JP2004149882A

JP2004149882A - 溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法

Info

Publication number: JP2004149882A
Application number: JP2002318242A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Miyasaka; 明博宮坂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP3740114B2

Abstract

【課題】溶融めっきを施した金属構造部材において、品質を高め、構造部材としての信頼性を向上する。
【解決手段】溶融めっきを施した金属構造部材の品質を高め、構造部材としての信頼性を向上する方法において、金属構造部材に溶融めっきを施した後、（ａ）非破壊検査で欠陥の有無と寸法を確認し、（ｂ）欠陥部に超音波衝撃処理を施し、次いで、（ｃ）品質保証検査で品質の向上を確認する。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融めっきを施した金属構造部材において、欠陥を補修してより品質を高め、構造部材としての信頼性を向上する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、溶融めっきを施した金属構造部材、特に鋼構造部材が、機械構造用部材や、橋梁、土木、建築の大型構造物用部材として広く使用され始めたが、上記構造部材には、高強度化、軽量化とともに、耐久性の向上が一層求められている。
【０００３】
金属構造部材の耐久性は、多くの場合、疲労強度により規定されるので、耐久性向上のために、疲労強度の向上を図ることが試みられる。
【０００４】
疲労強度の向上は、設計的には、部材断面を大きくして応力集中を低減することにより一般的に行われているが、部材表面に僅かの欠陥（例えば、疵）でも存在すれば、その欠陥に応力が集中し、その結果、部材の疲労強度は低下する。
【０００５】
このように、金属構造部材の表面に存在する欠陥は、耐久性を低下させる原因となるので、金属構造部材の耐久性を材質的な点から高めるためには、この欠陥に対する何らかの対策が必要である。
【０００６】
その対策の一つに、疲労が問題となる部分に圧縮残留応力を導入して、実質的な繰り返し応力範囲を小さくし、欠陥を起点として亀裂が発生し、進展するのを抑制する方法がある。
【０００７】
本発明者は、金属構造部材において、疲労に結びつく欠陥を抱える部分の表面に超音波衝撃処理（例えば、振幅２０〜６０μｍ、周波数１９〜６０ｋＨｚ、出力０．２〜３ｋＷで振動する工具で金属表面を打撃する処理）を施して、該表面を所定深さまで塑性変形させ、その部分に圧縮残留応力を導入して、疲労寿命を高める方法を提案した（特許文献１参照）。
【０００８】
この方法により、金属構造部材の耐久性は格段に向上するが、この方法は、溶融めっきを施した金属構造部材を対象とするものではない。
【０００９】
前述したように、溶融めっきを施した金属構造部材においても、一層の耐久性の向上が求められているが、そのためには、めっき被膜を損なうことなく、疲労強度を高める方法の開発が必要である。
【００１０】
【特許文献１】
特願２００１−３０８３５５号の明細書及び図面
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記要請を踏まえ、溶融めっきを施した金属構造部材（以下「溶融めっき金属構造部材」ということがある。）において、めっき被膜を損なうことなく、疲労に結びつく欠陥を抱える部分に圧縮残留応力を導入するとともに、該部分内の微小欠陥を消滅せしめ、その品質を高め、構造部材としての信頼性を向上する方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、特許文献１で提案した方法を基礎に、溶融めっき金属構造部材の疲労強度を高める方法について鋭意検討した。
【００１３】
その結果、亀裂の起点となる欠陥を抱える部分（欠陥部）の表面に、超音波衝撃処理を施し、該表面を深さ１．５ｍｍ程度まで塑性変形せしめると、この塑性変形により、めっき被膜を損なわずに、欠陥部内部に圧縮残留応力を導入することができるとともに、欠陥、特に、深さ１ｍｍ以下の欠陥を潰して消滅できること、さらに、欠陥を潰して消滅できないまでも、残る欠陥の形状を応力が集中し難い形状に改善できることを見いだした。
【００１４】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、その要旨は、以下のとおりである。
【００１５】
（１）溶融めっきを施した金属構造部材の品質を高め、構造部材としての信頼性を向上する方法において、金属構造部材に溶融めっきを施した後、
（ａ）非破壊検査で欠陥の有無と寸法を確認し、
（ｂ）欠陥部に超音波衝撃処理を施し、次いで、
（ｃ）品質保証検査で品質の向上を確認する、
ことを特徴とする溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
【００１６】
（２）前記非破壊検査が、目視検査、浸透探傷検査、磁粉探傷検査又は過流探傷検査のいずれかであることを特徴とする前記（１）に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
【００１７】
（３）前記欠陥が深さ１ｍｍ以下の欠陥であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
【００１８】
（４）前記超音波衝撃処理により、欠陥部の表面を表面深さ１．５ｍｍ程度まで塑性変形することを特徴とする前記（１）、（２）又は（３）に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
【００１９】
（５）前記金属構造部材が鋼構造部材であることを特徴とする前記（１）、（２）、（３）又は（４）に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
【００２０】
（６）前記溶融めっきが溶融亜鉛めっきであることを特徴とする前記（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
【００２１】
（７）前記溶融めっきが溶融鉄−亜鉛合金めっきであることを特徴とする前記（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
【００２２】
【発明の実施の形態】
金属構造部材の疲労特性は、応力集中と残留応力に大きく影響される。金属構造部材が荷重を受けると、応力集中部に転位が蓄積し、それがすべり線の集積となって亀裂が発生し、発生後、亀裂は進展する。
【００２３】
金属構造部材内部に応力が残留していると、実質的な繰り返し応力範囲が拡大して、亀裂の発生・進展、また、欠陥からの亀裂の進展を促進する。このことは、溶融めっきを施した金属構造部材においても同様である。
【００２４】
本発明の金属構造部材は、溶融めっきが可能であれば、どのような金属の構造部材でもよいが、本発明は、特に、鋼構造部材の場合に効果が著しい。
【００２５】
本発明の溶融めっきは、対象とする金属構造物との関係で、適宜、選択できる。例えば、金属構造物が鋼構造部材の場合、溶融亜鉛めっき、溶融錫めっき、溶融鉄−亜鉛合金めっき、溶融鉄−ニッケル合金めっき等を施すことができるが、溶融亜鉛めっきや、溶融鉄−亜鉛合金めっきを施した鋼構造部材において、本発明の効果が著しい。
【００２６】
欠陥の大きさ・深さ・形状等は、目視検査、浸透探傷検査、磁粉探傷検査、過流探傷検査等の非破壊検査で確認できるので、本発明においては、超音波衝撃処理に先立ち、上記いずれかの非破壊検査で欠陥の有無と寸法を確認する。
【００２７】
本発明では、欠陥深さ１ｍｍの欠陥が消滅する程度に超音波衝撃処理を施すが、これは、超音波衝撃処理により欠陥部表面を、表面深さ１．５ｍｍ程度まで塑性変形せしめると、この塑性変形により、表面深さ１ｍｍ程度以下の微小欠陥も塑性変形を受けて消滅するからである。
【００２８】
超音波衝撃処理を継続すれば、表面深さ１ｍｍ程度を超える欠陥も消滅させることができるが、めっき被膜を破損したり、欠陥部内部に圧縮残留応力を過度に導入したりすることになるので好ましくない。
【００２９】
超音波衝撃処理は、通常、振幅２０〜６０μｍ、周波数１９〜６０ｋＨｚ、出力０．２〜３ｋＷで振動する工具で、欠陥部表面を打撃する処理である。
【００３０】
そして、本発明者は、後で説明するように（実施例、参照）、超音波衝撃処理後、溶融亜鉛めっき鋼構造部材の疲労強度が顕著に向上していることを実験的に確認したが、この顕著な疲労強度の向上は、圧縮残留応力の導入、微小欠陥の消滅、及び、欠陥形状の改善により、従来は亀裂の発生源となっていた部分の品質が格段に向上したことによる。
【００３１】
本発明においては、超音波衝撃処理後、欠陥部品質が確かに向上していることを品質保証検査で確認する。品質保証検査は、従来の品質保証検査（浸透探傷検査、磁粉探傷検査、過流探傷検査等）でよいが、本発明者が、特許文献１で提案した品質保証検査を用いることもできる。
【００３２】
このように、本発明によれば、溶融めっき金属構造部材の品質を著しく高め、構造材としての信頼性を顕著に高めることができる。
【００３３】
このことを、実施例により説明するが、本発明は、実施例で採用する条件に限定されるものではない。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
表１に成分組成を示す鋼（板厚１６ｍｍ）を母材とする鋼管に、同じ成分組成を有する共金系の溶接材料を用いてアーク溶接した構造体に、溶融亜鉛めっき（純亜鉛めっき、めっき浴温度４６０℃、浸漬時間１８０秒）を施したものを試験体とした。
【００３５】
本発明例においては、めっき後に、非破壊検査（浸透探傷検査）を実施し、検出された欠陥に対して超音波衝撃処理（振幅４０μｍ、周波数４０ｋＨｚ、出力１ｋＷ）を施した。ハンマーの先端半径は１．５ｍｍとした。比較例においては、溶接及びめっきままの試験体を用いた。
【００３６】
品質保証検査として、浸透探傷検査及び過流探傷検査を適用して、欠陥の有無を確認した。その結果を表２に示す。表２から明らかなように、本発明例１〜４では、欠陥が検出されていないのに対し、溶接及びめっきままの比較例５及び６では、欠陥が検出されていて、本発明の効果が顕著であることが分かる。
【００３７】
【表１】

