CN100457925C - 钢结构物的延迟破坏防止方法和钢结构物的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供钢结构物的延迟破坏防止方法和钢结构物的制造方法。钢结构物的延迟破坏防止方法，该钢结构物包括拉伸强度大于等于600N/mm2的钢材和/或该钢材的焊接接头，对该钢结构物的应力集中部分的表面进行超声波冲击处理，所述超声波冲击处理用前端部的直径为1～5mm的超声波振动端子进行打击。
Description
技术领域
本发明涉及由拉伸强度大于等于600N/mm2的钢材和/或该钢材的焊接接头形成的钢结构物的延迟破坏防止方法，以及采用该方法的钢结构物的制造方法。
背景技术
高拉力螺栓、曲轴等部件、船舶、桥梁、建筑物等结构物等的钢结构物中存在的氢使钢结构物的韧性降低。
特别是，由于弯曲应力、拉伸应力作用而容易产生应力集中的部位，该钢结构物中存在的氢成为延迟破坏的原因，所以在过去，人们提出了钢板的脱氢方法。
作为钢中氢浓度的降低方法，实施熔融钢的脱气处理和浇铸后的板(slab)的保温，另外在轧制后，还进行钢板的加热保温。
在连续铸造的场合，为了还实现夹杂物去除和成分调整的目的，对许多熔融钢进行脱气处理，但是，脱气处理主要采用RH脱气法。
熔融钢中的氢可通过延长该脱气处理的时间而充分地降低，但是，如果处理时间延长，则处理成本增加，由于还有连续铸造循环的时间制约，由此，脱气处理的时间有限制。
氢浓度的更充分的降低可通过下述方式进行，该方式为：将浇铸刚结束后的板间隔开来重叠，用外罩覆盖等来保温，延长处于高温状态的时间，将板中的氢扩散到表面后排除。
在此场合，由于在较厚的板中，氢的扩散花费时间，故需要放置数天以上，另外，板的温度降低。
近年，从能量的有效利用和制造工序的缩短的观点来说，多采用在不进行冷却的情况下，直接将刚浇铸后的高温的板调整到所需温度，将其轧制到制品尺寸的热装(hot charging)，或者直接轧制。
在此场合，对于在铸造过程中残留于钢中的氢，由于在未充分去除的状态进行轧制，形成厚钢板形状，故如果在轧制后的冷却过程中，在温度高的期间释放氢并使氢量减少，则产生氢造成的韧性降低，或延迟破坏的危险性增加。
由此，将轧制后的钢板重叠而慢冷却用的部位，以及加热保温设备，以及它们所需时间的增加等，工序上的问题无法避免(例如，参照JP特许3298519号文献)。
另外，例如在US6171415号专利说明书中，公开有通过对焊接接头部施加超声波振动来提高疲劳强度的方法，但是，该文献并没有公开将超声波振动用于延迟破坏防止的内容。
发明内容
本发明的课题在于可解决上述那样的已有技术的问题，提供可防止在钢结构物的应力集中部分产生的延迟破坏的钢结构物的延迟破坏防止方法，以及钢结构物的制造方法。
为了解决上述课题而进行了深入分析，其特征在于对该钢结构物的应力集中部分的表面，实施用前端部的直径为1～5mm的超声波振动端子进行打击的超声波冲击处理，由此，防止在钢结构物的应力集中部分产生的延迟破坏。
另外，本发明的实质内容如下所述。
(1)一种钢结构物的延迟破坏防止方法，上述钢结构物包括拉伸强度大于等于600N/mm2的钢材和/或该钢材的焊接接头，其特征在于对该钢结构物的应力集中部分的表面，实施用前端部的直径为1～5mm的超声波振动端子进行打击的超声波冲击处理。
(2)上述(1)所述的钢结构物的延迟破坏防止方法，其特征在于上述钢结构物的应力集中部分是高拉力螺栓的头部的接合部。
(3)上述(1)所述的钢结构物的延迟破坏防止方法，其特征在于上述钢结构物的应力集中部分是在承受拉伸应力的钢板中设置的开孔的边缘部分。
(4)上述(1)所述的钢结构物的延迟破坏防止方法，其特征在于上述钢结构物的应力集中部分是多个焊接线的交叉部。
(5)一种钢结构物的制造方法，通过焊接拉伸强度大于等于600N/mm2的钢材来制造钢结构物，其特征在于采用上述(1)～(4)中任一项所述的钢结构物的延迟破坏防止方法，来防止钢结构物的延迟破坏。
