JP2004130321A - 耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品 - Google Patents
耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004130321A JP2004130321A JP2002294826A JP2002294826A JP2004130321A JP 2004130321 A JP2004130321 A JP 2004130321A JP 2002294826 A JP2002294826 A JP 2002294826A JP 2002294826 A JP2002294826 A JP 2002294826A JP 2004130321 A JP2004130321 A JP 2004130321A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cold
- strain
- worked
- brittle fracture
- groove
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
Abstract
【課題】供用中に弾性範囲を超える負荷が与えられても脆性破壊の発生を回避できる鋼冷間加工品を提供する。
【解決手段】製品形状に冷間加工された際の加工歪みを保持したまま供用され、供用中に該冷間加工部に弾性限を越える大きな塑性歪を受ける鋼冷間加工品において、前記冷間加工部表面に脆性破壊を防止するための深さ0.01mm以上、かつ長さ1mm以上の歪局所化溝が複数配設されていることを特徴とする、耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
【選択図】 図1
【解決手段】製品形状に冷間加工された際の加工歪みを保持したまま供用され、供用中に該冷間加工部に弾性限を越える大きな塑性歪を受ける鋼冷間加工品において、前記冷間加工部表面に脆性破壊を防止するための深さ0.01mm以上、かつ長さ1mm以上の歪局所化溝が複数配設されていることを特徴とする、耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品に関し、特に、冷間加工により成形された厚みが概ね6mm程度以上の鋼冷間加工品であって、供用中に弾性範囲を超える負荷が与えられても脆性破壊の発生に対する抵抗力を高めた鋼冷間加工品に関するものであって、本発明は、産業上、建築、土木、造船、タンク、圧力容器、機械部品などの幅広い分野において価値の極めて高い発明である。
【0002】
【従来の技術】
建築、土木、造船、タンク、圧力容器、機械部品などの産業分野で多用される厚手鋼材の加工製品は、曲げ加工などの冷間加工を受けた冷間加工部に、冷間加工後、熱処理が施されることはあっても、さらに機械的な表面加工が施されることは稀であり、塗装がなされ完成するのが一般的である。
冷間加工部は、無加工の場合に比較して強度が上昇し、破壊靱性が低下しているため、弾性変形を越える大きな歪が生じた場合には、脆性破壊する可能性が高まることが知られている。例えば、1997年に半田らが「材料とプロセス」に報告している引用文献1において、鉄骨部材が座屈によって大きな塑性変形を受けた後に逆方向の負荷を受け脆性破壊を起こした事例が示されている。
【0003】
このような鋼材の脆性破壊を防止するためには、(1)冷間加工部の傷を少なくする、(2)素材の破壊靱性を向上させ、冷間加工による破壊靱性の低下が起こっても脆性破壊の防止に十分な破壊靱性を確保する等の対策が考えられる。上記対策(1)について、例えば引用文献2では、0.05mm以上の表面粗さは許されておらず、けがき線やポンチの傷も完成後には残すことができない。
【0004】
上記対策(2)について、鋼材の破壊靱性の管理指標としてのシャルピー衝撃値が規定されることがある。例えば、上記、引用文献2の道路橋示方書(I共通編・II鋼橋編)・同解説では、冷間曲げ加工を受ける鋼材のシャルピー衝撃値と化学成分の窒素が規定されている。そこには板厚の5倍以上の内側半径となる曲げ加工を受ける場合、JIS Z 2242に規定されるシャルピー衝撃試験の結果が200J(=20.4kgf・m)以上かつ鋼中の窒素が0.006質量%以下と素材の特性で規定されており、部材全体に高靱性鋼材を用いる必要がある。
【0005】
【引用文献】
(1)引用文献1(講演論文「兵庫県南部地震により座屈した鋼材の脆性破壊発生機構」)
