WO2013038995A1 - 損傷評価方法およびメンテナンス評価指標の策定方法 - Google Patents

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平川　裕一
大山　博之
敬之 宮澤
吉田　博明
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    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
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    • G01N2203/0296—Welds

Definitions

  • the present invention relates to a damage evaluation method capable of evaluating with high accuracy damage such as creep, which occurs in a structural member in a specific use environment, and a maintenance evaluation index formulation method using the damage evaluation method.
  • structural members such as piping and turbines of thermal power plants are used in a high-temperature environment (up to about 600 ° C) and stress is applied.
  • Various deteriorations such as creep damage, are inevitable at the site.
  • creep damage progresses, creep voids and microcracks are generated at the crystal grain boundaries of the metal member, and finally they are connected to form a crack, which may lead to damage. Therefore, in order to ensure the reliability of structural members used at high temperatures and ensure stable operation of power plants, etc., accurately evaluate the damage of the target part, obtain the accurate life, and perform appropriate maintenance management is important.
  • a method of grasping the damage of the target part of the structural member As a method of grasping the damage of the target part of the structural member, a method of focusing on a specific physical quantity and evaluating it is used.
  • the evaluation method a relationship between the damage level and a specific physical quantity is obtained in advance through experiments or simulations, and a damage evaluation index for evaluating the damage level is set. Then, the damage degree is evaluated by associating the damage evaluation index with the measured value of the specific physical quantity in the target part.
  • Patent Document 1 a temporal change rate of the number density of creep voids is measured as a specific physical quantity, and the degree of damage is evaluated by associating the temporal creep void number density change rate with a damage evaluation index.
  • Patent Document 2 the maximum value of the creep void grain boundary occupancy is measured as a specific physical quantity, and the degree of damage is evaluated by associating the maximum value of the creep void grain boundary occupancy with the damage evaluation index. Yes.
  • the relationship between the specific physical quantity measured at the target part of the structural member actually used and the degree of damage may deviate greatly from the damage evaluation index created in advance.
  • an error is inevitable in the prediction of damage obtained by the above-described method, and therefore, excessive maintenance is performed in consideration of the prediction error of damage when maintaining a plant or industrial equipment. .
  • the damage is inevitably estimated including the error, there is a problem that the cost required for the maintenance increases. Therefore, it is required to reduce the cost required for maintenance management by reducing the error in prediction of damage and performing the minimum necessary inspection and maintenance at the optimum time.
  • the present invention provides a damage evaluation method capable of evaluating with high accuracy damage such as creep, which occurs in a structural member in a specific use environment, and a maintenance evaluation index formulation method using the damage evaluation method.
  • the purpose is to do.
  • a first embodiment of the damage evaluation method of the present invention is a damage evaluation method for evaluating the degree of damage of a target portion that changes with time in a structural member, and a first measurement value of the target portion of a specific physical quantity is obtained.
  • a second step of correlating the degree of damage calculated based on a time change corresponding to the second and subsequent measurements, the first and second and subsequent measurements, and the first Measurement after the second time Based on the relationship between the degree of damage that corresponds to includes a third step of calculating a new damage evaluation index approximately, the.
  • the first measurement value in the target part of the specific physical quantity is associated with the damage evaluation index indicating the relationship between the specific physical quantity and the degree of damage based on the change over time.
  • the degree of damage corresponding to the measured value is calculated.
  • the specific physical quantity is measured at least once, and the measured value after this second measurement and the time change corresponding to each measurement are measured.
  • the degree of damage calculated based on Next a new damage evaluation index is approximately calculated based on the relationship between the first and second and subsequent measurement values and the degree of damage. Based on the newly obtained damage evaluation index, the degree of damage is evaluated from the measured value of a specific physical quantity.
  • this damage evaluation index uses a non-dimensionalized damage degree, it is possible to compare the measured values of the first and second times of different parts under the same index indicated by the damage degree.
  • Examples of the damage evaluation index include an evaluation curve indicating a correspondence between a specific physical quantity and the degree of damage, a numerical table, a medium on which numerical data is electromagnetically recorded, and the like.
  • the newly calculated damage evaluation index is created approximately based on the measured value of a specific physical quantity that changes with the state of the working stress in the actual usage environment and the time change of the target part at the usage temperature. Has been. Therefore, the accuracy of the damage evaluation index can be improved as compared with the initial damage evaluation index determined by experiment or simulation. Based on the newly created damage evaluation index, it is possible to evaluate the damage degree from the measured value of the specific physical quantity, and to evaluate the damage degree of the target portion of the structure with high accuracy.
  • the first step, the second step, and the third step are repeated based on the new damage evaluation index.
  • the difference between the damage evaluation index and the correspondence between the measured value of the specific physical quantity and the damage degree is reduced.
  • the damage degree can be evaluated from the measured value of the specific physical quantity, and the damage degree can be evaluated with higher accuracy.
  • the third embodiment of the damage evaluation method of the present invention uses a damage evaluation curve as the damage evaluation index in the first or second embodiment.
