結果のばらつきがあげられる。

【0009】

特許文献１、２の部材の微視的組織の変化を用いる評価技術の何れにも材料特性のばらつきは考慮されていない。従って、安全側の評価をするにはマスターカーブは材料特性のばらつきの下限（最大限度）を用いることになる。しかし、そのような運用をした場合には、個々の部材には過大に損傷を評価することになる。

【0010】

一方、材料の特性のばらつきを特許文献３のように定量的に考慮する場合にも、材料強度特性のばらつきを確率論的に評価するため、安全側に評価しようとすると、過大に損傷を評価することとなる。

【0011】

本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、高精度に供用中の機器の余寿命を評価できるクリープ損傷評価方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記、課題を解決するため、本発明のクリープ損傷評価方法は、配管の溶接熱影響部とそれに近接する母材における発生応力・温度が等しいことを利用して、非破壊検査によるクリープ損傷評価結果から、真のクリープ損傷を推定している。

【0013】

具体的には、予め試験により作成した非破壊検査の物性値と、クリープ損傷率との関係を示すマスターカーブを用いて、配管の所望の部位のクリープ損傷率を求めるクリープ損傷評価法において、
配管の溶接の熱影響部の非破壊検査結果と、熱影響部のマスターカーブとを用いて熱影響部の仮のクリープ損傷率を特定し、前記熱影響部の仮のクリープ損傷率と実使用時間とから、熱影響部の仮の破断時間を特定し、前記熱影響部の仮の破断時間より、第一の仮のクリープ破断応力を特定し、
前記熱影響部に隣接する領域の母材の非破壊検査結果より、母材のマスターカーブを用いて母材の仮のクリープ損傷率を特定し、前記母材の仮のクリープ損傷率と実使用時間とから、母材の仮の破断時間を特定し、前記母材の仮の破断時間より、第二の仮のクリープ破断応力を特定し、
前記第一及び第二の仮のクリープ破断応力より、真の破断応力を特定し、
前記真の破断応力より、熱影響部の真の破断時間及び母材の真の破断時間を特定し、
前記真の破断時間に基づきクリープ損傷を評価することを特徴とする、クリープ損傷評価法である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、高精度に機器のクリープ損傷による余寿命を評価できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施例１の前半の処理フロー図。

【図2】実施例１の後半の処理フロー図（図１の続き）。

【図3】配管の溶接部近傍の模式図。

【図4】熱影響部の評価パラメータとクリープ損傷率の関係を示すマスターカーブの例。

【図5】実施例１で用いる母材の評価パラメータとクリープ損傷率の関係を示すマスターカーブの例。

【図6】母材のクリープ破断曲線を用いてラーソンミラーパラメータの上限および下限から、クリープ破断応力の上限および下限の求め方の模式図。

【図7】熱影響部のクリープ破断曲線を用いてラーソンミラーパラメータの上限および下限から、クリープ破断応力の上限および下限を求める求め方の模式図。

【図8】母材のクリープ破断応力の上限および下限および熱影響部のクリープ破断応力の上限および下限の重複を模式的に示した図。

【図9】母材のクリープ破断応力の上限および下限および熱影響部のクリープ破断応力の上限および下限の重複を示す模式図。

【図10】新たに定められたクリープ破断応力の上限および下限と母材のクリープ破断曲線から、新しいラーソンミラーパラメータの上限および下限の求め方を示す模式図。

【図11】実施例２の前半の処理フロー図。

【図12】実施例２の後半の処理フロー図（図１１の続き）。

【図13】母材および熱影響部のクリープ破断曲線と使用応力から、それぞれのラーソンミラーパラメータの求め方を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

高温機器の健全性評価には温度変化や、該温度変化の際の部材内の温度分布による熱応力が繰返し加わることを考慮する必要がある。そのため、クリープやクリープ疲労などの高温で特徴的な損傷モードに対する評価が重要となる。これら高温機器を構成する部材には起動停止や負荷変動などの非定常運転により繰り返し負荷がかかる場合には、結晶粒内の転位すなわち微視的レベルでの結晶粒のすべりが発生、増加してすべり帯を形成する。さらに、繰り返し負荷がかかる場合にすべり帯が発達して結晶粒程度の微小き裂となる。