(2)引用文献2(平成8年12月に社団法人の日本道路協会から発行されている道路橋示方書(I共通編・II鋼橋編)・同解説)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記対策(1)のような冷間加工を受けた製品の粗さや傷の検査を行った結果明確な傷がなくても、前述したように弾性限を越える大きな歪を受けた冷間加工部は脆性破壊する場合があるため、脆性破壊に対する防止効果は限定的である。また、上記対策(2)では、破壊靱性の高い鋼材は高価であり、冷間加工を受けない部分の破壊靱性を必要以上に高くする必要があり合理的でない。そこで、本発明は、製品の冷間加工部の傷の検査レベルを従来と変えることなく、また、冷間加工を受けない素材部の破壊靱性を必要以上に上げることなく、供用中に弾性限を越える大きな歪を受ける冷間加工部からの脆性破壊に対する抵抗を高めた鋼冷間加工品を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋼材の脆性破壊の発生と延性き裂の発生特性の研究を進めた結果、鋼製品の冷間加工部表面に所定の寸法の傷を所定の間隔で加工することによって、部材の断面をほとんど減少させることなく、脆性き裂の発生に対する抵抗を大きく向上させることができることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものであって、その要旨とするところは、下記のとおりである。
(1)製品形状に冷間加工された際の加工歪みを保持したまま供用され、供用中に該冷間加工部に弾性限を越える大きな塑性歪を受ける鋼冷間加工品において、前記冷間加工部表面に脆性破壊を防止するための深さ0.01mm以上、かつ長さ1mm以上の歪局所化溝が複数配設されていることを特徴とする、耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
【0008】
(2)前記歪局所化溝がその表面に配設されている冷間加工部の加工歪みが、相当塑性歪で2%以上の歪であることを特徴とする、上記(1)に記載の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
(3)前記歪局所化溝は、その個々の寸法が、深さで0.01mm以上0.2mm以下、長さで1mm以上10mm以下、幅で0.01mm以上0.5mm以下の寸法を有し、かつ、その長さ方向が負荷を受ける方向に対し概ね直角となる方向を有することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
(4)前記歪局所化溝は、長さ方向には互いに1mm以上5mm以下の間隔を有し、かつ幅方向には互いに0.2mm以上2mm以下の間隔を有するように配設されていることを特徴とする、上記(3)に記載の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品である。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、鋼材の脆性破壊の発生と延性き裂の発生に関する研究を進めるうちに、冷間加工を受けた鋼部材であって0.01mm以上の深さの傷が無い表面がなめらかな部材の曲げ試験において、部材の表面に深さ0.01mm以上0.2mm以下の1つの溝を加工した場合には脆性破壊が起こり易くなる場合があるものの、同様の溝を複数表面に加工した場合には、延性き裂が発生し易くなり、その結果、部材表面応力が低下して溝以外の部分の表面歪が低下するため、脆性破壊が起こりにくくなることを実験的に確認した。
【0010】
この現象は、次のように説明される。(a)弾性限を越える負荷により溝のある部材の表面の応力分布が溝の部分で応力集中を起こし、溝の部分だけに塑性歪が集中する。(b)溝の部分への歪集中により延性き裂が発生し進行するが、溝の深さが浅いため、深さ方向の進行より溝の幅の拡大の方が顕著となる。(c)このため溝の先端が鋭くなりにくく、脆性破壊の原因となる溝の先端の応力集中が制限される。(d)さらに、同様の溝が多数ある場合には同様の条件の溝が近傍に多数存在するため、傷の幅の拡大による巨視的な表面歪の解放が起こるため溝を加工した部位の応力が低下する。(e)これらの効果が複合して、脆性破壊が防止できるものと考えられる。
【0011】
そこで、表面に加工する溝(歪局所化溝)の寸法と間隔について鋭意検討し、所定の寸法で脆性破壊防止の効果が高いことを実験的に確認した。その結果、図1に示す耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品の例である。さらに、冷間加工部の表面応力を低減させるという本発明の効果を十分に発揮できるよう本発明者らが鋭意検討した結果、歪局所化溝の形状や間隔に関しては、図4のg、hに示すような実施形態が最も好ましいものであることも判明した。その詳細は次の通りである。
【0012】
(1)歪局所化溝の深さ
歪局所化溝の深さDは、0.01mm未満では応力集中の度合が低く延性き裂の起点となる確立が極端に低くなるため、0.01mm以上の深さが必要である。深さの上限については、本発明の効果が得られるかぎり特に限定する必要はないが、部材の形状や鋼の材質によっては歪局所化溝の応力集中度を低めに管理すべき場合もあるため、そのような場合は深さ0.2mm以下とするのが好ましい。
【0013】
(2)歪局所化溝の長さ
歪局所化溝の長さLは、1mm未満では冷間加工部の歪の緩和の度合いが小さく脆性破壊防止効果を期待できないためLは1mm以上とする必要がある。長さの上限については、本発明の効果が得られる限り特に限定する必要はない。ただし、特に歪勾配のある部位では、長すぎると一つの歪局所化溝に歪が集中することがあるため、10mm以下に限定する方が好ましい。
