JP2017003377A - 厚鋼板の脆性破壊伝播停止性能の評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】厚鋼板(板厚:tmm)の板厚方向の所定の位置から、衝撃試験片(幅:Bmm)を採取し、プレスノッチ(初期き裂長さa0)を導入したのち、評価温度T℃で計装化プレスノッチ衝撃試験を実施して試験時の荷重−変位曲線を測定する。そして、得られた荷重−変位曲線から、最大荷重P0および最大荷重までの変位Δを求める。また、試験後の試験片破面から、脆性き裂が停止した位置でのき裂長さafを測定する。これらの測定値から、き裂停止時の応力拡大係数Ksを求め、Kca=Ks×{f(T)/f(B)}+K0から、Kcaを算出し、厚鋼板の脆性破壊伝播停止性能を評価する。これにより、大型試験であるESSO試験を実施することなく、小型試験のみから、厚鋼板の脆性破壊伝播停止性能を精度よく評価することが可能となる。
【選択図】図1
Description
T=[1/{1/(T0+273}+0.000625ln(A/A0)−0.000181(1−t/25)}]−273
で算出される温度T(℃)以下である場合に、大型試験片の脆性破壊伝播停止試験で求められるべき脆性破壊伝播停止性能Kca値は保証温度T0℃でA(N/mm1.5)以上であると判定する。これにより、大型試験によることなく、小型の切欠き付き3点曲げ試験の結果から、板厚効果を考慮することにより、簡易で精度の高い判定が可能になるとしている。
vTCN70J=0.5T0−50
で計算されるvTCN70J以下である場合に、日本溶接協会規格「WES鋼種認定試験方法」(1995)に規定される脆性破壊伝播停止試験で求められる脆性破壊伝播停止性能Kca値がT0℃で3900(N/m1.5)以上であると判定する、としている。
Tk*=35+0.5vTrs*(C)+0.3vTrs*(Q)
(ここで、vTrs*(C):板厚中央部における脆性破面率が75%となる温度、vTrs*(Q):表面から板厚の1/4の位置における脆性破面率が75%となる温度)
で算出されるTk*により、脆性破壊伝播停止性能Kca値が6000N/mm1.5となる温度を推定する、としている。これにより、大型の脆性亀裂伝播試験を行わずに、通常行っているシャルピー衝撃試験と同様のサイズの試験片を用いて、簡便かつ精度良く、厚鋼板の脆性亀裂伝播停止性能を評価できるとしている。
(ここで、E’:平面ひずみ時のヤング率、B:試験片幅、da:き裂増分(脆性き裂長さ)、Δ:荷重低下時の変位、dP:荷重の低下量)
また、試験片の応力拡大係数Kは、作用している応力σを用いて次(5)式で表される。
(4)式、(5)式より、き裂増分と荷重低下量に関する微分方程式を解くことで、き裂停止時の作用応力σsを次(6)式のように導出できる。
また、き裂停止時の試験片の応力拡大係数Ksは、σsを用いて次(7)式で表される。
このき裂停止時の試験片の応力拡大係数Ksに基づき、さらに板厚効果を考慮することにより、対象とする厚鋼板の計装化プレスノッチシャルピー試験の結果から、大型試験を行うことなく、当該厚鋼板の脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを算出することができることを新たに見出した。
(1)厚鋼板(板厚:tmm)の板厚方向の所定の位置から、衝撃試験片(幅Bmm×高さHmm×長さLmm)を採取し、プレスノッチ(初期き裂長さa0)を導入したのち、試験温度T℃で計装化衝撃試験を実施して試験時の荷重−変位曲線を測定し、得られた該荷重−変位曲線から、最大荷重P0および最大荷重までの変位Δを求め、また試験後の試験片破面から、脆性き裂が停止した位置でのき裂長さafを測定し、次(1)〜(3)式
Kca=Ks×{f(T)/f(B)}+K0 ‥‥(1)
を用いて、評価温度T℃での当該厚鋼板の脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを算出し、脆性き裂伝播停止性能を評価することを特徴とする厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
(2)(1)において、前記評価温度T℃に代えて、該評価温度T℃未満の複数の温度で前記計装化衝撃試験を実施し、前記複数の温度での前記当該厚鋼板の脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを算出し、得られた結果から評価温度T℃での当該厚鋼板の脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを外挿近似により推定することを特徴とする厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
(3)(1)または(2)において、前記板厚方向の所定の位置が、板厚中心部位置であることを特徴とする厚鋼板の脆性破壊伝播停止性能の評価方法。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記衝撃試験片が、脆性亀裂の伝播方向にプレスノッチが導入されたシャルピー衝撃試験片であることを特徴とする厚鋼板の脆性破壊伝播停止性能の評価方法。
(5)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記衝撃試験片が、脆性亀裂の伝播方向にプレスノッチが導入されたDWTT試験片であることを特徴とする厚鋼板の脆性破壊伝播停止性能の評価方法。
