JP2003014599A - 高硬度鋼製部材の評価方法 - Google Patents
高硬度鋼製部材の評価方法Info
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- JP2003014599A JP2003014599A JP2001199209A JP2001199209A JP2003014599A JP 2003014599 A JP2003014599 A JP 2003014599A JP 2001199209 A JP2001199209 A JP 2001199209A JP 2001199209 A JP2001199209 A JP 2001199209A JP 2003014599 A JP2003014599 A JP 2003014599A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】高硬度鋼からなる部材が、利用条件下で遅れ破
壊が発生するか否かを評価する方法を提供する。 【解決手段】ｎ本の試験片について、式（１）より求め
たＸの最小値を破壊限界パラメータとし、使用条件にお
けるＸの値が、破壊限界パラメータ未満であれば遅れ破
壊を発生しないと評価する。ただしσeff、Ｖ0、Ｖf、
ｍ、Ｈave．、γ、σh、Ｖ、ＲおよびＴは、それぞれ最
大主応力、破壊の基本体積、破壊のプロセスゾーン、材
料定数、鋼中の拡散性水素濃度、破壊に対する水素と応
力の効果の比、静水圧応力、水素のモル体積、気体定数
および絶対温度である。
壊が発生するか否かを評価する方法を提供する。 【解決手段】ｎ本の試験片について、式（１）より求め
たＸの最小値を破壊限界パラメータとし、使用条件にお
けるＸの値が、破壊限界パラメータ未満であれば遅れ破
壊を発生しないと評価する。ただしσeff、Ｖ0、Ｖf、
ｍ、Ｈave．、γ、σh、Ｖ、ＲおよびＴは、それぞれ最
大主応力、破壊の基本体積、破壊のプロセスゾーン、材
料定数、鋼中の拡散性水素濃度、破壊に対する水素と応
力の効果の比、静水圧応力、水素のモル体積、気体定数
および絶対温度である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、高硬度鋼
部材の設計方法に関するものである。さらに詳しくは、
この出願の発明は、引張強さが１０００ＭＰａを超えて
いるにも関わらず、遅れ破壊が発生することのない鋼部
材を設計するための高硬度鋼部材の設計方法に関するも
のである。
部材の設計方法に関するものである。さらに詳しくは、
この出願の発明は、引張強さが１０００ＭＰａを超えて
いるにも関わらず、遅れ破壊が発生することのない鋼部
材を設計するための高硬度鋼部材の設計方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】各種機械類の軽量化が求め
られており、このため鋼部材の高硬度化は重大な課題と
いえる。しかしながら、遅れ破壊が発生する危険性が高
いことから、引張強さ１０００ＭＰａを超えるような高
硬度鋼は各種の部材として実用されていないのが現状で
ある。
られており、このため鋼部材の高硬度化は重大な課題と
いえる。しかしながら、遅れ破壊が発生する危険性が高
いことから、引張強さ１０００ＭＰａを超えるような高
硬度鋼は各種の部材として実用されていないのが現状で
ある。
【０００３】従来は、同一材料で応力集中を減少させる
か、または、材料の限界拡散性水素量を上昇させる考案
がなされてきた。また、試験片形状が変化すると、同じ
負荷荷重でも遅れ破壊発生状況が大きく変化するため、
ボルトのような複雑な形状を有する部材には、非常に大
きな安全率をとって設計が行なわれる必要があった。こ
れらを解決することを目的として、特願２０００−２６
４７１６の発明が提案されたが、この発明では鋼中水素
量が異なる条件において、限界拡散性水素量を実験によ
り求める必要があった。
か、または、材料の限界拡散性水素量を上昇させる考案
がなされてきた。また、試験片形状が変化すると、同じ
負荷荷重でも遅れ破壊発生状況が大きく変化するため、
ボルトのような複雑な形状を有する部材には、非常に大
きな安全率をとって設計が行なわれる必要があった。こ
れらを解決することを目的として、特願２０００−２６