【0014】
(3)歪局所化溝の幅
歪局所化溝の幅Wは、大きくなると溝としての形状の効果は薄れるが、溝の片側が段差形状として依然として応力集中に寄与するので、本発明の効果が得られる限り特に限定する必要はない。ただし、部材形状や供用中の歪分布などにより、あまり溝の幅を大きくすると、延性き裂の起点になりにくくなり、本発明の効果が得られなくなる場合は0.5mm以下とするのが好ましい。特に、歪局所化溝が浅い場合には幅も小さくするのが望ましい。また、溝加工の上からは、幅0.01mm以上が好ましい。
【0015】
(4)歪局所化溝先端形状
歪局所化溝の先端形状は特に限定しないが、著しい鈍角もしくは大きな円弧状の場合には延性き裂が発生しにくくなり本発明の効果が低下するので、できるだけ鋭く加工するのが望ましい。
【0016】
(5)歪局所化溝の間隔
複数の歪局所化溝同士の間隔dについては、本発明の効果が得られる限り特に限定する必要はない。ただし、特に歪集中の大きな部位では、歪局所化溝の長さ方向の間隔が5mm超、または、歪局所化溝の直角方向の間隔が2mm超では、複数の歪局所化溝を配設しているにも拘わらず、特定の歪局所化溝のみに歪が集中して脆性破壊を助長する危険性が高まるため、歪局所化溝の長さ方向には5mm以下、歪局所化溝の直角方向には2mm以下の間隔を持たせるのが望ましい。また、溝加工の上からは、歪局所化溝の長さ方向には1mm以上、歪局所化溝の直角方向には0.2mm以上の間隔を持たせるのが望ましい。
【0017】
(6)歪局所化溝の加工の範囲
歪局所化溝の溝加工の範囲Aは、作用する応力が集中する部位を中心に鋼板の厚さの3倍程度以上であれば良いが、応力集中が予め明確でない場合には2%歪以上の加工を受けた冷間加工部全域に溝加工するのが望ましい。また、圧縮による冷間加工により鋼材表面に皺状の凸凹ができている場合にはこの皺を削除してからあらためて溝加工することが望ましい。
【0018】
歪局所化溝を設ける方法は、本発明では特に規定しない。実用的な具体的方法としては、けがき針等で部材に所定の歪局所化溝を加工することや、工場等での多量生産の場合にはあらかじめ部材の寸法に応じて多数の加工爪をつけた治具を製作し、部材にこすりつけることにより歪局所化溝を加工する方法などが考えられる。本発明の効果を最大限に発揮させるためには、それぞれの歪局所化溝に均等に歪の局所化をさせることが望ましいため、歪局所化溝の大きさをできるだけそろえておくことが望ましい。
【0019】
なお、歪局所化溝の方向は作用応力に対して直角であることが望ましいが、両者のなす角度が45°以上90°未満であっても発明の特性上ある程度の効果が期待できる。また、主応力方向が2方向以上想定される場合には、それぞれの方向に対して歪局所化溝の加工を行うことにより本発明の効果を発揮することができる。本発明を適用できる材料の素材は鋼材全般であるが、一つの歪局所化溝への集中を避けるため、加工硬化のある材料の方が効果が大きく、降伏応力800N/mm2以下、かつ、引張強さと降伏応力の差が50N/mm2以上である鋼材が望ましい。
【0020】
【実施例】
(実施例1)
本発明の実施例として以下の方法で行った冷間加工部材の曲げ試験結果の例を取り上げて説明する。
(1)冷間加工を行った部材は、板厚35mmのJIS G 3106 SM490B材であり、図2に示すこの材料から試験片4を切り出し、冷間加工をする部分5は粗さ区分値1.6−Sで加工した。この試験片を先端の曲率半径Rが20mmのポンチ6を用いて図3の様に三点曲げにより60°角度まで曲げによる冷間加工を行った。なお、試験片の内側にはポンチの押し傷が付かないように銅板8で保護した。
【0021】
(2)冷間加工後、冷間加工部内側にけがき針を用いて図4に示すようなパターンa、b、c、d、e、f、g、h、iの歪局所化溝の加工を行った。パターンaは歪局所化溝一本のみ、パターンbは歪局所化溝3本を3mm間隔に、パターンcは歪局所化溝10本を1mm間隔にした。パターンd、パターンe及びパターンfはパターンcの歪局所化溝を断続的にし、歪局所化溝の長さ方向の間隔をそれぞれ1mm、3mm、5mmとした。さらにパターンg、パターンh、パターンiではそれぞれパターンd、パターンe及びパターンfの歪局所化溝を互い違いに加工した。なお、歪局所化溝の長さは3mmとし、深さは0.03mmから0.06mmであった。
【0022】
(3)次に、試験片を図5の様に三点曲げにより、逆方向負荷を行い脆性破壊性能を確認した。
(4)実験の結果を表1にまとめて示す。パターンaが脆性破壊し、他は脆性破壊せず表面に延性き裂の発生が確認できた。パターンbでは3mm程度の特に深い延性き裂が発生したが、パターンc〜iでは延性き裂が1mm以下のごく浅いものであった。
【0023】
【表1】
【0024】
(5)パターンd、e、fの比較ではパターンfの延性き裂深さが相対的に大きいが、いずれも歪局所化溝の開口が小さく表面応力の緩和が小さいと考えられる。また、パターンg、h、iの比較ではパターンiの延性き裂深さが相対的に大きく、パターンhでは隣の歪局所化溝から発生した延性き裂とつながる場合があった。またパターンdとg、パターンeとh、パターンfとiの比較ではそれぞれ後者の方が歪局所化溝の開口量が大きい結果となった。