(6)脆性破壊伝播停止性能に優れた厚鋼板の製造方法であって、所定の製造工程を経て得られた厚鋼板の板厚方向の所定位置から、衝撃試験片を採取し、(1)ないし(4)のいずれかに記載の厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の評価方法を用いて、評価温度T℃での当該厚鋼板の脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを算出し、該算出された脆性き裂伝播停止靭性値Kcaが、評価温度T℃における要求される脆性き裂伝播停止靭性値以上である場合を、脆性き裂伝播停止性能に優れた厚鋼板として製品板とし、選別する工程を有することを特徴とする脆性き裂伝播停止性能に優れた厚鋼板の製造方法。
Kca=Ks×{f(t)/f(B)}+K0 ‥‥(1)
(ここで、Ks:き裂停止時の衝撃試験片の応力拡大係数(N/mm3/2)、f:WES3003に準拠した板厚効果係数、K0:小型試験方法に依存する補正パラメータ(N/mm3/2))
に基づき、脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを算出し、評価対象の厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能を評価する。
f(x)=1−0.05(x−30);x≦35mm、
=54/65−3x/1300;35mm≦x≦100mm
を用いることが好ましい。
K0=90(t−B)−2900
で与えられる。
で表せる。また、σsは、次(3)式
Δ:最大荷重までの変位(Δ)(mm)、B:試験片幅(mm)、t:厚鋼板の元厚(mm)、
E’:平面ひずみ状態でのヤング率(N/mm2)、a0:初期き裂長さ(mm)、
af:脆性き裂が停止した位置でのき裂長さ(mm)、
F:形状係数、
で表せる。
で与えられる。
K0=90(t−B)−2900
を用いて算出した。また、平面ひずみ状態でのヤング率であるE’(N/mm2)は、2.26×106N/mm2とした。また、形状係数Fは、次式
を使用した。また、板厚効果係数fは、WES3003に準拠した関数を使用した。
Claims (6)
- 厚鋼板(板厚:tmm)の板厚方向の所定の位置から、衝撃試験片(幅:Bmm)を採取し、プレスノッチ(初期き裂長さa0)を導入したのち、評価温度T℃で計装化衝撃試験を実施して試験時の荷重−変位曲線を測定し、得られた該荷重−変位曲線から、最大荷重P0および最大荷重までの変位Δを求め、また試験後の試験片破面から、脆性き裂が停止した位置でのき裂長さafを測定し、下記(1)〜(3)式を用いて、評価温度T℃での当該厚鋼板の脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを算出し、脆性き裂伝播停止性能を評価することを特徴とする厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
記
Kca=Ks×{f(T)/f(B)}+K0 ‥‥(1)
f(T)/f(B):WES3003に準拠した板厚効果係数、
K0:試験片寸法および厚鋼板の元厚に関する補正パラメータ(N/mm3/2)、
σs:き裂停止時の作用応力(N/mm2)、σ0:最大荷重(P0)に対する作用応力(N/mm2)、
Δ:最大荷重までの変位(Δ)(mm)、B:試験片幅(mm)、t:厚鋼板の元厚(mm)、
E’:平面ひずみ状態でのヤング率(N/mm2)、a0:初期き裂長さ(mm)、
af:脆性き裂が停止した位置でのき裂長さ(mm)、
F:形状係数(き裂長さaの関数) - 前記評価温度T℃に代えて、該評価温度T℃未満の複数の温度で前記計装化衝撃試験を実施し、前記複数の温度での前記当該厚鋼板の脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを算出し、得られた結果から評価温度T℃での当該厚鋼板の脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを外挿近似により推定することを特徴とする請求項1に記載の厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
- 前記板厚方向の所定の位置が、板厚中心部位置であることを特徴とする請求項1または2に記載の厚鋼板の脆性破壊伝播停止性能の評価方法。
- 前記衝撃試験片が、脆性亀裂の伝播方向にプレスノッチが導入されたシャルピー衝撃試験片であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の厚鋼板の脆性破壊伝播停止性能の評価方法。
- 前記衝撃試験片が、脆性亀裂の伝播方向にプレスノッチが導入されたDWTT試験片であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の厚鋼板の脆性破壊伝播停止性能の評価方法。
- 脆性破壊伝播停止性能に優れた厚鋼板の製造方法であって、所定の製造工程を経て得られた厚鋼板の板厚方向の所定位置から、衝撃試験片を採取し、請求項1ないし4のいずれかに記載の厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の評価方法を用いて、評価温度T℃での当該厚鋼板の脆性き裂伝播停止靭性値Kcaを算出し、該算出された脆性き裂伝播停止靭性値Kcaが、評価温度T℃における要求される脆性き裂伝播停止靭性値以上である場合を、脆性き裂伝播停止性能に優れた厚鋼板として製品板とし、選別する工程を有することを特徴とする脆性き裂伝播停止性能に優れた厚鋼板の製造方法。
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