附图说明
图1为表示将本发明的延迟破坏防止方法用于高拉力螺栓的实施例的图。
图2为表示将本发明的延迟破坏防止方法用于拉伸应力作用的钢板的实施例的图。
图3为表示将本发明的延迟破坏防止方法用于多个焊接线的交叉部的实施例的图。
图4为详细地表示图3所示的多个焊接线的交叉部的图。
具体实施形式
下面根据图1～4，对本发明的实施例进行具体说明。
(第1实施例)
图1表示将本发明的延迟破坏防止方法用于高拉力螺栓的实施例。
例如，若1000N/mm2级的高张力螺栓作用有反复荷载，则产生疲劳破坏。
该疲劳破坏的起点是被称为“鱼眼(fish eye)”的区域，该区域因位于夹杂物周边的内部应力，钢材中存在的氢集中于夹杂物周边，局部耐破坏特性变差，由在较小的反复应力下产生的裂纹形成。
该现象一般为800N/mm2以上的高强度钢材中所呈现的现象，但是，在包含大量氢的焊接接头中，有时即使为600N/mm2级的强度等级，也发生问题。
在钢材中，存在许多夹杂物，有形成鱼眼的起点的夹杂物、以及不形成起点的夹杂物。
本发明人在探明其原因时发现，是否形成鱼眼的起点与钢材和夹杂物的匹配性有关，在晶格等非匹配性较大的夹杂物中，形成鱼眼的起点的较多。
另外，在通过X射线分析来测定内部应力时判明，形成鱼眼的起点的夹杂物的周边，其内部应力高于局部。
于是，在图1中，对由格子花纹表示的地方的、高拉力螺栓的应力集中部分即头部的接合部(根部)，实施用前端部的直径为1～5mm的超声波振动端子进行打击的超声波冲击处理，由此，甚至在从钢材的表面到3mm左右深度的范围内存在的内部应力较高的TiN析出物的周边，仍可消除内部应力，不会形成鱼眼的起点。
在这里，将超声波振动端子的前端部的直径定为1～5mm的原因在于，在小于1mm时，只相对从钢材的表面到1mm左右深度的夹杂物，确认内部应力的减小效果，另外，在超过5mm时，因过大而无法确实打击应力集中部分。
(第2实施例)
图2表示将本发明的延迟破坏防止方法用于拉伸应力作用的钢板的实施例。
例如，在作用有拉伸应力800N/mm2级的钢板中，设置有图2所示那样的开孔的情况，在由格子花纹表示的开孔的边缘部分产生应力集中，与第1实施例相同，氢集中于该应力集中存在的夹杂物处，使局部耐破坏特性变差，即使在较小的反复应力作用下，仍产生裂纹，形成鱼眼。
于是，在图2中，对由格子花纹表示的部位的开孔的边缘部分，实施用前端部的直径为1～5mm的超声波振动端子进行打击的超声波冲击处理，由此，甚至在从钢材的表面到3mm左右的深度的范围内存在的内部应力较高的TiN析出物的周边，仍可消除内部应力，不会形成鱼眼的起点。
(第3实施例)
图3表示将本发明的延迟破坏防止方法用于多个焊接线的交叉部的实施例。
例如，在船体等的焊接结构物中，象图3所示的那样，产生A与A’的多个焊接线交叉的部位。
由于焊接的加热输入重叠，所以该多个焊接线的交叉部变成残留应力最高的部位，应力集中显著。
如果拉伸应力作用于该应力集中部分，则氢集中于该周边的夹杂物中，与第1和第2实施例相同，局部耐破坏特性变差，即使在小的反复应力下，仍产生裂纹，形成鱼眼。
图4为表示图3的焊接线的交叉部的细部的图。
在图4中，对从由格子花纹所示的部位的焊接线的交叉部起，例如5mm以内的范围，实施用前端部的直径为1～5mm的超声波振动端子进行打击的超声波冲击处理，由此，甚至在从钢材的表面到3mm左右的深度的范围内存在的内部应力高的TiN析出物的周边，仍可消除内部应力，不会形成鱼眼的起点。
(第1～第3共同的实施例)
本发明所采用的超声波发生器的种类是没有关系的，但最好采用下述装置，其采用200W～3kW的电源，通过换能器产生19kHz～60kHz的超声波振动，通过波导管进行放大，由此，按照20～60μm的振幅，使由φ1mm～5mm的销形成的超声波振动端子振动。