【0025】
(6)以上の実験から、脆性破壊が発生しなくても大きな延性き裂が生じる条件では断面積の減少が懸念されるため延性き裂深さや長さ方向の進展の小さいものが望ましく、表面応力の緩和のためには歪局所化溝の開口が必要であることから最も有効な歪局所化溝のパターンはhであることを確認したが、d、e、f、g、iの歪局所化溝も大きな延性き裂の発生もなく脆性破壊防止に効果があることがわかった。b、cについては脆性破壊防止の効果は見られたものの延性き裂が進展したため望ましくない。これらの結果を基に歪局所化溝の寸法、分布形態を限定した。
【0026】
【発明の効果】
本発明により、大地震などによる大きな負荷が冷間加工により製造された鋼構造部材にかかった際、応力の集中する冷間加工部に浅い延性き裂を多数分散させて発生させることにより応力の集中を低減し、脆性破壊の発生を防止することができ、構造物の破壊安全性を高めることができる。
さらに、本発明が開示する歪局所化溝は、極めて浅いため、材料強度の部材断面に影響を与えないため、溝加工を行わない場合とで構造設計に影響を与えずに脆性破壊性能を向上させることができる。したがって、本発明は、産業上、特に建築、土木、造船、タンク、圧力容器、機械などの幅広い産業分野において価値の極めて高い発明であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品の例を斜視図で示す図である。
【図2】本発明の実施例で用いた鋼冷間加工品の加工前の素材形状を斜視図で示す図である。
【図3】本発明の実施例で行った冷間加工を正面図で説明する図である。
【図4】本発明の冷間加工部に加工した歪局所化溝のパターンの例を説明する図である。
【図5】本発明の実施例の逆曲げによる破壊試験を正面図で説明する図である。
【符号の説明】
1 鋼冷間加工品
2 歪局所化溝
3 鋼冷間加工品が供用中に受ける負荷の方向
4 実施例の試験片
5 歪局所化溝を加工する部位
6 ポンチ
7 曲げ試験機受け(ダイス)
8 銅板
9 冷間加工時の曲げ負荷方向
10 逆曲げ負荷方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品に関し、特に、冷間加工により成形された厚みが概ね6mm程度以上の鋼冷間加工品であって、供用中に弾性範囲を超える負荷が与えられても脆性破壊の発生に対する抵抗力を高めた鋼冷間加工品に関するものであって、本発明は、産業上、建築、土木、造船、タンク、圧力容器、機械部品などの幅広い分野において価値の極めて高い発明である。
【0002】
【従来の技術】
建築、土木、造船、タンク、圧力容器、機械部品などの産業分野で多用される厚手鋼材の加工製品は、曲げ加工などの冷間加工を受けた冷間加工部に、冷間加工後、熱処理が施されることはあっても、さらに機械的な表面加工が施されることは稀であり、塗装がなされ完成するのが一般的である。
冷間加工部は、無加工の場合に比較して強度が上昇し、破壊靱性が低下しているため、弾性変形を越える大きな歪が生じた場合には、脆性破壊する可能性が高まることが知られている。例えば、1997年に半田らが「材料とプロセス」に報告している引用文献1において、鉄骨部材が座屈によって大きな塑性変形を受けた後に逆方向の負荷を受け脆性破壊を起こした事例が示されている。
【0003】
このような鋼材の脆性破壊を防止するためには、(1)冷間加工部の傷を少なくする、(2)素材の破壊靱性を向上させ、冷間加工による破壊靱性の低下が起こっても脆性破壊の防止に十分な破壊靱性を確保する等の対策が考えられる。上記対策(1)について、例えば引用文献2では、0.05mm以上の表面粗さは許されておらず、けがき線やポンチの傷も完成後には残すことができない。
【0004】
上記対策(2)について、鋼材の破壊靱性の管理指標としてのシャルピー衝撃値が規定されることがある。例えば、上記、引用文献2の道路橋示方書(I共通編・II鋼橋編)・同解説では、冷間曲げ加工を受ける鋼材のシャルピー衝撃値と化学成分の窒素が規定されている。そこには板厚の5倍以上の内側半径となる曲げ加工を受ける場合、JIS Z 2242に規定されるシャルピー衝撃試験の結果が200J(=20.4kgf・m)以上かつ鋼中の窒素が0.006質量%以下と素材の特性で規定されており、部材全体に高靱性鋼材を用いる必要がある。
【0005】
【引用文献】
(1)引用文献1(講演論文「兵庫県南部地震により座屈した鋼材の脆性破壊発生機構」)