【００３８】
【表２】

【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、溶融めっきを施した金属構造部材において、めっき被膜を損なうことなく、欠陥部に圧縮残留応力を導入するとともに、欠陥部中の微小欠陥を消滅せしめかつ欠陥形状を改善して、全体的に部材品質を高めることができる。
【００４０】
したがって、本発明は、構造部材として信頼性の高い溶融めっき構造部材を、低コストで提供し、溶融めっき構造部材の普及を図ることができる。

Claims

溶融めっきを施した金属構造部材の品質を高め、構造部材としての信頼性を向上する方法において、金属構造部材に溶融めっきを施した後、
（ａ）非破壊検査で欠陥の有無と寸法を確認し、
（ｂ）欠陥部に超音波衝撃処理を施し、次いで、
（ｃ）品質保証検査で品質の向上を確認する、
ことを特徴とする溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
前記非破壊検査が、目視検査、浸透探傷検査、磁粉探傷検査又は過流探傷検査のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
前記欠陥が深さ１ｍｍ以下の欠陥であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
前記超音波衝撃処理により、欠陥部の表面を表面深さ１．５ｍｍ程度まで塑性変形することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
前記金属構造部材が鋼構造部材であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
前記溶融めっきが溶融亜鉛めっきであることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。
前記溶融めっきが溶融鉄−亜鉛合金めっきであることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の溶融めっき金属構造部材の信頼性向上方法。