４７１６の発明が提案されたが、この発明では鋼中水素
量が異なる条件において、限界拡散性水素量を実験によ
り求める必要があった。
【０００４】このように、従来技術では高硬度鋼からな
る部材が遅れ破壊を発生する条件を知ることは困難であ
ると考えられており、高硬度からなる部材の設計には多
くの手間隙が掛かっていた。このため、高硬度鋼を部材
として実用することはほとんどなされておらず、部材が
遅れ破壊を発生するような使用条件を限定する手法の開
発が求められていた。
る部材が遅れ破壊を発生する条件を知ることは困難であ
ると考えられており、高硬度からなる部材の設計には多
くの手間隙が掛かっていた。このため、高硬度鋼を部材
として実用することはほとんどなされておらず、部材が
遅れ破壊を発生するような使用条件を限定する手法の開
発が求められていた。
【０００５】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、引張強さが１０００
ＭＰａを超えるような高硬度鋼からなる部材が、利用さ
れる条件で遅れ破壊を発生するか否かを調べ、最適な使
用条件の設定を行なうための高硬度鋼製部材の評価方法
を提供することを課題としている。
事情に鑑みてなされたものであり、引張強さが１０００
ＭＰａを超えるような高硬度鋼からなる部材が、利用さ
れる条件で遅れ破壊を発生するか否かを調べ、最適な使
用条件の設定を行なうための高硬度鋼製部材の評価方法
を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、引張強さが１０００ＭＰ
ａ以上の高硬度鋼からなる部材が使用条件下で遅れ破壊
を発生するか否かを評価するための高硬度鋼製部材の評
価方法であって、部材として使用する高硬度鋼からｎ本
の試験片を用意し、それぞれの試験片について、
の課題を解決するものとして、引張強さが１０００ＭＰ
ａ以上の高硬度鋼からなる部材が使用条件下で遅れ破壊
を発生するか否かを評価するための高硬度鋼製部材の評
価方法であって、部材として使用する高硬度鋼からｎ本
の試験片を用意し、それぞれの試験片について、
【０００７】
【数５】
【０００８】（ここで、σeffは最大主応力、Ｖ0は破壊
の基本体積、Ｖfは破壊のプロセスゾーン、ｍ（ｊ）は
材料定数、Ｈave.は鋼中の拡散性水素濃度、γ（ｊ）は
破壊に対する水素と応力の効果の比、σhは静水圧応
力、Ｖは水素のモル体積、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温
度）におけるｍおよびγの初期値をそれぞれｍ（０）お
よびγ（０）と仮定し、前記式（V）よりパラメータＸ
を算出し、これらをＸの値について昇順に整列しｉ番目
の大きさの値Ｘ（０，ｉ）における累積破断確率Ｆを
の基本体積、Ｖfは破壊のプロセスゾーン、ｍ（ｊ）は
材料定数、Ｈave.は鋼中の拡散性水素濃度、γ（ｊ）は
破壊に対する水素と応力の効果の比、σhは静水圧応
力、Ｖは水素のモル体積、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温
度）におけるｍおよびγの初期値をそれぞれｍ（０）お
よびγ（０）と仮定し、前記式（V）よりパラメータＸ
を算出し、これらをＸの値について昇順に整列しｉ番目
の大きさの値Ｘ（０，ｉ）における累積破断確率Ｆを
【０００９】
【数６】
【００１０】とし、Ｘ（０）の分布からｍ（１）および
γ（１）を求め、続いて帰納的にｍ（ｋ）およびγ
（ｋ）（ｋ＝２，３，…，ｎ）を求めていき、ｍ（ｉ−
１）とｍ（ｉ）およびγ（ｉ−１）とγ（ｉ）がともに
有為差がなくなった時点でのｍ（ｉ）およびγ（ｉ）を
用いて前記式（V）より各試験片についてパラメータＸ
を求め、Ｘの最小値Ｘ（ｍｉｎ．）を破断限界パラメー
タとして決定し、評価対象である高硬度鋼からなる部材
の使用条件におけるパラメータＸの値Ｘ（ｕｓｅ）が破
断限界パラメータ未満であれば遅れ破壊を発生しないと
評価することを特徴とする高硬度鋼製部材の評価方法を
提供する。
γ（１）を求め、続いて帰納的にｍ（ｋ）およびγ
（ｋ）（ｋ＝２，３，…，ｎ）を求めていき、ｍ（ｉ−
１）とｍ（ｉ）およびγ（ｉ−１）とγ（ｉ）がともに
有為差がなくなった時点でのｍ（ｉ）およびγ（ｉ）を
用いて前記式（V）より各試験片についてパラメータＸ