(2)引用文献2(平成8年12月に社団法人の日本道路協会から発行されている道路橋示方書(I共通編・II鋼橋編)・同解説)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記対策(1)のような冷間加工を受けた製品の粗さや傷の検査を行った結果明確な傷がなくても、前述したように弾性限を越える大きな歪を受けた冷間加工部は脆性破壊する場合があるため、脆性破壊に対する防止効果は限定的である。また、上記対策(2)では、破壊靱性の高い鋼材は高価であり、冷間加工を受けない部分の破壊靱性を必要以上に高くする必要があり合理的でない。そこで、本発明は、製品の冷間加工部の傷の検査レベルを従来と変えることなく、また、冷間加工を受けない素材部の破壊靱性を必要以上に上げることなく、供用中に弾性限を越える大きな歪を受ける冷間加工部からの脆性破壊に対する抵抗を高めた鋼冷間加工品を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋼材の脆性破壊の発生と延性き裂の発生特性の研究を進めた結果、鋼製品の冷間加工部表面に所定の寸法の傷を所定の間隔で加工することによって、部材の断面をほとんど減少させることなく、脆性き裂の発生に対する抵抗を大きく向上させることができることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものであって、その要旨とするところは、下記のとおりである。
(1)製品形状に冷間加工された際の加工歪みを保持したまま供用され、供用中に該冷間加工部に弾性限を越える大きな塑性歪を受ける鋼冷間加工品において、前記冷間加工部表面に脆性破壊を防止するための深さ0.01mm以上、かつ長さ1mm以上の歪局所化溝が複数配設されていることを特徴とする、耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
【0008】
(2)前記歪局所化溝がその表面に配設されている冷間加工部の加工歪みが、相当塑性歪で2%以上の歪であることを特徴とする、上記(1)に記載の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
(3)前記歪局所化溝は、その個々の寸法が、深さで0.01mm以上0.2mm以下、長さで1mm以上10mm以下、幅で0.01mm以上0.5mm以下の寸法を有し、かつ、その長さ方向が負荷を受ける方向に対し概ね直角となる方向を有することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
(4)前記歪局所化溝は、長さ方向には互いに1mm以上5mm以下の間隔を有し、かつ幅方向には互いに0.2mm以上2mm以下の間隔を有するように配設されていることを特徴とする、上記(3)に記載の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品である。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、鋼材の脆性破壊の発生と延性き裂の発生に関する研究を進めるうちに、冷間加工を受けた鋼部材であって0.01mm以上の深さの傷が無い表面がなめらかな部材の曲げ試験において、部材の表面に深さ0.01mm以上0.2mm以下の1つの溝を加工した場合には脆性破壊が起こり易くなる場合があるものの、同様の溝を複数表面に加工した場合には、延性き裂が発生し易くなり、その結果、部材表面応力が低下して溝以外の部分の表面歪が低下するため、脆性破壊が起こりにくくなることを実験的に確認した。
【0010】
この現象は、次のように説明される。(a)弾性限を越える負荷により溝のある部材の表面の応力分布が溝の部分で応力集中を起こし、溝の部分だけに塑性歪が集中する。(b)溝の部分への歪集中により延性き裂が発生し進行するが、溝の深さが浅いため、深さ方向の進行より溝の幅の拡大の方が顕著となる。(c)このため溝の先端が鋭くなりにくく、脆性破壊の原因となる溝の先端の応力集中が制限される。(d)さらに、同様の溝が多数ある場合には同様の条件の溝が近傍に多数存在するため、傷の幅の拡大による巨視的な表面歪の解放が起こるため溝を加工した部位の応力が低下する。(e)これらの効果が複合して、脆性破壊が防止できるものと考えられる。
【0011】
そこで、表面に加工する溝(歪局所化溝)の寸法と間隔について鋭意検討し、所定の寸法で脆性破壊防止の効果が高いことを実験的に確認した。その結果、図1に示す耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品の例である。さらに、冷間加工部の表面応力を低減させるという本発明の効果を十分に発揮できるよう本発明者らが鋭意検討した結果、歪局所化溝の形状や間隔に関しては、図4のg、hに示すような実施形態が最も好ましいものであることも判明した。その詳細は次の通りである。
【0012】
(1)歪局所化溝の深さ
歪局所化溝の深さDは、0.01mm未満では応力集中の度合が低く延性き裂の起点となる確立が極端に低くなるため、0.01mm以上の深さが必要である。深さの上限については、本発明の効果が得られるかぎり特に限定する必要はないが、部材の形状や鋼の材質によっては歪局所化溝の応力集中度を低めに管理すべき場合もあるため、そのような場合は深さ0.2mm以下とするのが好ましい。
【0013】
(2)歪局所化溝の長さ
歪局所化溝の長さLは、1mm未満では冷間加工部の歪の緩和の度合いが小さく脆性破壊防止効果を期待できないためLは1mm以上とする必要がある。長さの上限については、本発明の効果が得られる限り特に限定する必要はない。ただし、特に歪勾配のある部位では、長すぎると一つの歪局所化溝に歪が集中することがあるため、10mm以下に限定する方が好ましい。
【0014】