  • the damage evaluation curve is a curve indicating a relationship between a specific physical quantity and a damage degree, and continuously represents a relationship between the specific physical quantity and the damage degree. Since the damage evaluation curve continuously represents a specific physical quantity and damage degree that change with time, it is easy to visually understand the relationship between the specific physical quantity and the damage degree. Further, by using the damage evaluation curve, it is possible to easily evaluate the degree of damage using the measured specific physical quantity.
  • the damage degree is a creep damage rate.
  • the creep damage rate indicates the degree of damage caused by creep of a structural member used in a high temperature environment. By making the degree of damage the creep damage rate, it becomes possible to easily grasp the creep damage rate from the measured specific physical quantity.
  • the specific physical quantity is a number density of creep voids. That is, the number of creep voids per unit area.
  • the structural member is a structural member formed of heat-resistant steel.
  • the heat-resistant steel is used as a structural member used in a high-temperature and high-pressure environment such as a piping for a thermal power generation boiler.
  • the target portion is a weld heat affected zone of a structural member formed of the heat resistant steel.
  • the weld heat-affected zone of the heat-resistant steel has a metal structure different from that before being affected by heat due to the effect of heat input at the time of welding, resulting in structural changes and structural recovery due to reverse transformation.
  • the creep strength is weaker than that of the portion not affected by the heat during welding, and creep deformation is concentrated to increase the multiaxiality, so that creep voids are likely to occur. For this reason, creep damage is more likely to occur than others.
  • the embodiment of the maintenance evaluation index formulation method of the present invention is formulated using any one of the first to seventh embodiments of the damage evaluation method of the present invention.
  • the maintenance evaluation index indicates a correspondence between a specific physical quantity of a target portion of the structural member and a damage degree, and is an evaluation index used for evaluating the damage degree of the target portion of the structural member at the time of maintenance.
  • the maintenance evaluation index is formulated as follows. Using the measured value of the first specific physical quantity and the damage evaluation index that shows the relationship between the specific physical quantity and the degree of damage that occurs based on changes over time, the degree of damage corresponding to the first measured value is calculated. calculate. Next, at a different time from the first measurement, the specific physical quantity is measured at least once, and calculated based on the measured values after this second measurement and the time change at the time of the measurement. Corresponding to the degree of damage done. Next, a new damage evaluation index is approximately calculated based on the relationship between the first and second and subsequent measurement values and the damage rate. By obtaining a new damage evaluation index obtained in this manner, a maintenance evaluation index applicable to maintenance can be formulated with higher accuracy. According to this maintenance evaluation index, the degree of damage can be evaluated efficiently and easily with high accuracy from the measured value of a specific physical quantity according to various situations. As a result, maintenance can be made appropriate.
  • the damage evaluation method and the maintenance evaluation index formulation method of the present invention it is possible to evaluate with high accuracy damage such as creep that occurs in a structural member in a specific use environment.
  • FIG. 1 shows a boiler pipe 1 to be evaluated by the damage evaluation method of the present embodiment.
  • the welded joint portion 10 of the pipe 1 is a joint portion in which a bent portion 20 and a straight portion 30 formed of heat-resistant steel are joined by welding.
  • the number density of creep voids is measured from the weld heat affected part 11 (target part) adjacent to the welded joint part 10 in order to evaluate the creep damage rate.
  • the number density of the creep voids is obtained as the number of creep voids per predetermined area by observing the creep voids using, for example, a replica method.
  • the surface of the welding heat-affected zone 11 is subjected to a predetermined treatment to reveal a metal structure, the irregularities of the metal structure are transferred to a film, and the transferred irregularities are transferred to an optical microscope, a scanning electron microscope, or the like.
  • Creep damage rate (Elapsed use time) / ⁇ (Elapsed use time) + (Remaining life of structural member) ⁇
  • the elapsed time of use means the total time that the structural member has been used in a specific usage environment.
  • the remaining life of the structural member means the remaining time until the structural member used in a specific environment is broken.
  • the sum of the elapsed use time and the remaining life of the structural member is the time required for the structural member to be destroyed after being used in a specific use environment, and is called the total life.
  • the heat-resistant steel used depending on the working temperature and working stress of piping and structural members is selected as appropriate. Typical materials used include 9Cr steel and 12Cr steel known as 2Cr steel and high strength ferritic steel. Other ferritic steels, austenitic steels, Fe-based alloys, Ni-based alloys and the like may be used at sites where more corrosion resistance and creep strength are required.
  • the creep damage evaluation method of this embodiment is performed according to the procedure of the flowchart shown in FIG. That is, the optimum creep damage evaluation curve is obtained by reducing the difference between the relationship between the damage rate corresponding to the number density of the creep voids and the damage evaluation index.
  • the creep damage rate is grasped using the optimum creep damage evaluation curve.
  • the procedure for obtaining the creep damage evaluation curve includes, for example, a first step S10, a second step S20, a third step S30, and a determination step S40. In the determination step S40, the validity of the creep damage evaluation curve is determined.
  • the first step S10 is a step of calculating a creep damage rate from the number density of creep voids.
  • the calculation method will be described below.
  • FIG. 3 is a creep damage evaluation curve 40 showing the relationship between the number density of creep voids and the creep damage rate in the weld heat affected zone of heat resistant steel used in a high temperature environment.