可将前述的第1～第3实施例所示的延迟破坏防止方法用于高拉力螺栓、曲轴等的部件、船舶、桥梁、建筑物等钢结构物，可以制造减缓应力集中部分的应力、且夹杂物不成为鱼眼起点的钢结构物。
(实施例)
对前述的第1～第3实施例给出的1000N/mm2级的高张力螺栓、具有开孔的800N/mm2级的钢板、以及与多个焊接线的交叉部，实施用前端部的直径为3mm的超声波振动端子进行打击的超声波冲击处理，即使在按照100万次施加500N/mm2、4Hz的反复荷载的情况下，仍不产生延迟破坏造成的疲劳开裂。
另一方面，在不进行本发明的超声波冲击处理的场合，在500N/mm2，4Hz的反复荷载的负荷的条件下，在作用次数在10万次以内的场合，产生延迟破坏造成的疲劳开裂。
产业上的利用可能性
按照本发明，由于可防止在钢结构物的应力集中部分产生的延迟破坏，所以本发明是可有效用于钢结构物的制造产业的发明。
Claims (5)
1.一种钢结构物的延迟破坏防止方法，上述钢结构物包括拉伸强度大于等于600N/mm2的钢材和/或该钢材的焊接接头，其特征在于，对该钢结构物的应力集中部分的表面，实施用前端部的直径为1～5mm的超声波振动端子进行打击的超声波冲击处理。
2.根据权利要求1所述的钢结构物的延迟破坏防止方法，其特征在于，上述钢结构物的应力集中部分是高拉力螺栓的头部的接合部。
3.根据权利要求1所述的钢结构物的延迟破坏防止方法，其特征在于，上述钢结构物的应力集中部分是在承受拉伸应力的钢板中设置的开孔的边缘部分。
4.根据权利要求1所述的钢结构物的延迟破坏防止方法，其特征在于，上述钢结构物的应力集中部分是多个焊接线的交叉部。
5.一种钢结构物的制造方法，焊接拉伸强度大于等于600N/mm2的钢材来制造钢结构物，其特征在于，采用权利要求1～4中任一项所述的钢结构物的延迟破坏防止方法，来防止钢结构物的延迟破坏。
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Owner name: NIPPON STEEL + SUMITOMO METAL CORPORATION Free format text: FORMER OWNER: SHIN NIPPON STEEL LTD. Effective date: 20130318 |
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Effective date of registration: 20130318 Address after: Tokyo, Japan Patentee after: NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL Corp. Address before: Tokyo, Japan Patentee before: NIPPON STEEL Corp. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Tokyo, Japan Patentee after: NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL Corp. Address before: Tokyo, Japan Patentee before: NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL Corp. |
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Granted publication date: 20090204 |
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