(3)歪局所化溝の幅
歪局所化溝の幅Wは、大きくなると溝としての形状の効果は薄れるが、溝の片側が段差形状として依然として応力集中に寄与するので、本発明の効果が得られる限り特に限定する必要はない。ただし、部材形状や供用中の歪分布などにより、あまり溝の幅を大きくすると、延性き裂の起点になりにくくなり、本発明の効果が得られなくなる場合は0.5mm以下とするのが好ましい。特に、歪局所化溝が浅い場合には幅も小さくするのが望ましい。また、溝加工の上からは、幅0.01mm以上が好ましい。
【0015】
(4)歪局所化溝先端形状
歪局所化溝の先端形状は特に限定しないが、著しい鈍角もしくは大きな円弧状の場合には延性き裂が発生しにくくなり本発明の効果が低下するので、できるだけ鋭く加工するのが望ましい。
【0016】
(5)歪局所化溝の間隔
複数の歪局所化溝同士の間隔dについては、本発明の効果が得られる限り特に限定する必要はない。ただし、特に歪集中の大きな部位では、歪局所化溝の長さ方向の間隔が5mm超、または、歪局所化溝の直角方向の間隔が2mm超では、複数の歪局所化溝を配設しているにも拘わらず、特定の歪局所化溝のみに歪が集中して脆性破壊を助長する危険性が高まるため、歪局所化溝の長さ方向には5mm以下、歪局所化溝の直角方向には2mm以下の間隔を持たせるのが望ましい。また、溝加工の上からは、歪局所化溝の長さ方向には1mm以上、歪局所化溝の直角方向には0.2mm以上の間隔を持たせるのが望ましい。
【0017】
(6)歪局所化溝の加工の範囲
歪局所化溝の溝加工の範囲Aは、作用する応力が集中する部位を中心に鋼板の厚さの3倍程度以上であれば良いが、応力集中が予め明確でない場合には2%歪以上の加工を受けた冷間加工部全域に溝加工するのが望ましい。また、圧縮による冷間加工により鋼材表面に皺状の凸凹ができている場合にはこの皺を削除してからあらためて溝加工することが望ましい。
【0018】
歪局所化溝を設ける方法は、本発明では特に規定しない。実用的な具体的方法としては、けがき針等で部材に所定の歪局所化溝を加工することや、工場等での多量生産の場合にはあらかじめ部材の寸法に応じて多数の加工爪をつけた治具を製作し、部材にこすりつけることにより歪局所化溝を加工する方法などが考えられる。本発明の効果を最大限に発揮させるためには、それぞれの歪局所化溝に均等に歪の局所化をさせることが望ましいため、歪局所化溝の大きさをできるだけそろえておくことが望ましい。
【0019】
なお、歪局所化溝の方向は作用応力に対して直角であることが望ましいが、両者のなす角度が45°以上90°未満であっても発明の特性上ある程度の効果が期待できる。また、主応力方向が2方向以上想定される場合には、それぞれの方向に対して歪局所化溝の加工を行うことにより本発明の効果を発揮することができる。本発明を適用できる材料の素材は鋼材全般であるが、一つの歪局所化溝への集中を避けるため、加工硬化のある材料の方が効果が大きく、降伏応力800N/mm2以下、かつ、引張強さと降伏応力の差が50N/mm2以上である鋼材が望ましい。
【0020】
【実施例】
(実施例1)
本発明の実施例として以下の方法で行った冷間加工部材の曲げ試験結果の例を取り上げて説明する。
(1)冷間加工を行った部材は、板厚35mmのJIS G 3106 SM490B材であり、図2に示すこの材料から試験片4を切り出し、冷間加工をする部分5は粗さ区分値1.6−Sで加工した。この試験片を先端の曲率半径Rが20mmのポンチ6を用いて図3の様に三点曲げにより60°角度まで曲げによる冷間加工を行った。なお、試験片の内側にはポンチの押し傷が付かないように銅板8で保護した。
【0021】
(2)冷間加工後、冷間加工部内側にけがき針を用いて図4に示すようなパターンa、b、c、d、e、f、g、h、iの歪局所化溝の加工を行った。パターンaは歪局所化溝一本のみ、パターンbは歪局所化溝3本を3mm間隔に、パターンcは歪局所化溝10本を1mm間隔にした。パターンd、パターンe及びパターンfはパターンcの歪局所化溝を断続的にし、歪局所化溝の長さ方向の間隔をそれぞれ1mm、3mm、5mmとした。さらにパターンg、パターンh、パターンiではそれぞれパターンd、パターンe及びパターンfの歪局所化溝を互い違いに加工した。なお、歪局所化溝の長さは3mmとし、深さは0.03mmから0.06mmであった。
【0022】
(3)次に、試験片を図5の様に三点曲げにより、逆方向負荷を行い脆性破壊性能を確認した。
(4)実験の結果を表1にまとめて示す。パターンaが脆性破壊し、他は脆性破壊せず表面に延性き裂の発生が確認できた。パターンbでは3mm程度の特に深い延性き裂が発生したが、パターンc〜iでは延性き裂が1mm以下のごく浅いものであった。
【0023】
【表1】
【0024】
(5)パターンd、e、fの比較ではパターンfの延性き裂深さが相対的に大きいが、いずれも歪局所化溝の開口が小さく表面応力の緩和が小さいと考えられる。また、パターンg、h、iの比較ではパターンiの延性き裂深さが相対的に大きく、パターンhでは隣の歪局所化溝から発生した延性き裂とつながる場合があった。またパターンdとg、パターンeとh、パターンfとiの比較ではそれぞれ後者の方が歪局所化溝の開口量が大きい結果となった。