を求め、Ｘの最小値Ｘ（ｍｉｎ．）を破断限界パラメー
タとして決定し、評価対象である高硬度鋼からなる部材
の使用条件におけるパラメータＸの値Ｘ（ｕｓｅ）が破
断限界パラメータ未満であれば遅れ破壊を発生しないと
評価することを特徴とする高硬度鋼製部材の評価方法を
提供する。
【００１１】また、この出願の発明は、引張強さが１０
００ＭＰａ以上の高硬度鋼からなる部材であって、部材
として使用する高硬度鋼からｎ本の試験片を用意し、そ
れぞれの試験片について、
００ＭＰａ以上の高硬度鋼からなる部材であって、部材
として使用する高硬度鋼からｎ本の試験片を用意し、そ
れぞれの試験片について、
【００１２】
【数７】
【００１３】（ここで、σeffは最大主応力、Ｖ0は破壊
の基本体積、Ｖfは破壊のプロセスゾーン、ｍ（ｊ）は
材料定数、Ｈave.は鋼中の拡散性水素濃度、γ（ｊ）は
破壊に対する水素と応力の効果の比、σhは静水圧応
力、Ｖは水素のモル体積、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温
度）におけるｍおよびγの初期値をそれぞれｍ（０）お
よびγ（０）と仮定し、前記式（VII）よりパラメータ
Ｘを算出し、これらをＸの値について昇順に整列しｉ番
目の大きさの値Ｘ（０，ｉ）における累積破断確率Ｆを
の基本体積、Ｖfは破壊のプロセスゾーン、ｍ（ｊ）は
材料定数、Ｈave.は鋼中の拡散性水素濃度、γ（ｊ）は
破壊に対する水素と応力の効果の比、σhは静水圧応
力、Ｖは水素のモル体積、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温
度）におけるｍおよびγの初期値をそれぞれｍ（０）お
よびγ（０）と仮定し、前記式（VII）よりパラメータ
Ｘを算出し、これらをＸの値について昇順に整列しｉ番
目の大きさの値Ｘ（０，ｉ）における累積破断確率Ｆを
【００１４】
【数８】
【００１５】とし、Ｘ（０）の分布からｍ（１）および
γ（１）を求め、続いて帰納的にｍ（ｋ）およびγ
（ｋ）（ｋ＝２，３，…，ｎ）を求めていき、ｍ（ｉ−
１）とｍ（ｉ）およびγ（ｉ−１）とγ（ｉ）がともに
有為差がなくなった時点でのｍ（ｉ）およびγ（ｉ）を
用いて前記式（VII）より各試験片についてパラメータ
Ｘを求め、Ｘの最小値Ｘ（ｍｉｎ．）を部材として使用
する高硬度鋼の破断限界パラメータとして決定し、使用
条件におけるパラメータＸの値であるＸ（ｕｓｅ）がＸ
（ｍｉｎ．）未満となるように使用条件が限定されるこ
とを特徴とする高硬度鋼製部材をも提供する。
γ（１）を求め、続いて帰納的にｍ（ｋ）およびγ
（ｋ）（ｋ＝２，３，…，ｎ）を求めていき、ｍ（ｉ−
１）とｍ（ｉ）およびγ（ｉ−１）とγ（ｉ）がともに
有為差がなくなった時点でのｍ（ｉ）およびγ（ｉ）を
用いて前記式（VII）より各試験片についてパラメータ
Ｘを求め、Ｘの最小値Ｘ（ｍｉｎ．）を部材として使用
する高硬度鋼の破断限界パラメータとして決定し、使用
条件におけるパラメータＸの値であるＸ（ｕｓｅ）がＸ
（ｍｉｎ．）未満となるように使用条件が限定されるこ
とを特徴とする高硬度鋼製部材をも提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記のとおり
の特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態に
ついて説明する。
の特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態に
ついて説明する。
【００１７】この出願の発明は、引張強さが１０００Ｍ
Ｐａ以上の高硬度鋼からなる部材が使用条件下で遅れ破
壊を発生するか否かを評価するための高硬度鋼製部材の
評価方法である。
Ｐａ以上の高硬度鋼からなる部材が使用条件下で遅れ破
壊を発生するか否かを評価するための高硬度鋼製部材の
評価方法である。
【００１８】この出願の発明者らは、遅れ破壊発生条件
が、試験片形状、応力条件、環境、水素条件よらず、次
式
が、試験片形状、応力条件、環境、水素条件よらず、次
式
【００１９】
【数９】
【００２０】により一義的に決定されることを見出し、
この出願の発明をなすに至った。ここで、σeffは最大
主応力、Ｖ0は破壊の基本体積、Ｖfは破壊のプロセスゾ