【0017】

一方、定常運転では、クリープにより結晶粒界に現れる空洞のボイドや微小き裂といった微視的な損傷が発生し、成長し、ボイドや微小き裂が結合して粒界程度のき裂に成長する。例えば、ステンレス鋼などの場合、６００℃以上の高温ではクリープにより結晶粒内の転位が発生し、成長する転位クリープが支配的であるが、６００℃以下では析出物やクリープボイドが発生し、成長する拡散クリープが支配的となる。さらに、損傷が蓄積すると、これらのき裂がさらに成長して最終的に致命的な破損に至ると考えられている。

【0018】

したがって、ボイドや微小き裂といった微視的な損傷の発生や、その後の成長が機器の健全性を支配すると考えられる。クリープ特性などの材料特性のばらつきの影響なども考慮して、運用中の機器の部材の現在の損傷状態を評価する技術が求められている。

【0019】

高温機器の健全性評価として、補修や交換の時期を予知するために余寿命を評価することが良く用いられる。主に、クリープによる損傷が支配的な機器の場合、使用中の機器の部材のクリープ損傷を評価し，そのクリープ損傷から余寿命を推定することが一般的である。

【0020】

使用中の機器の部材のクリープ損傷を評価する技術としては、部材表面のレプリカを採取し、クリープボイドや析出物などの部材の微視的組織の変化からクリープ損傷を評価するレプリカ法や超音波を用いる超音波法あるいは電気抵抗の変化により評価する電気抵抗法などが用いられている。何れの技術も、予め試験により、例えば単位面積当たりのクリープボイドの面積（ボイド面積率）や電気抵抗などの測定するパラメータとクリープ損傷との関係を求めた評価線図（マスターカーブ）を作成し、使用中に測定した結果から当該評価線図を用いてクリープ損傷を評価するマスターカーブ法と呼ばれる手法である。

【0021】

図４に、評価パラメータとクリープ損傷率の関係を示すマスターカーブの例を示す。一般的なマスターカーブ法では、クリープ損傷をクリープ損傷率あるいは寿命比で表わしている。様々な試験条件、試験時間で、クリープ損傷率と評価パラメータの関係を求める。しかし、この試験結果にはばらつきが存在しているため、図４では最小二乗近似曲線を求め、マスターカーブとした。

【0022】

マスターカーブを作成するため、試験体に、一定試験温度、一定荷重を負荷して、任意の試験時間保持するクリープ試験を実施し、当該試験体を用いて評価パラメータの測定を行う。

【0023】

評価パラメータとしては、（１）レプリカ法、（２）物理的検査法、（３）硬さ測定法等でそれぞれ数値化したものが適用可能である。

【0024】

（１）レプリカ法は、機器材料の複製を評価する。レプリカ法としては、組織対比法、ボイド面積率法、結晶粒変形係数法、Ａパラメータ法等がある。

【0025】

組織対比法はデータベースにある予め取得した組織と実際の機器の組織をボイドの発生、析出物等で対比する。
ボイド面積率法は、ボイドがある面積率で評価する。ＳＥＭ、光学顕微鏡等により、観察視野の面積とその視野内で観察されたボイドの面積の比を特定する。単位は無次元あるいは％である。
結晶粒変形係数法は、結晶粒の変形を損傷率との関係で定量化して表す。ＳＥＭや光学顕微鏡による観察視野内の結晶の最大径の方向と、その視野に負荷された応力の方向とのなす角度のヒストグラムを正規分布と仮定して求めた標準偏差であり、単位は無次元である。Ａパラメータ法は、ある線上における観察粒界数に対するボイドがある粒界数の比で表す。

【0026】

（２）物理的検査法は、非破壊で物理的性質の変化を検査する方法である。物理的検査法は、超音波法、電磁超音波共鳴法、電気抵抗法等がある。

【0027】

超音波法は、圧電素子を機器に接触させて超音波を発生させ、反射波を測定する。電磁超音波共鳴法は、機器に非接触で電磁超音波を発生させ、共鳴波をセンシングする。電気抵抗法は、機器材料の経時変化を供試体の２点間に電圧を印加した時の電気抵抗値（単位はΩ）で測定する。

【0028】

（３）硬さ測定法
硬さ測定法は、ビッカース硬さやロックウェル硬さなどの材料の硬さにより、例えば、ビッカース硬度計で機器材料の硬度（単位はＨＶ）を測定し、硬度の変化で機器材料の変化を評価する。

【0029】

図４は、レプリカ法のボイド面積率を評価パラメータとしたマスターカーブの例を模式的に示す図である。平均的近似曲線であるマスターカーブ３０１に対して，９９％信頼性区間の下限３０２と上限３０３を１点破線で示している。９９％信頼性区間の下限３０２と上限３０３では、同じボイド面積率０．０４に対し、クリープ損傷率で約０．２の差が生じる。

【0030】

この結果を用い、余寿命の診断を行うが、近接する溶接部と母材では、負荷された温度および応力が同じであっても、それぞれの非破壊検査から推定される破断応力は一致しない。従って、それぞれで特定される破断応力範囲より、真の破断応力範囲及び破断時間範囲を推定することにより、クリープ損傷評価、余寿命の評価精度を向上できる。

【0031】

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

【実施例1】

【0032】

図１および図２に、クリープ損傷の評価に係る処理フローの実施例、図３に、対象となる配管の溶接部近傍の断面を模式的に示す。

【0033】

配管の母材２０１を溶接金属２０２で溶接すると、母材２０１と溶接金属２０２との境界には母材が溶接時の熱により材料特性が母材とは異なる熱影響部２０３が生じる。一般的には熱影響部は母材よりもクリープ強度が低下すると言われている。これらは、配管の局所的な範囲に存在するため、実使用時には、これらの領域では同じ応力および温度が負荷される。

【0034】

本実施例では、評価パラメータとして母材ではレプリカ法の結晶粒径変形係数、熱影響部では同じくレプリカ法であっても、異なる指標であるボイド面積率を用いている。

【0035】

まず，最初のステップ１０２では、母材の非破壊検査結果（本実施例では結晶粒変形係数）から、図５に示す母材の結晶粒変形係数法のマスターカーブを用いてクリープ損傷率を求める。図５では、実線４０１が平均的近似曲線であり，１点破線４０２および４０３がそれぞれ９９％信頼性区間の上限および下限を示している。この９９％信頼性区間の上限および下限を用いて、検査結果から、クリープ損傷率の推定される下限Φ_b1および上限Φ_b2を求める。

【0036】

次にステップ１０３では、熱影響部の非破壊検査結果（本実施例では結晶粒変形係数）から、図４に示す熱影響部のボイド面積率法のマスターカーブを用いてクリープ損傷率を求める。検査の結果得られたボイド面積率Ａから、図４の９９％信頼性区間の上限および下限を用いて、クリープ損傷率の下限Φ_w1および上限Φ_w2を求める。

【0037】

次にステップ１０４で、母材のクリープ損傷率の下限Φ_b1および上限Φ_b2から、クリープ損傷率の定義に従って、以下の式により破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ_ｂ１および下限ｔ_ｂ２を求める。ここでｔは、機器の使用時間である。

【0038】

ｔ_ｂ１ = t / Φ_b1 式（１）

【0039】

ｔ_ｂ２ = t / Φ_b2 式（２）
次にステップ１０５では、熱影響部のクリープ損傷率の下限Φ_w1および上限Φ_w2から、クリープ損傷率の定義に従って、以下の式により破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ_ｗ１および下限ｔ_ｗ２を求める。ここでｔは、機器の使用時間である。

【0040】

ｔ_ｗ１ = t / Φ_w1 式（３）

【0041】

ｔ_ｗ２ = t / Φ_w2 式（４）
次にステップ１０６では、母材の破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ_ｂ１および下限ｔ_ｂ２から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、以下の式により、ラーソンミラーパラメータの上限Ｐ_ｂ１および下限Ｐ_ｂ２を求める。ここで、Ｔは機器の使用温度、Ｃは材料ごとに定まる定数である。

【0042】

Ｐ_ｂ１ = {log(t_b1)+C} × T 式（５）

【0043】

Ｐ_ｂ２ = {log(t_b2)+C} × T 式（６）
次にステップ１０７では、熱影響部の破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ_ｗ１および下限ｔ_ｗ２から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、以下の式により、ラーソンミラーパラメータの上限Ｐ_ｗ１および下限Ｐ_ｗ２を求める。

【0044】

Ｐ_ｗ１ = {log(t_w1)+C} × T 式（７）

【0045】

Ｐ_ｗ２ = {log(t_w2)+C} × T 式（８）
次にステップ１０８では、母材のラーソンミラーパラメータの上限Ｐ_ｂ１および下限Ｐ_ｂ２から、図６に模式的に示すように、クリープ破断曲線を用いてクリープ破断応力の上限σ_ｂ２および下限σ_ｂ１を求める。図６では、横軸がラーソンミラーパラメータ、縦軸がクリープ破断応力である。また、実線６０１は母材のクリープ破断曲線、破線６０２は熱影響部のクリープ破断曲線である。

【0046】

次にステップ１０９では、熱影響部のラーソンミラーパラメータの上限Ｐ_ｗ１および下限Ｐ_ｗ２から、図７に模式的に示すように、クリープ破断曲線を用いてクリープ破断応力の上限σ_ｗ２および下限σ_ｗ１を求める。

【0047】

熱影響部とその近傍の母材は、同じ温度および応力の負荷を受けてクリープ損傷が生じていると想定される。従って、前述した手順によって、それぞれの損傷状態から推定される破断応力は理論的には一致する。一方、実際は前述したように、マスターカーブを作成する試験結果にはばらつきがあり、推定されるそれぞれのクリープ破断応力にも範囲がある。従って、母材と熱影響部の共通する真のクリープ破断応力は、それぞれのクリープ破断応力範囲の重複する範囲の中に含まれると考えられる。

【0048】

そこでステップ１１０では、ステップ１０８で求めた，母材のクリープ破断応力の上限σ_ｂ２および下限σ_ｂ１により定められる母材のクリープ破断応力範囲と熱影響部のクリープ破断応力の上限σ_ｗ２および下限σ_ｗ１により定められる熱影響部のクリープ破断応力範囲に重複する範囲があるかどうかを判定する。

【0049】

図８にステップ１０８とステップ１０９の結果を模式的に重ねて示す。本実施例では，母材のクリープ破断応力の上限σ_ｂ２から熱影響部のクリープ破断応力の下限σ_ｗ１の範囲が重複している。

【0050】

本実施例のように、母材と熱影響部のクリープ破断応力の範囲に重複がある場合には，ステップ１１１に進む。重複がない場合にはステップ１１６に進み、ステップ１０４、１０５の結果や、それぞれのマスターカーブを用いた従来の評価手法で評価して終了する。

【0051】

ステップ１１１では，重複したクリープ破断応力範囲の下限をσ_１（本実施例では、σ_１=σ_ｗ１）、上限をσ_２（本実施例では、σ_２=σ_ｂ２）とする。

【0052】

次に、ステップ１１２では、図９に模式的に示すように、重複したクリープ破断応力範囲の下限σ_１および上限σ_２から、母材のクリープ破断曲線６０１を用いて新しいラーソンミラーパラメータの上限Ｐ’_ｂ１および下限Ｐ’_ｂ２を求める。

【0053】

次に、ステップ１１３では、図１０に模式的に示すように、重複したクリープ破断応力範囲の下限σ_１および上限σ_２から、熱影響部のクリープ破断曲線６０２を用いて新しいラーソンミラーパラメータの上限Ｐ’_ｗ１および下限Ｐ’_ｗ２を求める。

【0054】

次にステップ１１４では、母材の新しいラーソンミラーパラメータの上限Ｐ’_ｂ１および下限Ｐ’_ｂ２から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、以下の式９および式１０により母材の新しい破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ’_ｂ１および下限ｔ’_ｂ２を求める。ここで、Ｔは使用温度である。

【0055】

log(t'_b1) = P'_b1 / T - C 式（９）

【0056】

log(t'_b2) = P'_b2 / T - C 式（１０）
次にステップ１１５では、熱影響部の新しいラーソンミラーパラメータの上限Ｐ’_ｗ１および下限Ｐ’_ｗ２から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、以下の式１１および１２により熱影響部の新しい破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ’_ｗ１および下限ｔ’_ｗ２を求める。ここで、Ｔは使用温度である。

【0057】

log(t'_w1) = P'_w1 / T - C 式（１１）

【0058】

log(t'_w2) = P'_w2 / T - C 式（１２）

【0059】

この結果を補正された破断時間（クリープ寿命）範囲として出力し、処理を終了する。母材および熱影響部の新しい破断時間（クリープ寿命）の範囲は、ステップ１０４および１０５で求めた当初の仮に算出された破断時間（クリープ寿命）の範囲より狭まるか、等しくなり、精度が向上する。

【0060】

結果として得られるクリープ寿命の上下限をどのように使用するかは、従来と同様に行うことができ、監視対象とするための抽出等、安全側の場合は最も短いクリープ寿命値、故障後の入れ替えで問題のない部品については長く等、適宜設定できる。

【0061】

上記のとおり、従来のクリープ寿命の算出方法に比して、本実施例の手法により、クリープ寿命の予測精度が向上する。

【実施例2】

【0062】

図１１に実施例２を示す。実施例１では、一の機器の使用温度Ｔを使用して、算出したクリープ破断応力の範囲から、クリープ寿命範囲を推定している。本実施例２は、使用破断応力Ｐを固定し、算出した熱履歴の温度範囲から、クリープ寿命範囲を推定する方法を述べる。

【0063】

まず、ステップ１１０２からステップ１１０５は、図１の実施例１のステップ１０２からステップ１０５と同様である。母材および熱影響部の非破壊検査結果からそれぞれの非破壊検査に対応したマスターカーブを用いて、それぞれの９９％信頼性区間の上限および下限から母材の破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ_ｂ１と下限ｔ_ｂ２および熱影響部の破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ_ｗ１と下限ｔ_ｗ２を求める。

【0064】

次にステップ１１０６では、図１３に模式的に示すように、使用応力σから母材のクリープ破断曲線６０１を用いてσを破断応力とする母材のラーソンミラーパラメータＰ_ｂを求める。

【0065】

次にステップ１１０７では、図１３に模式的に示すように、使用応力σから熱影響部のクリープ破断曲線６０２を用いてσを破断応力とする熱影響部のラーソンミラーパラメータＰ_ｗを求める。

【0066】

次にステップ１１０８では、母材のラーソンミラーパラメータＰ_ｂと母材の破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ_ｂ１と下限ｔ_ｂ２から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って以下の式により、クリープ破断温度の下限Ｔ_ｂ１および上限Ｔ_ｂ２を求める。

【0067】

T_b1 = P_b / {log(t_b1)+C} 式（１３）

【0068】

T_b2 = P_b / {log(t_b2)+C} 式（１４）

【0069】

次にステップ１１０９では、熱影響部のラーソンミラーパラメータＰ_ｗと熱影響部の破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ_ｗ１と下限ｔ_ｗ２から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って以下の式により、クリープ破断温度の下限Ｔ_ｗ１および上限Ｔ_ｗ２を求める。