【0025】
(6)以上の実験から、脆性破壊が発生しなくても大きな延性き裂が生じる条件では断面積の減少が懸念されるため延性き裂深さや長さ方向の進展の小さいものが望ましく、表面応力の緩和のためには歪局所化溝の開口が必要であることから最も有効な歪局所化溝のパターンはhであることを確認したが、d、e、f、g、iの歪局所化溝も大きな延性き裂の発生もなく脆性破壊防止に効果があることがわかった。b、cについては脆性破壊防止の効果は見られたものの延性き裂が進展したため望ましくない。これらの結果を基に歪局所化溝の寸法、分布形態を限定した。
【0026】
【発明の効果】
本発明により、大地震などによる大きな負荷が冷間加工により製造された鋼構造部材にかかった際、応力の集中する冷間加工部に浅い延性き裂を多数分散させて発生させることにより応力の集中を低減し、脆性破壊の発生を防止することができ、構造物の破壊安全性を高めることができる。
さらに、本発明が開示する歪局所化溝は、極めて浅いため、材料強度の部材断面に影響を与えないため、溝加工を行わない場合とで構造設計に影響を与えずに脆性破壊性能を向上させることができる。したがって、本発明は、産業上、特に建築、土木、造船、タンク、圧力容器、機械などの幅広い産業分野において価値の極めて高い発明であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品の例を斜視図で示す図である。
【図2】本発明の実施例で用いた鋼冷間加工品の加工前の素材形状を斜視図で示す図である。
【図3】本発明の実施例で行った冷間加工を正面図で説明する図である。
【図4】本発明の冷間加工部に加工した歪局所化溝のパターンの例を説明する図である。
【図5】本発明の実施例の逆曲げによる破壊試験を正面図で説明する図である。
【符号の説明】
1 鋼冷間加工品
2 歪局所化溝
3 鋼冷間加工品が供用中に受ける負荷の方向
4 実施例の試験片
5 歪局所化溝を加工する部位
6 ポンチ
7 曲げ試験機受け(ダイス)
8 銅板
9 冷間加工時の曲げ負荷方向
10 逆曲げ負荷方向
Claims (4)
- 製品形状に冷間加工された際の加工歪みを保持したまま供用され、供用中に該冷間加工部に弾性限を越える大きな塑性歪を受ける鋼冷間加工品において、前記冷間加工部表面に脆性破壊を防止するための深さ0.01mm以上、かつ長さ1mm以上の歪局所化溝が複数配設されていることを特徴とする、耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
- 前記歪局所化溝がその表面に配設されている冷間加工部の加工歪みが、相当塑性歪で2%以上の歪であることを特徴とする、請求項1に記載の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
- 前記歪局所化溝は、その個々の寸法が、深さで0.01mm以上0.2mm以下、長さで1mm以上10mm以下、幅で0.01mm以上0.5mm以下の寸法を有し、かつ、その長さ方向が負荷を受ける方向に対し概ね直角となる方向を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
- 前記歪局所化溝は、長さ方向には互いに1mm以上5mm以下の間隔を有し、かつ幅方向には互いに0.2mm以上2mm以下の間隔を有するように配設されていることを特徴とする、請求項3に記載の耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002294826A JP2004130321A (ja) | 2002-10-08 | 2002-10-08 | 耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002294826A JP2004130321A (ja) | 2002-10-08 | 2002-10-08 | 耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004130321A true JP2004130321A (ja) | 2004-04-30 |
Family
ID=32285256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002294826A Withdrawn JP2004130321A (ja) | 2002-10-08 | 2002-10-08 | 耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004130321A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012255551A (ja) * | 2012-07-05 | 2012-12-27 | Yamaha Motor Co Ltd | コンロッドの製造方法 |
JP2013166164A (ja) * | 2012-02-15 | 2013-08-29 | Kobe Steel Ltd | 金属板の曲げ加工方法 |