ーン、ｍは材料定数、Ｈave.は鋼中の拡散性水素濃度、
γは破壊に対する水素と応力の効果の比、σhは静水圧
応力、Ｖは水素のモル体積、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温
度である。ｍは、一般に１０〜３０の値をとる。
この出願の発明をなすに至った。ここで、σeffは最大
主応力、Ｖ0は破壊の基本体積、Ｖfは破壊のプロセスゾ
ーン、ｍは材料定数、Ｈave.は鋼中の拡散性水素濃度、
γは破壊に対する水素と応力の効果の比、σhは静水圧
応力、Ｖは水素のモル体積、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温
度である。ｍは、一般に１０〜３０の値をとる。
【００２１】式（IX）におけるｍおよびλは鋼材によっ
て異なるものであるから、この出願の発明である高硬度
鋼部材の評価方法においては、対象となる鋼材について
遅れ破壊試験を実施することによりｍおよびλの決定を
行なう。この出願の発明においては、高硬度鋼からｎ本
の試験片を作成する。
て異なるものであるから、この出願の発明である高硬度
鋼部材の評価方法においては、対象となる鋼材について
遅れ破壊試験を実施することによりｍおよびλの決定を
行なう。この出願の発明においては、高硬度鋼からｎ本
の試験片を作成する。
【００２２】限界拡散性水素量は、試験片を加熱したと
きに３５０℃以下で放出される水素量を示す。水素量の
測定においては、試験片の温度を１時間に５０℃以上８
００℃以下の範囲にある温度条件下で昇温させながら３
５０℃までに試験片より放出された水素を四重極質量分
析計またはガスクロマトグラフィーを用いて定量され
る。
きに３５０℃以下で放出される水素量を示す。水素量の
測定においては、試験片の温度を１時間に５０℃以上８
００℃以下の範囲にある温度条件下で昇温させながら３
５０℃までに試験片より放出された水素を四重極質量分
析計またはガスクロマトグラフィーを用いて定量され
る。
【００２３】まず、ｍおよびγの初期値をそれぞれｍ
（０）およびγ（０）と仮定し、前記式（IX）よりパラ
メータＸを算出し、これらをＸの値について昇順に整列
しｉ番目の大きさの値Ｘ（０，ｉ）における累積破断確
率Ｆを
（０）およびγ（０）と仮定し、前記式（IX）よりパラ
メータＸを算出し、これらをＸの値について昇順に整列
しｉ番目の大きさの値Ｘ（０，ｉ）における累積破断確
率Ｆを
【００２４】
【数１０】
【００２５】とする。そして、Ｘ（０）の分布からｍ
（１）およびγ（１）を求め、続いて帰納的にｍ（ｋ）
およびγ（ｋ）（ｋ＝２，３，…，ｎ）を求めていき、
ｍ（ｉ−１）とｍ（ｉ）およびγ（ｉ−１）とγ（ｉ）
がともに有為差がなくなった時点でのｍ（ｉ）およびγ
（ｉ）を固有の値として決定する。そして、前記式（I
X）より各試験片についてパラメータＸを求め、Ｘの最
小値Ｘ（ｍｉｎ．）を破断限界パラメータとして決定す
る。
（１）およびγ（１）を求め、続いて帰納的にｍ（ｋ）
およびγ（ｋ）（ｋ＝２，３，…，ｎ）を求めていき、
ｍ（ｉ−１）とｍ（ｉ）およびγ（ｉ−１）とγ（ｉ）
がともに有為差がなくなった時点でのｍ（ｉ）およびγ
（ｉ）を固有の値として決定する。そして、前記式（I
X）より各試験片についてパラメータＸを求め、Ｘの最
小値Ｘ（ｍｉｎ．）を破断限界パラメータとして決定す
る。
【００２６】この出願の発明者らは、評価対象である高
硬度鋼からなる部材の使用条件におけるパラメータＸの
値Ｘ（ｕｓｅ）が、破断限界パラメータ未満であれば、
遅れ破壊を発生しないことを見出した。この出願の発明
である高硬度鋼製部材の評価方法においては、Ｘ（ｕｓ
ｅ）≦Ｘ（ｍｉｎ.）を高硬度鋼からなる部材の使用可
能条件と評価する。この使用可能条件は、試験片形状、
応力条件、環境、水素条件等に関わらず成立する。した
がって、この出願の発明である高硬度鋼製部材の評価方
法は、遅れ破壊試験によりＸ（ｍｉｎ.）を求めるが、
一度Ｘ（ｍｉｎ.）を求めさえすれば、遅れ破壊試験を
行なった試験片形状以外の形状を持つ部材についても評
価が可能である。
硬度鋼からなる部材の使用条件におけるパラメータＸの
値Ｘ（ｕｓｅ）が、破断限界パラメータ未満であれば、
遅れ破壊を発生しないことを見出した。この出願の発明
である高硬度鋼製部材の評価方法においては、Ｘ（ｕｓ
ｅ）≦Ｘ（ｍｉｎ.）を高硬度鋼からなる部材の使用可
能条件と評価する。この使用可能条件は、試験片形状、
応力条件、環境、水素条件等に関わらず成立する。した
がって、この出願の発明である高硬度鋼製部材の評価方
法は、遅れ破壊試験によりＸ（ｍｉｎ.）を求めるが、
一度Ｘ（ｍｉｎ.）を求めさえすれば、遅れ破壊試験を
行なった試験片形状以外の形状を持つ部材についても評
価が可能である。
【００２７】また、この出願の発明においては、Ｘ（ｕ
ｓｅ）がＸ（ｍｉｎ.）未満となるように部材を設計す
ることで、一定の使用条件下で遅れ破壊が発生しない部
材の作成が実現する。
ｓｅ）がＸ（ｍｉｎ.）未満となるように部材を設計す
ることで、一定の使用条件下で遅れ破壊が発生しない部
材の作成が実現する。
【００２８】この出願の発明により、任意の単一の条件
下において材料固有のｍおよびγを求めさえすれば、負
荷応力および鋼中水素量が変化しても、再度の実験を行
なうことなく、遅れ破壊が発生しない条件を予測し、遅
れ破壊の生じない鋼高度鋼からなる部材を効率よく設計
することが可能となる。
下において材料固有のｍおよびγを求めさえすれば、負
荷応力および鋼中水素量が変化しても、再度の実験を行
なうことなく、遅れ破壊が発生しない条件を予測し、遅
れ破壊の生じない鋼高度鋼からなる部材を効率よく設計
することが可能となる。
【００２９】この出願の発明は、以上の特徴を持つもの
であるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明す
る。
であるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明す
る。
【００３０】
【実施例】直径１０ｍｍの試験片中央部にノッチ底半径
０．１ｍｍの環状ノッチを有するＴＳ１４００ＭＰａ級
ＳＣＭ４４０鋼（Ｆｅ−０．４０％、Ｃ−０．２４％、
Ｓｉ−０．８％、Ｍｎ−０．０２％、Ｐ−０．００７
％、Ｓ−１．０％、Ｃｒ−０．１５％Ｍｏ）を用いて、
図１に示す手順でステップワイズ遅れ破壊試験を実施し
た。
０．１ｍｍの環状ノッチを有するＴＳ１４００ＭＰａ級
ＳＣＭ４４０鋼（Ｆｅ−０．４０％、Ｃ−０．２４％、
Ｓｉ−０．８％、Ｍｎ−０．０２％、Ｐ−０．００７
％、Ｓ−１．０％、Ｃｒ−０．１５％Ｍｏ）を用いて、
図１に示す手順でステップワイズ遅れ破壊試験を実施し
た。
【００３１】試験方法は、初期負荷荷重を遅れ破壊試験
片の引張強さの０．３３倍とし、１２時間保持した後
に、破断しなかったサンプルについて荷重を遅れ破壊試
験片の引張強さの０．００７倍に増加し、さらに２時間
の保持の間に、試験片が破断した場合には１００℃／ｈ
ｒで水素昇温分析を行い、また、試験片が破断しなかっ
た場合には２時間後に再度荷重を遅れ破壊試験片の引張
強さの０．００７倍に増加した。以上の手順を試験片が
破断するまで行った。
片の引張強さの０．３３倍とし、１２時間保持した後
に、破断しなかったサンプルについて荷重を遅れ破壊試
験片の引張強さの０．００７倍に増加し、さらに２時間
の保持の間に、試験片が破断した場合には１００℃／ｈ
ｒで水素昇温分析を行い、また、試験片が破断しなかっ
た場合には２時間後に再度荷重を遅れ破壊試験片の引張
強さの０．００７倍に増加した。以上の手順を試験片が
破断するまで行った。
【００３２】８個の試験片について調べた結果を表１に
示す。
示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】この結果から、パラメータＸを求めるため
に必要となるｍおよびγをＦＥＭコードＡＢＡＱＵＳ−
Ｓｔａｎｄａｒｄを用いて算出した。具体的な手順を以
下に示す。
に必要となるｍおよびγをＦＥＭコードＡＢＡＱＵＳ−
Ｓｔａｎｄａｒｄを用いて算出した。具体的な手順を以
下に示す。
【００３５】まず、ｍおよびγの初期値をそれぞれｍ
（０）およびγ（０）と仮定し、パラメータＸ（０，
ｉ）（ｉは１〜ｎの自然数）を求め、Ｘ（０，ｉ）を昇
順に並べ、ｉ番目のＸ（０，ｉ）のときの累積破断確率
を、
（０）およびγ（０）と仮定し、パラメータＸ（０，
ｉ）（ｉは１〜ｎの自然数）を求め、Ｘ（０，ｉ）を昇
順に並べ、ｉ番目のＸ（０，ｉ）のときの累積破断確率
を、
【００３６】
【数１１】
【００３７】とする。Ｘ（０）の分布からｍ（１）およ
びγ（１）を求める。ｍ（０）≠ｍ（１）またはγ
（０）≠γ（１）である場合、ｍ（１）およびγ（１）
からそれぞれｍ（２）およびγ（２）を求める。ｍ（ｉ
−１）≒ｍ（ｉ）およびγ（ｉ−１）≒γ（ｉ）が成立
するまでこれを帰納的に繰り返し、それぞれについて有
為差がなくなった時点でのｍ（ｉ）およびγ（ｉ）を試
験片の固有の値として決定する。このｍ（ｉ）およびγ
（ｉ）を用いて、試験片を部材として利用する場合を想
定した条件についてパラメータＸを算出し、Ｘの最小値
Ｘ（ｍｉｎ．）を破断限界パラメータとして決定する。
この実施例の試験片について、ｍ＝２０、γ＝１／６、
Ｘ（ｍｉｎ．）＝２３９９５である。
びγ（１）を求める。ｍ（０）≠ｍ（１）またはγ
（０）≠γ（１）である場合、ｍ（１）およびγ（１）
からそれぞれｍ（２）およびγ（２）を求める。ｍ（ｉ
−１）≒ｍ（ｉ）およびγ（ｉ−１）≒γ（ｉ）が成立
するまでこれを帰納的に繰り返し、それぞれについて有
為差がなくなった時点でのｍ（ｉ）およびγ（ｉ）を試
験片の固有の値として決定する。このｍ（ｉ）およびγ
（ｉ）を用いて、試験片を部材として利用する場合を想
定した条件についてパラメータＸを算出し、Ｘの最小値
Ｘ（ｍｉｎ．）を破断限界パラメータとして決定する。
この実施例の試験片について、ｍ＝２０、γ＝１／６、
Ｘ（ｍｉｎ．）＝２３９９５である。
【００３８】次いで、上記の遅れ破壊試験で用いた試験
片とは形状の異なる試験片を用意し、これらに一定応力
を負荷し、１２時間おきに食塩水を噴霧しながらの暴露
試験を実施した。表２および図２は暴露試験の結果を示
したものである。
片とは形状の異なる試験片を用意し、これらに一定応力
を負荷し、１２時間おきに食塩水を噴霧しながらの暴露
試験を実施した。表２および図２は暴露試験の結果を示
したものである。
【００３９】
【表２】
【００４０】１００本の試験片について暴露試験を実施
した結果、パラメータＸがＸ（ｍｉｎ．）以下の場合に
は、遅れ破壊が全く発生しなかった。一方、Ｘ（ｍｉ
ｎ．）を超えるような場合には、遅れ破壊が発生する確
率が急激に上昇した。
した結果、パラメータＸがＸ（ｍｉｎ．）以下の場合に
は、遅れ破壊が全く発生しなかった。一方、Ｘ（ｍｉ
ｎ．）を超えるような場合には、遅れ破壊が発生する確
率が急激に上昇した。
【００４１】以上から、遅れ破壊試験で用いた試験片と
は形状が異なる試験片についても、パラメータＸの値が
Ｘ（ｍｉｎ．）未満の条件で設計を行なうことで、遅れ
破壊の発生しない部材が実現することが証明された。
は形状が異なる試験片についても、パラメータＸの値が
Ｘ（ｍｉｎ．）未満の条件で設計を行なうことで、遅れ
破壊の発生しない部材が実現することが証明された。
【００４２】以上の実施例で用いた攻守においては、遅
れ破壊の起点として旧γ粒界破壊が観察された。しかし
ながら、最近開発されている鋼材には、遅れ破壊の起点
として旧γ粒界破壊ではなく、擬へき開が観察されるケ
ースが報告されている。破壊起点が旧γ粒界破壊から擬
へき開へと変化することで、材料の水素に対する抵抗が
向上しているといえる。すなわち、限界拡散性水素量が
大きくなっている。この出願の発明に係る高硬度鋼部材
の設計方法においては、鋼材の割れに対する応力および
水素の寄与を定量評価したものであることから、以上の
場合であっても割れ形態に関係なく種々の鋼材に適用可
能である。
れ破壊の起点として旧γ粒界破壊が観察された。しかし
ながら、最近開発されている鋼材には、遅れ破壊の起点
として旧γ粒界破壊ではなく、擬へき開が観察されるケ
ースが報告されている。破壊起点が旧γ粒界破壊から擬
へき開へと変化することで、材料の水素に対する抵抗が
向上しているといえる。すなわち、限界拡散性水素量が
大きくなっている。この出願の発明に係る高硬度鋼部材
の設計方法においては、鋼材の割れに対する応力および
水素の寄与を定量評価したものであることから、以上の
場合であっても割れ形態に関係なく種々の鋼材に適用可
能である。
【００４３】
【発明の効果】この出願の発明によって、以上詳しく説
明したとおり、引張強さが１０００ＭＰａを超えるよう
な高硬度鋼からなる部材が、利用される条件で遅れ破壊
を発生するか否かを調べ、最適な使用条件の設定を行な
うための高硬度鋼製部材の評価方法を提供される。
明したとおり、引張強さが１０００ＭＰａを超えるよう
な高硬度鋼からなる部材が、利用される条件で遅れ破壊
を発生するか否かを調べ、最適な使用条件の設定を行な
うための高硬度鋼製部材の評価方法を提供される。
【００４４】この出願の発明により、これまで実用化さ
れていなかった高硬度鋼からなる部材が広く利用される
こととなり、様々な製品の高強度化および軽量化が実現
することから、その実用化が強く期待される。
れていなかった高硬度鋼からなる部材が広く利用される
こととなり、様々な製品の高強度化および軽量化が実現
することから、その実用化が強く期待される。
【図１】この出願の発明の実施例におけるステップワイ
ズ遅れ破壊試験の手順について示した流れ図である。
ズ遅れ破壊試験の手順について示した流れ図である。
【図２】この出願の発明の実施例において実施された一
定応力を負荷した状態での食塩水暴露試験の結果につい
て示したグラフである。
定応力を負荷した状態での食塩水暴露試験の結果につい
て示したグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 津崎 兼彰
茨城県つくば市千現１丁目２番１号 独立
行政法人物質・材料研究機構内
(72)発明者 井上 忠信
茨城県つくば市千現１丁目２番１号 独立
行政法人物質・材料研究機構内
Ｆターム(参考） 2G055 AA03 BA02 BA11 EA08 EA10
FA01
2G061 AA01 AB03 AB04 AC03 CA02
CB08 DA11
Claims (2)
- 【請求項１】 引張強さが１０００ＭＰａ以上の高硬度
鋼からなる部材が使用条件下で遅れ破壊を発生するか否
かを評価するための高硬度鋼製部材の評価方法であっ
て、部材として使用する高硬度鋼からｎ本の試験片を用
意し、それぞれの試験片について、 【数１】 （ここで、σeffは最大主応力、Ｖ0は破壊の基本体積、
Ｖfは破壊のプロセスゾーン、ｍ（ｊ）は材料定数、Ｈ
ave.は鋼中の拡散性水素濃度、γ（ｊ）は破壊に対する
水素と応力の効果の比、σhは静水圧応力、Ｖは水素の
モル体積、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度）におけるｍお
よびγの初期値をそれぞれｍ（０）およびγ（０）と仮
定し、前記式（I）よりパラメータＸを算出し、これら
をＸの値について昇順に整列しｉ番目の大きさの値Ｘ
（０，ｉ）における累積破断確率Ｆを 【数２】 とし、Ｘ（０）の分布からｍ（１）およびγ（１）を求
め、続いて帰納的にｍ（ｋ）およびγ（ｋ）（ｋ＝２，
３，…，ｎ）を求めていき、ｍ（ｉ−１）とｍ（ｉ）お
よびγ（ｉ−１）とγ（ｉ）がともに有為差がなくなっ
た時点でのｍ（ｉ）およびγ（ｉ）を用いて前記式
（I）より各試験片についてパラメータＸを求め、Ｘの
最小値Ｘ（ｍｉｎ．）を破断限界パラメータとして決定
し、評価対象である高硬度鋼からなる部材の使用条件に
おけるパラメータＸの値Ｘ（ｕｓｅ）が破断限界パラメ
ータ未満であれば遅れ破壊を発生しないと評価すること
を特徴とする高硬度鋼製部材の評価方法。 - 【請求項２】 引張強さが１０００ＭＰａ以上の高硬度
鋼からなる部材であって、部材として使用する高硬度鋼
からｎ本の試験片を用意し、それぞれの試験片につい
て、 【数３】 （ここで、σeffは最大主応力、Ｖ0は破壊の基本体積、
Ｖfは破壊のプロセスゾーン、ｍ（ｊ）は材料定数、Ｈ
ave.は鋼中の拡散性水素濃度、γ（ｊ）は破壊に対する
水素と応力の効果の比、σhは静水圧応力、Ｖは水素の
モル体積、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度）におけるｍお
よびγの初期値をそれぞれｍ（０）およびγ（０）と仮
定し、前記式（III）よりパラメータＸを算出し、これ
らをＸの値について昇順に整列しｉ番目の大きさの値Ｘ
（０，ｉ）における累積破断確率Ｆを 【数４】 とし、Ｘ（０）の分布からｍ（１）およびγ（１）を求
め、続いて帰納的にｍ（ｋ）およびγ（ｋ）（ｋ＝２，
３，…，ｎ）を求めていき、ｍ（ｉ−１）とｍ（ｉ）お
よびγ（ｉ−１）とγ（ｉ）がともに有為差がなくなっ
た時点でのｍ（ｉ）およびγ（ｉ）を用いて前記式（II
I）より各試験片についてパラメータＸを求め、Ｘの最