  • the creep damage evaluation curve 40 is created in advance using, for example, laboratory experiments or database data accumulated so far.
  • the measurement location at this time may be one or more.
  • the measured value of the number density of the first creep void described above is made to correspond to the creep damage evaluation curve 40 of FIG. 3 to obtain the creep damage rate.
  • the measured values D1-1, D2-1, D3-1 at each measurement point are plotted as shown in FIG.
  • creep damage rates R1-1, R2-1 and R3-1 corresponding to D1-1, D2-1 and D3-1 of the creep damage evaluation curve 40 are calculated.
  • the total lifetime of the welding heat affected zone 11 in each measurement location is calculated using the creep damage rate and the elapsed usage time.
  • the second step S20 is a step of associating the measured value of the number density of the creep voids after the second time with the creep damage rate.
  • the number density of the creep voids after the second time is measured at least once at a different time from the first measurement.
  • the measurement location at this time is a location corresponding to the first measurement location.
  • the part corresponding to the first measured part is, for example, the same part as the first part or the part having the same degree of damage as the first measured part.
  • the creep damage rate at each measurement point is calculated using the elapsed use time in the second measurement, the number density of the creep voids, and the total lifetime calculated in the first step. To do.
  • (R1-2, R2-2, R3-2) correspond to each other as shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a case where the second measurement is performed at three places in the same manner as the first measurement, and the measured value of the number density of the three creep voids is made to correspond to the creep damage rate once.
  • the number density of the creep voids is measured at least once, and the third and subsequent measurements may be performed.
  • the third step S30 is a step of calculating a new creep damage evaluation curve.
  • a new creep damage evaluation curve 50 is obtained based on the relationship between the measured values of the number density of the creep voids in the first time and the second time and the creep damage rate corresponding to these measured values. Approximate calculation. In order to approximately calculate the new creep damage evaluation curve 50 based on the measurement data, for example, regression analysis may be used. Specifically, approximation by logarithmic approximation, polynomial approximation, least square method, or the like may be applied.
  • the creep damage evaluation curve 50 shows the number density of the first and second creep voids. There is a slight discrepancy between the damage evaluation curve 50 and the measured number density of the creep voids.
  • the determination step S40 is a step of determining whether or not the new creep damage evaluation curve 50 obtained in the third step S30 is appropriate. For example, if the relationship between the new creep damage evaluation curve 50 and the measured value of the number density of creep voids and the creep damage rate falls outside the predetermined range, the new creep damage evaluation curve 50 is used to It is preferable to perform the first step, the second step, and the third step. The relationship between the obtained creep damage evaluation curve, the measured number density of the first and second creep voids, and the creep damage rate is repeated until it falls within a predetermined target range. Then, a creep damage evaluation curve 60 having a small deviation from the measured value is obtained as shown in FIG. 7 (in FIG. 7, the creep after repeating the first step, the second step, and the third step N times) A damage evaluation curve 60 is shown.). In this example, the relationship between the measured number density of the first and second creep voids and the creep damage rate are in good agreement.
  • the optimal damage evaluation curve is obtained. It is evaluated.
  • the difference between the creep damage rate calculated from the measured value of the number density of the creep voids and the damage rate of the creep damage evaluation curve is more than a predetermined ratio (for example, 5%). If it is small, it is judged to be optimal. Whether or not the creep damage evaluation curve is appropriate is preferably determined comprehensively from a past database, a safety factor, or the like of the welding heat affected zone (target site) of the structural member.
  • a new creep damage evaluation curve with high accuracy is obtained through the first step S10, the second step S20, and the third step S30.
  • the creep damage evaluation curve uses a non-dimensionalized creep damage rate, so the measured values for the first and second rounds of different parts can be compared under the same index indicated by the degree of damage. .
  • Whether or not the creep damage evaluation curve is valid can be determined by the determination step S40.
  • the creep damage evaluation curve is set as the optimum creep damage evaluation curve. If it is determined that the creep damage evaluation curve is not valid, the first step, the second step, and the third step are performed based on the newly obtained creep damage evaluation curve. Repeat until the evaluation curve is judged valid. Thereby, an optimal creep damage evaluation curve can be obtained and the accuracy can be further increased.
  • the creep damage rate can be evaluated with higher accuracy from the measured value of the number density of the creep voids. As a result, it is possible to accurately determine the remaining life even for a portion where creep damage is likely to occur, such as a heat-affected zone of heat-resistant steel. As a result, maintenance can be performed at an appropriate time, and the cost for maintaining the equipment can be kept low.
  • the creep damage evaluation curve since the creep damage evaluation curve is used, it is easy to visually understand the relationship between the number density of creep voids and the creep damage rate. It is possible to grasp the creep damage rate easily and efficiently from the creep damage evaluation curve and the measured value of the number density of the creep voids.
  • the method for evaluating the creep damage rate has been described.
  • the number density of creep voids was used as a specific physical quantity, it can be detected by, for example, the hardness and elongation of the target part, the number and rate of change of creep voids at a specific part of the crystal grain, ultrasonic flaw inspection, radiation inspection, etc. Any other specific physical quantity may be measured as long as it is a specific physical quantity that changes with time in accordance with the degree of damage to the target site, such as a defect property inside the plate thickness.