【0070】

T_w1 = P_w / {log(t_w1)+C} 式（１５）

【0071】

T_w2 = P_w / {log(t_w2)+C} 式（１６）
ステップ１１１０では、ステップ１１０８で求めた、母材のクリープ破断温度の下限Ｔ_ｂ１と上限Ｔ_ｂ２により定められる母材のクリープ破断温度範囲とステップ１１０９で求めた、熱影響部のクリープ破断温度の下限Ｔ_ｗ１および上限Ｔ_ｗ２により定められる熱影響部のクリープ破断温度範囲に重複する範囲があるかどうかを判定する。母材と熱影響部のクリープ破断温度の範囲に重複がある場合には，ステップ１１１１に進む。重複がない場合にはステップ１１１４に進み、ステップ１１０４、１１０５の結果や、それぞれのマスターカーブを用いた従来の評価手法で評価し、終了する。

【0072】

ステップ１１１１では、重複したクリープ破断温度範囲の下限を新たにＴ_１、上限をＴ_２とする。

【0073】

ステップ１１１２では、新しいクリープ破断温度範囲の下限をＴ_１、上限をＴ_２と、ステップ１１０６で使用応力σとクリープ破断曲線から求めた母材のラーソンミラーパラメータＰ_ｂから、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、以下の式により母材の破断時間（クリープ寿命）の上限ｔ’_ｂ１と下限ｔ’_ｂ２を求める。

【0074】

ステップ１１１３では、新しいクリープ破断温度範囲の下限をＴ_１、上限をＴ_２と、ステップ１１０７で使用応力σとクリープ破断曲線から求めた熱影響部のラーソンミラーパラメータＰ_ｗ から、ラーソンミラーパラメータの定義に従って、以下の式により熱影響部の破断時間（クリープ寿命）の下限Ｔ_ｗ１および上限Ｔ_ｗ２を求める。

【0075】

この結果、母材および熱影響部の新しい破断時間（クリープ寿命）の範囲は、ステップ１１０４および１１０５で求めた通常の破断時間（クリープ寿命）の範囲より狭まるか、等しくなり、クリープ寿命の予測精度が向上する。

【0076】

最終的には、これらの最も短いクリープ寿命を評価個所のクリープ寿命とすることが安全側の評価と考える。

【0077】

上述の通り、溶接熱影響部と、それに近接する母材における発生応力・経験した温度履歴が等しいことを利用して、非破壊検査によるクリープ損傷評価結果から、真のクリープ損傷を推定することで、高精度に機器の余寿命を評価できる。

【符号の説明】

【0078】

Φ_b1 母材のクリープ損傷率の下限
Φ_b2 母材のクリープ損傷率の上限
Φ_w1 熱影響部のクリープ損傷率の下限
Φ_w2 熱影響部のクリープ損傷率の上限
t_b1 母材のクリープ寿命の上限
t_b2 母材のクリープ寿命の下限
t_w1 熱影響部のクリープ寿命の上限
t_w2 熱影響部のクリープ寿命の下限
P_b1 母材のラーソンミラーパラメータの上限
P_b2 母材のラーソンミラーパラメータの下限
P_w1 熱影響部のラーソンミラーパラメータの上限
P_w2 熱影響部のラーソンミラーパラメータの下限
T 使用温度
t’_b1 母材の新しいクリープ寿命の上限
t’_b2 母材の新しいクリープ寿命の下限
t’_w1 熱影響部の新しいクリープ寿命の上限
t’_w2 熱影響部の新しいクリープ寿命の下限
σ 使用応力
P_b 母材のラーソンミラーパラメータ
P_w 熱影響部のラーソンミラーパラメータ
T_b1 母材のクリープ破断温度の下限
T_b2 母材のクリープ破断温度の上限
T_w1 熱影響部のクリープ破断温度の下限
T_w2 熱影響部のクリープ破断温度の上限
T₁ 新しいクリープ破断温度範囲の下限
T₂ 新しいクリープ破断温度範囲の上限

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】