小値Ｘ（ｍｉｎ．）を部材として使用する高硬度鋼の破
断限界パラメータとして決定し、使用条件におけるパラ
メータＸの値であるＸ（ｕｓｅ）がＸ（ｍｉｎ．）未満
となるように使用条件が限定されることを特徴とする高
硬度鋼製部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001199209A JP4539806B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 高硬度鋼製部材の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001199209A JP4539806B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 高硬度鋼製部材の評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003014599A true JP2003014599A (ja) | 2003-01-15 |
| JP4539806B2 JP4539806B2 (ja) | 2010-09-08 |
Family
ID=19036531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001199209A Expired - Fee Related JP4539806B2 (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 高硬度鋼製部材の評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4539806B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016057163A (ja) * | 2014-09-09 | 2016-04-21 | 新日鐵住金株式会社 | 鋼材の水素脆化の特性評価方法 |
| WO2022097205A1 (ja) * | 2020-11-04 | 2022-05-12 | 日本電信電話株式会社 | 破断確率推定方法 |
-
2001
- 2001-06-29 JP JP2001199209A patent/JP4539806B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JPN6009044656, 高木周作，井上忠信，津崎兼彰，南二三吉, "Ｗｅｉｂｕｌｌ応力による水素割れ感受性評価の検討（遅れ破壊特性評価法の検討−６）", 材料とプロセス, 20000901, Ｖｏｌ．１３， Ｎｏ．６, ｐ．１３７２, JP, 社団法人日本鉄鋼協会 * |
| JPN6009044659, 高木周作，井上忠信，津崎兼彰，南二三吉, "高強度鋼の遅れ破壊安全性評価−水素量を基準とした評価法の検討−", 材料と環境２００１講演集, 20010518, ｐｐ．１３１−１３２, JP, 社団法人腐食防食協会 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2016057163A (ja) * | 2014-09-09 | 2016-04-21 | 新日鐵住金株式会社 | 鋼材の水素脆化の特性評価方法 |
| WO2022097205A1 (ja) * | 2020-11-04 | 2022-05-12 | 日本電信電話株式会社 | 破断確率推定方法 |
| JPWO2022097314A1 (ja) * | 2020-11-04 | 2022-05-12 | ||
| WO2022097314A1 (ja) * | 2020-11-04 | 2022-05-12 | 日本電信電話株式会社 | 破断確率推定方法 |
| JP7464888B2 (ja) | 2020-11-04 | 2024-04-10 | 日本電信電話株式会社 | 破断確率推定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4539806B2 (ja) | 2010-09-08 |
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