  • the present invention is not limited to the evaluation curve, and a numerical table indicating correspondence between a specific physical quantity and a damage degree, a medium on which numerical data is electromagnetically recorded, or the like is used. Also good.
  • the pipe 1 is made of heat-resistant steel.
  • any material may be used as long as it is a structural member having a target portion that is damaged with time. good.
  • the place where the number density of the creep voids is measured is the weld heat affected zone of the pipe.
  • the blade groove part of the turbine, the heat transfer pipe, and the base material part of the pipe depending on changes over time. It is good also as measuring the damaged part.
  • the total life in the weld heat affected zone (target part) is calculated in the first step, but the remaining life may be calculated.
  • Welded joint 11 Weld heat affected zone (target part) 40, 50, 60 Creep damage evaluation curve (damage evaluation index)

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Abstract

　特定の物理量の対象部位における第一回目の測定値を損傷評価指標に対応させて、第一回目の測定値に対応する損傷度を算出する。第一回目の測定箇所に対応する箇所における特定の物理量を、第一回目の測定とは使用経過時間が異なる別の時期において、少なくとも一回測定し、この第二回目以降の測定値と第二回目以降の測定時に対応する時間変化に基づいて算出された損傷度とを対応させる。第一回目と第二回目以降の測定値と、第一回目と第二回目以降の測定値に対応する損傷度との関係に基づいて、新たな損傷評価指標を近似的に算出する。

Description

損傷評価方法およびメンテナンス評価指標の策定方法
　本発明は、特定の使用環境における構造部材に発生する、クリープをはじめとする損傷を、より高い精度で評価可能な損傷評価方法およびその損傷評価方法を用いたメンテナンス評価指標の策定方法に関する。
　本願は、２０１１年９月１３日に、日本に出願された特願２０１１－１９９３４２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　一般的に、例えば火力発電プラントの配管やタービンなどの構造部材は、高温環境下（最高約６００℃）で使用され、応力が作用していることから、長期運転に伴って、構造部材の対象部位には、クリープ損傷をはじめとする各種劣化が避けられない。特に、クリープ損傷が進むと、金属部材の結晶粒界にクリープボイドや微小き裂が生成され、最終的に、それらが連結してき裂が生じ、破損に至ることがある。
　そこで、高温で使用される構造部材の信頼性を確保して発電プラントなどの安定運用のために、対象部位の損傷を精度良く評価し、正確な寿命を求めて、適切な保守管理を行うことが重要である。
　構造部材の対象部位の損傷を把握する方法として、特定の物理量に着眼し、評価する方法が用いられている。その評価方法では、あらかじめ実験やシミュレーションなどで損傷度と特定の物理量との関係を求め、損傷度を評価するための損傷評価指標を設定する。そして、この損傷評価指標と対象部位における特定の物理量の測定値とを対応させることにより、損傷度を評価する。
　特許文献１では、特定の物理量としてクリープボイドの個数密度の時間的な変化率を測定し、時間的なクリープボイド個数密度変化率と損傷評価指標を対応させて損傷度を評価している。
　特許文献２では、特定の物理量としてクリープボイドの結晶粒界占有率の最大値を測定し、クリープボイドの結晶粒界占有率の最大値と損傷評価指標を対応させて、損傷度を評価している。
特開２００４－８５３４７号公報 ＷＯ０２／０１４８３５号
　前述した損傷度の評価方法では、あらかじめ実験やシミュレーションなどで求めた損傷評価指標を用いて評価を行っている。しかしながら、構造部材が実際に使用される状況によっては、形状不連続部での応力集中により局所的に高い応力が作用したり、複雑な応力場が形成されたりするので、実験やシミュレーションで想定した使用条件と異なってしまうこともある。
　そのため、実際に使用されている構造部材の対象部位で測定された特定の物理量と損傷度の関係が、あらかじめ作成した損傷評価指標に対して大きく乖離する場合がある。その結果、上述の方法によって求められた損傷の予測には誤差が避けられないので、プラントや産業機器などのメンテナンスの際には、損傷の予測誤差を考慮して過剰なメンテナンスが行われている。このように、誤差の分まで含めて大きめに損傷を見積らざるを得ないので、メンテナンスに必要なコストが増加する課題がある。
　そこで、損傷の予測における誤差を小さくして、最適な時期に必要最小限の検査とメンテナンスを行うことにより、保守管理に要するコストを低減することが要請されている。
　この発明は、特定の使用環境における構造部材に発生する、クリープをはじめとする損傷を、より高い精度で評価可能とする損傷評価方法およびその損傷評価方法を用いたメンテナンス評価指標の策定方法を提供することを目的とする。
　本発明の損傷評価方法の第一の実施態様は、構造部材において経時変化する対象部位の損傷度を評価する損傷評価方法であって、特定の物理量の前記対象部位における第一回目の測定値を、前記特定の物理量と時間変化に基づいて生じる損傷度との関係を示した損傷評価指標に対応させて、前記第一回目の測定値に対応する損傷度を算出する第一の工程と、前記第一回目の測定箇所に対応する箇所における前記特定の物理量を、第一回目の測定とは使用経過時間が異なる別の時期において、少なくとも一回測定し、この第二回目以降の測定値と、前記第二回目以降の測定時に対応する時間変化に基づいて算出された損傷度とを対応させる第二の工程と、前記第一回目と前記第二回目以降の測定値と、前記第一回目と前記第二回目以降の測定値に対応する損傷度との関係に基づいて、新たな損傷評価指標を近似的に算出する第三の工程と、を備える。
　本発明によれば、特定の物理量の対象部位における第一回目の測定値を、特定の物理量と時間変化に基づいて生じる損傷度との関係を示した損傷評価指標に対応させて、第一回目の測定値に対応する損傷度を算出する。次に、第一回目の測定とは使用経過時間が異なる別の時期において、少なくとも一回特定の物理量を測定して、この第二回目以降の測定値と、各測定の測定時に対応する時間変化に基づいて算出された損傷度とを対応させる。次に、第一回目と第二回目以降の測定値と損傷度との関係に基づいて、新たな損傷評価指標を近似的に算出する。この新たに得られた損傷評価指標に基づいて、特定の物理量の測定値から、損傷度を評価する。
　この損傷評価指標では、無次元化された損傷度を用いているので、異なる部位の第一回目と第二回目以降の測定値について、損傷度で示された同一の指標のもとで比較できる。損傷評価指標には、例えば、特定の物理量と損傷度の対応を示した評価曲線、数値テーブル、数値データを電磁的に記録した媒体などが挙げられる。
　新たに算出された損傷評価指標は、実際の使用環境下における作用応力の状態、使用温度におかれた対象部位の時間変化に伴って変化する特定の物理量の測定値に基づいて近似的に作成されている。そのため、実験やシミュレーションで決定された初期の損傷評価指標と比べて、損傷評価指標の精度を向上させることができる。この新たに作成された損傷評価指標に基づいて、特定の物理量の測定値から損傷度を評価し、構造物の対象部位の損傷度を高い精度で評価することが可能である。
　本発明の損傷評価方法の第二の実施態様は、第一の実施態様において、前記新たな損傷評価指標に基づいて、前記第一の工程、前記第二の工程および前記第三の工程を繰り返す。
　第一の工程、第二の工程、第三の工程を繰り返すことにより、損傷評価指標と、特定の物理量の測定値と損傷度の対応との乖離が小さくなる。この新たな損傷評価指標に基づいて、特定の物理量の測定値から損傷度を評価し、損傷度をより高い精度で評価することができる。
　本発明の損傷評価方法の第三の実施態様は、第一又は第二の実施態様において、前記損傷評価指標として、損傷評価曲線を用いる。
　損傷評価曲線は、特定の物理量と損傷度の関係を示す曲線であり、特定の物理量と損傷度の関係を連続的に表したものである。損傷評価曲線は、経時変化する特定の物理量と損傷度を連続的に表しているので、特定の物理量と損傷度の関係を視覚的に理解しやすい。
　また、損傷評価曲線を用いることにより、測定した特定の物理量を用いて容易に損傷度を評価することが可能である。
　本発明の損傷評価方法の第四の実施態様は、第一から第三の実施態様のいずれかにおいて、前記損傷度は、クリープ損傷率である。
　クリープ損傷率は、高温環境下で使用される構造部材のクリープによる損傷の度合いを示すものである。損傷度をクリープ損傷率とすることにより、測定した特定の物理量から、容易にクリープ損傷率を把握することが可能となる。
　本発明の損傷評価方法の第五の実施態様は、第四の実施態様において、前記特定の物理量は、クリープボイドの個数密度である。すなわち、単位面積当たりのクリープボイドの個数である。
　特定の物理量をクリープボイドの個数密度とすることにより、物理量を容易に測定することができ、クリープ損傷率を効率的に評価可能となる。
　本発明の損傷評価方法の第六の実施態様は、第一から第五の実施態様のいずれかにおいて、前記構造部材は、耐熱鋼で形成された構造部材である。
　耐熱鋼は、例えば火力発電用ボイラの配管のような高温・高圧環境で使用される構造部材として用いられる。これらに適用することによって、使用環境が厳しく、評価が難しい耐熱鋼の損傷度が高い精度で評価可能となる。
　本発明の損傷評価方法の第七の実施態様は、第六の実施態様において、前記対象部位は、前記耐熱鋼で形成された構造部材の溶接熱影響部である。
　耐熱鋼の溶接熱影響部は、溶接時の入熱の影響によって、逆変態による組織変化や組織の回復が生じ、熱影響を受ける前とは異なる金属組織となっている。そのため、溶接時の熱の影響を受けていない箇所と比べて、クリープ強度が弱くなり、クリープ変形が集中して多軸度が増してクリープボイドが生じやすい。このため、クリープ損傷が他よりも顕著に生じやすい。特定の物理量の測定箇所を耐熱鋼の溶接熱影響部とすることにより、測定された特定の物理量から、耐熱鋼の溶接熱影響部の損傷が高い精度で評価可能となる。
　本発明のメンテナンス評価指標の策定方法の実施態様は、本発明の損傷評価方法の第一から第七の実施態様のいずれかを用いて策定される。
　メンテナンス評価指標とは、構造部材の対象部位の特定の物理量と損傷度との対応を示し、メンテナンス時における構造部材の対象部位の損傷度を評価するために用いる評価指標である。
　メンテナンス評価指標は次のようにして策定される。第一回目の特定の物理量の測定値と、特定の物理量と時間変化に基づいて生じる損傷度との関係を示した損傷評価指標とを用いて、第一回目の測定値に対応する損傷度を算出する。次に、第一回目の測定とは使用経過時間が異なる別の時期において、特定の物理量を少なくとも一回測定し、この第二回目以降の測定値と、その測定時の時間変化に基づいて算出された損傷度とを対応させる。次に、第一回目と第二回目以降の測定値と損傷率の関係に基づいて、新たな損傷評価指標を近似的に算出する。
　このようにして得られた新たな損傷評価指標を得ることにより、より高い精度でメンテナンスに適用可能なメンテナンス評価指標を策定することができる。このメンテナンス評価指標によれば、様々な状況に応じて、特定の物理量の測定値から損傷度を効率的かつ容易に、高い精度で評価できる。その結果、メンテナンスを適切にすることができる。
　本発明の損傷評価方法、メンテナンス評価指標の策定方法によれば、特定の使用環境における構造部材に発生する、クリープをはじめとする損傷を、より高い精度で評価できる。
本発明の一実施形態に係るクリープ損傷評価方法を適用するボイラの配管と溶接熱影響部（対象部位）の概略を示す図である。 一実施形態に係るクリープ損傷評価方法の手順の概略を示すフロー図である。 一実施形態に係るクリープ損傷評価曲線を示す図である。 一実施形態に係るクリープ損傷評価方法の第一の工程を説明する図である。 一実施形態に係るクリープ損傷評価方法の第二の工程を説明する図である。 一実施形態に係るクリープ損傷評価方法の第三の工程を説明する図である。 一実施形態に係る第一の工程、第二の工程、第三の工程の繰り返しによる損傷評価方法を説明する図である。
　以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
　本実施形態では、ボイラなどの高温高圧環境で使用される耐熱鋼の配管の溶接熱影響部（対象部位）に損傷評価方法を適用して、クリープ損傷の度合いを評価する例を示している。
　図１に、本実施形態の損傷評価方法が評価の対象とするボイラの配管１を示す。
　配管１の内部には、図１の矢印で示す方向に高温蒸気が流れている。配管１の溶接継手部１０は、耐熱鋼で形成された屈曲部２０と直線部３０とが溶接で接合された継手部である。
　溶接継手部１０では、クリープ損傷率の評価のために、溶接継手部１０に隣接した溶接熱影響部１１（対象部位）からクリープボイドの個数密度が測定される。クリープボイドの個数密度は、例えばレプリカ法を用いてクリープボイドを観察し、所定の面積当たりのクリープボイドの個数として求められる。レプリカ法は、溶接熱影響部１１の表面に所定の処理を施して金属組織を現出させ、この金属組織の凹凸をフィルムに転写して、この転写した凹凸を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡などを用いて組織観察する方法である。
　この実施形態の例は、溶接継手部１０に設けられた溶接熱影響部１１で測定されるクリープボイドの個数密度からクリープ損傷率を評価する。
　クリープ損傷率は、次の計算式で求められる。
　クリープ損傷率＝（使用経過時間）／｛（使用経過時間）＋（構造部材の余寿命）｝
　使用経過時間とは、構造部材が特定の使用環境で使用された合計時間を意味する。構造部材の余寿命とは、特定の環境下で使用されている構造部材が、破壊に至るまでの残存時間を意味する。使用経過時間と構造部材の余寿命の和は、構造部材が特定の使用環境で使用されてから破壊に至るまでに要する時間であり、全寿命と称される。
　配管や構造部材の使用温度や作用応力によって使用される耐熱鋼は、適宜選択される。代表的な使用材料として、２Ｃｒ鋼や高強度フェライト鋼として知られている９Ｃｒ鋼および１２Ｃｒ鋼がある。より耐食性やクリープ強度が求められる部位では、他のフェライト系鋼やオーステナイト系鋼、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金などが使用される場合もある。
　以下に、本実施形態のクリープ損傷評価方法の手順について説明する。
　本実施形態のクリープ損傷評価方法は、図２で示すフロー図の手順に従って行われる。すなわち、クリープボイドの個数密度に対応する損傷率の関係と損傷評価指標との乖離を小さくして、最適なクリープ損傷評価曲線を得る。その最適なクリープ損傷評価曲線を用いて、クリープ損傷率が把握される。
　クリープ損傷評価曲線を得るための手順は、例えば、第一の工程Ｓ１０、第二の工程Ｓ２０、第三の工程Ｓ３０および判定工程Ｓ４０を備えている。判定工程Ｓ４０では、クリープ損傷評価曲線の妥当性を判定する。
（第一の工程Ｓ１０）
　第一の工程Ｓ１０は、クリープボイドの個数密度からクリープ損傷率を算出する工程である。その算出方法を以下に説明する。
　図３は、高温環境で使用されている耐熱鋼の溶接熱影響部におけるクリープボイドの個数密度とクリープ損傷率の関係を示したクリープ損傷評価曲線４０である。このクリープ損傷評価曲線４０は、例えば、実験室での実験やこれまでに蓄積されたデータベースのデータなどを用いて、あらかじめ作成しておく。
　次に、実際に使用されている配管１の溶接熱影響部１１に対してクリープボイドの個数密度の第一回目の測定を実施する。このときの測定箇所は、一か所以上であれば良い。
　上述した第一回目のクリープボイドの個数密度の測定値を、図３のクリープ損傷評価曲線４０に対応させて、クリープ損傷率を求める。
　具体的には、第一回目のクリープボイドの測定箇所が３箇所の場合には、図４に示すように、各測定箇所における測定値Ｄ１－１、Ｄ２－１、Ｄ３－１をプロットして、クリープ損傷評価曲線４０のＤ１－１、Ｄ２－１、Ｄ３－１に対応するクリープ損傷率Ｒ１－１、Ｒ２－１、Ｒ３－１を算出する。そして、クリープ損傷率と使用経過時間を用いて、各測定箇所における溶接熱影響部１１の全寿命をそれぞれ算出する。
（第二の工程Ｓ２０）
　第二の工程Ｓ２０は、第二回目以降のクリープボイドの個数密度の測定値とクリープ損傷率を対応させる工程である。
　配管１の溶接熱影響部１１に対して、第一回目の測定とは使用経過時間が異なる別の時期において、第二回目以降のクリープボイドの個数密度の測定を少なくとも一回行う。このときの測定箇所は、第一回目の測定箇所に対応する箇所である。
　第一回目の測定した箇所に対応する箇所とは、例えば、第一回目と同一の箇所や損傷度が第一回目の測定箇所と同一の箇所のことである。
　本実施形態では、図５に示すように、第二回目の測定における使用経過時間とクリープボイドの個数密度と第一の工程で算出した全寿命を用いて、各測定点におけるクリープ損傷率を算出する。
　そして、第二回目に測定されたクリープボイドの個数密度（Ｄ１－２、Ｄ２－２、Ｄ３－２）と、上述した第二回目以降のクリープボイドの個数密度の測定値から算出したクリープ損傷率（Ｒ１－２、Ｒ２－２、Ｒ３－２）と、を図５で示すように対応させる。
　図５は、第一回目の測定と同様にして第二回目の測定を３箇所行い、３箇所のクリープボイドの個数密度の測定値とクリープ損傷率とを１回対応させた場合を示す。第二の工程において、クリープボイドの個数密度の測定は、少なくとも一回行うものとし、第三回目以降の測定を行っても良い。
（第三の工程Ｓ３０）
　第三の工程Ｓ３０は、新たなクリープ損傷評価曲線を算出する工程である。
　第一回目と第二回目以降のクリープボイドの個数密度の測定値と、これらの測定値に対応するクリープ損傷率の関係に基づいて、新たなクリープ損傷評価曲線５０を、図６で示すように、近似的に算出する。
　測定データに基づいて、新たなクリープ損傷評価曲線５０を近似的に算出するには、例えば回帰分析を用いれば良い。具体的には、対数近似、多項式近似、最小２乗法などによる近似を適用すれば良い。
　図６において、クリープ損傷評価曲線５０には、第一回目と第二回目のクリープボイドの個数密度が示されている。損傷評価曲線５０とクリープボイドの個数密度の測定値には若干の乖離が認められる。
（判定工程Ｓ４０）
　判定工程Ｓ４０は、第三の工程Ｓ３０で得られた新たなクリープ損傷評価曲線５０が妥当かどうかを判定する工程である。
　例えば、新たなクリープ損傷評価曲線５０と、クリープボイドの個数密度の測定値とクリープ損傷率の関係が、所定の範囲外となった場合は、新たなクリープ損傷評価曲線５０を用いて、さらに第一の工程、第二の工程、第三の工程を行うことが好ましい。得られたクリープ損傷評価曲線と、第一回目と第二回目のクリープボイドの個数密度の測定値とクリープ損傷率の関係が、所定の目的の範囲内となるまで繰り返す。そして、図７で示すような、測定値との乖離が小さいクリープ損傷評価曲線６０を得る（図７では、第一の工程、第二の工程、第三の工程をＮ回繰り返した後のクリープ損傷評価曲線６０を示している。）。
　この例では、第一回目と第二回目のクリープボイドの個数密度の測定値とクリープ損傷率の関係がよく一致している。
　新たなクリープ損傷評価曲線と、第一回目と第二回目のクリープボイドの個数密度の測定値とクリープ損傷率の関係が、所定の範囲内となった場合は、最適な損傷評価曲線が得られたと評価される。
　クリープ損傷評価曲線が妥当かどうかの判断では、例えば、クリープボイドの個数密度の測定値から算出したクリープ損傷率とクリープ損傷評価曲線の損傷率との差が所定の比率（例えば５％）よりも小さければ最適と判断する。クリープ損傷評価曲線が妥当かどうかの判断は、構造部材の溶接熱影響部（対象部位）の過去のデータベースや安全率などから総合的に判断されることが望ましい。
　本実施形態に係るクリープ損傷評価方法によれば、第一の工程Ｓ１０、第二の工程Ｓ２０、第三の工程Ｓ３０を経て、精度の高い新たなクリープ損傷評価曲線が得られる。クリープ損傷評価曲線では、無次元化されたクリープ損傷率を用いているため、異なる部位の第一回目と第二回目以降の測定値について、損傷度で示された同一指標のもとで比較できる。
　判定工程Ｓ４０によりクリープ損傷評価曲線が、妥当かどうかを判定することができる。クリープ損傷評価曲線が妥当と判定された場合は、そのクリープ損傷評価曲線を最適なクリープ損傷評価曲線とする。
　クリープ損傷評価曲線が妥当でないと判定された場合は、新たに得られたクリープ損傷評価曲線に基づいて、第一の工程、第二の工程、第三の工程を、新たに得られたクリープ損傷評価曲線が妥当と判定されるまで繰り返す。これにより、最適なクリープ損傷評価曲線を得られ、より精度を高くすることができる。
　このようにして得られたクリープ損傷評価曲線に基づいて、クリープボイドの個数密度の測定値から、クリープ損傷率をより高い精度で評価することができる。その結果、耐熱鋼の溶接熱影響部のようにクリープ損傷が生じやすい箇所に対しても、余寿命を正確に判断できる。その結果、適切な時期にメンテナンスを行い、設備の維持にかかるコストを低く抑えることができる。
　本実施形態では、クリープ損傷評価曲線を用いているので、クリープボイドの個数密度とクリープ損傷率の関係を視覚的に理解しやすい。このクリープ損傷評価曲線とクリープボイドの個数密度の測定値から容易かつ効率的にクリープ損傷率を把握することが可能である。
　以上、本発明の一実施形態である、ボイラなどの配管の溶接熱影響部のクリープ損傷評価方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、この発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　上記実施の形態では、クリープ損傷率を評価する方法について説明したが、構造部材の疲労、摩耗、および腐食など、経時変化によって生じる構造部材の対象部位の損傷度を評価する場合に適用しても良い。
　特定の物理量としてクリープボイドの個数密度を使用したが、例えば、対象部位の硬さ、伸び、結晶粒の特定箇所におけるクリープボイドの個数や変化率や、超音波探傷検査や放射線検査などで検出可能な板厚内部の欠陥性状など、対象部位の損傷度に応じて経時変化する特定の物理量であれば他の特定の物理量を測定することとしても良い。
　上記実施の形態では、損傷評価曲線を用いる場合について説明したが、評価曲線に限らず、特定の物理量と損傷度の対応を示した数値テーブルや数値データを電磁的に記録した媒体などを用いても良い。
　上記の実施の形態では、配管１が耐熱鋼で構成されている場合を説明したが、経時変化に応じて損傷する対象部位を有する構造部材であれば、どのような材料で構成されていても良い。
　上記の実施の形態では、クリープボイドの個数密度が測定される箇所を、配管の溶接熱影響部としたが、例えばタービンの翼溝部や伝熱管および配管の母材部など、経時変化に応じて損傷する箇所を測定することとしても良い。
　上記実施の形態では、第一の工程において溶接熱影響部（対象部位）における全寿命を計算したが、余寿命を計算しても良い。
　１０　溶接継手部
　１１　溶接熱影響部（対象部位）
　４０、５０、６０　クリープ損傷評価曲線（損傷評価指標）

Claims (8)

  1. 　構造部材において経時変化する対象部位の損傷度を評価する損傷評価方法であって、
    　特定の物理量の前記対象部位における第一回目の測定値を、前記特定の物理量と時間変化に基づいて生じる損傷度との関係を示した損傷評価指標に対応させて、前記第一回目の測定値に対応する損傷度を算出する第一の工程と、
    　前記第一回目の測定箇所に対応する箇所における前記特定の物理量を、第一回目の測定とは使用経過時間が異なる別の時期において、少なくとも一回測定し、この第二回目以降の測定値と、前記第二回目以降の測定時に対応する時間変化に基づいて算出された損傷度とを対応させる第二の工程と、
    　前記第一回目と前記第二回目以降の測定値と、前記第一回目と前記第二回目以降の測定値に対応する損傷度との関係に基づいて、新たな損傷評価指標を近似的に算出する第三の工程と、
    を備える損傷評価方法。
  2. 　前記新たな損傷評価指標に基づいて、
    　前記第一の工程、前記第二の工程、前記第三の工程を繰り返す請求項１に記載の損傷評価方法。
  3. 　前記損傷評価指標として、損傷評価曲線を用いる請求項１または請求項２に記載の損傷評価方法。
  4. 　前記損傷度は、クリープ損傷率である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の損傷評価方法。
  5. 　前記特定の物理量は、クリープボイドの個数密度である請求項４に記載の損傷評価方法。
  6. 　前記構造部材は、耐熱鋼で形成された構造部材である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の損傷評価方法。
  7. 　前記対象部位は、前記耐熱鋼で形成された構造部材の溶接熱影響部である請求項６に記載の損傷評価方法。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の損傷評価方法を用いたメンテナンス評価指標の策定方法。
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