CN115472968A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-13 | 厦门海辰储能科技股份有限公司 | 加强组件、液冷板、液冷板的制造方法及储能装置 |
-
2002
- 2002-10-08 JP JP2002294826A patent/JP2004130321A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013166164A (ja) * | 2012-02-15 | 2013-08-29 | Kobe Steel Ltd | 金属板の曲げ加工方法 |
JP2012255551A (ja) * | 2012-07-05 | 2012-12-27 | Yamaha Motor Co Ltd | コンロッドの製造方法 |
CN115472968A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-13 | 厦门海辰储能科技股份有限公司 | 加强组件、液冷板、液冷板的制造方法及储能装置 |
CN115472968B (zh) * | 2022-09-29 | 2023-12-26 | 厦门海辰储能科技股份有限公司 | 加强组件、液冷板、液冷板的制造方法及储能装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108698096B (zh) | 钢带的冲口设备、钢带的冲口方法、冷轧设备及冷轧方法 | |
WO2017057466A1 (ja) | プレス金型による切断加工方法 | |
JP2014231094A (ja) | せん断加工方法 | |
WO2016136909A1 (ja) | せん断加工方法 | |
WO2013061982A1 (ja) | 金属部材の疲労亀裂進展抑制方法及び疲労亀裂進展抑制された金属部材 | |
MX368493B (es) | Metodos para procesar termomecanicamente acero para herramientas y herramientas hechas a partir de aceros para herramientas termomecanicamente procesados. | |
KR100676333B1 (ko) | 초음파 충격 처리에 의한 냉간 가공부의 강도 향상 방법 및파괴 인성 및 피로 강도가 높은 금속 제품 | |
US11633811B2 (en) | Method of peening lap fillet welded joint and welded structures | |
JP2004130321A (ja) | 耐脆性破壊特性に優れた鋼冷間加工品 | |
KR20140066250A (ko) | 용접 구조물의 피로 손상 억제 방법, 타격흔 형성용 공구 및, 용접 구조물 | |
JP5493687B2 (ja) | せん断加工条件の設定方法 | |
CN109641294B (zh) | 剪切加工方法 | |
Chen et al. | The controlled fracture technique and its application in metalworking | |
US11826857B2 (en) | Steel sheet and member | |
JP6729174B2 (ja) | 剪断加工方法 | |
JP4414978B2 (ja) | 疲労き裂発生・進展抑止特性に優れた異幅金属板部材およびそれを用いた金属製構造物 | |
JP4235176B2 (ja) | 超音波衝撃処理による金属切断面の疲労強度向上方法および長寿命の金属製品 | |
US11401565B2 (en) | Sheet metal forming die laser surface hardening process | |
JP6747416B2 (ja) | 打撃痕形成用工具および溶接継手の作製方法 | |
JPH10176241A (ja) | 切断およびボルト孔加工の容易な高靱性高力ボルト接合スプライスプレート用鋼板およびこの鋼板を用いたスプライスプレート | |
JP2017002627A (ja) | 直線形鋼矢板試験片、直線形鋼矢板試験装置、及び直線形鋼矢板試験方法 | |
JP2004337938A (ja) | 疲労強度の高い溶接継手 | |
WO2019070075A1 (ja) | スポット溶接継手の製造方法、並びにスポット溶接用鋼板、及びスポット溶接用鋼板部材 | |
Maier et al. | Distribution of the mechanical properties of a complexly deformed component of low carbon steel influenced by post-heat treatment | |
JPH10280097A (ja) | 切断及びボルト孔加工の容易な高靱性高力ボルト接合スプライスプレート用鋼板または形鋼 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |