JP2022014187A - 鋼材の水素脆化感受性の評価方法 - Google Patents
鋼材の水素脆化感受性の評価方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022014187A JP2022014187A JP2020116391A JP2020116391A JP2022014187A JP 2022014187 A JP2022014187 A JP 2022014187A JP 2020116391 A JP2020116391 A JP 2020116391A JP 2020116391 A JP2020116391 A JP 2020116391A JP 2022014187 A JP2022014187 A JP 2022014187A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- test piece
- stress
- hydrogen
- hydrogen embrittlement
- steel material
- 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.)
- Granted
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 110
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 110
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 104
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 176
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 22
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 6
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 16
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 4
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 3
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000023999 pseudocleavage Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
σ=YS×α …(1)
σ<TS …(2)
[式(1)(2)において、σ:狙い付加応力(MPa)、YS:鋼材の降伏強度(MPa)、TS:鋼材の引張強度(MPa)、α:係数(但し、0.5≦α<1.2)である。]
このような荷重制御によってもたらされる破壊は、必ずしも実環境の破面形成過程を十分に反映したものにはならないと推定される。何故なら、鋼材中に侵入した水素は、き裂先端部のような応力集中部に集積するので、実環境の破面形成過程においては、応力集中部の水素濃度が高まると考えられているからである。一方、特許文献3に記載の荷重制御によって、き裂先端の応力が低下すると、き裂先端部の水素濃度も低下すると考えられる。実態の締結部材などでは急激な応力変動及び水素濃度低下は起こらないことから、急激な応力変動を伴う特許文献3の技術は、実環境の破面形成過程を十分に反映できていない。水素脆化感受性の評価結果の信頼性を高めるためには、より実態の破面形成過程に近く、且つより大きな粒界破面率を有する破断面を形成可能な評価方法が必要であると本発明者らは考えた。
(1)本発明の一態様に係る鋼材の水素脆化感受性の評価方法は、試験片に水素をチャージし、且つ、前記試験片に応力集中部を生じさせた状態で、前記試験片に引張応力を加える工程と、前記試験片のひずみ量を一定値に制御する工程と、を備える。
(2)上記(1)に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法では、前記試験片に引張応力を加える前に、前記試験片に、応力集中係数が1超20以下である環状の応力集中領域を形成する工程をさらに備え、前記試験片に引張応力を加えるときに、前記試験片の両端における支持部の軸芯がなす角度を0°超3°以下としてもよい。
(3)上記(2)に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法では、前記応力集中領域を、環状切欠き、Vノッチ、Uノッチ、または丸穴としてもよい。
(4)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法では、前記試験片の、長手方向に垂直な断面の形状を円とし、前記試験片の直径を3~25mmとしてもよい。
(5)上記(1)~(4)のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法では、前記試験片への水素のチャージを継続しながら、又は前記試験片への水素のチャージの終了後に前記試験片に水素逃散防止処理をしてから、前記試験片に引張応力を加え、その前記ひずみ量を一定値に制御してもよい。
(6)上記(1)~(5)のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法では、前記試験片のひずみ量が前記一定値の80%に達するまでの応力速度を10MPa/秒以上としてもよい。
(7)上記(1)~(6)のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法では、前記試験片の前記ひずみ量の制御精度を10μm未満としてもよい。
(8)上記(1)~(7)のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法は、前記水素のチャージ量と、ひずみ量の保持時間が規定値に達した際に前記試験片に破断を生じさせない引張応力の最大値との関係を求める工程をさらに備えてもよい。
水素をチャージした試験片1に引張応力を加えて破断させる場合、まず試験片1に初期き裂121が発生し、次いでき裂12が進展する。通常、水素がチャージされた鋼材において、初期き裂121を生じさせる破壊の形態は、粒界破壊あるいは擬へき開破壊などの、水素性の破壊形態(以下、水素性の破壊)である。そして、き裂12の進展に伴い、破壊形態が水素性の破壊から延性破壊に変化する。さらにき裂が進展すると、へき開破壊が大半の脆性破壊へと変化する。そのため、水素をチャージした試験片の引張破断面においては、き裂の発生箇所及びその近傍(即ち初期き裂121)のみが粒界破面あるいは擬へき開破壊となり、その周囲の領域は延性破面、さらに外側は脆性破面となる。
しかしながら、試験片を引張破断させる際に生じる初期き裂121が1つであるとは限らない。初期き裂121が複数箇所において形成されて、各初期き裂121からき裂12が進展する場合も少なくない。初期き裂121が複数箇所において形成された場合、き裂12の進展が不安定となり、たとえひずみ量を一定に制御していたとしても、脆性破壊から延性破壊への遷移が極めて生じやすくなる。例えば図2に示されるように、複数箇所における初期き裂121からき裂12が進展すると、き裂12の先端同士の間で延性破壊が生じ、試験片1において急激に破壊が進行する。この場合、得られる破断面には延性破面が生じる。
まず、工程S1において、評価対象である鋼材から製造された試験片1に、引張応力を加える。引張応力を試験片1に加えるに際し、試験片1に水素をチャージし、さらに、試験片1に応力集中部111を生じさせる。
・応力集中領域の形状:ノッチ深さ1.4mm、ノッチ角度60°であり、
(試験片1)底部の曲率半径Rが0.175mmのVノッチ環状切欠き
(試験片2)底部の曲率半径Rが0.100mmのVノッチ環状切欠き
(試験片3)底部の曲率半径Rが0.175mmのVノッチ環状切欠き
・試験片硬さ:
(試験片1)硬さ390HV
(試験片2)硬さ390HV
(試験片3)硬さ340HV
・水素のチャージ量:0.5~2.5ppm
・応力速度:ひずみ量が一定値に達するまで、26MPa/秒
・ひずみ量:応力が設定された初期応力に達した時点でのひずみ量で、一定保持
・ひずみ量の保持時間:1200秒
・応力集中領域の形状:ノッチ深さ1.4mm、ノッチ角度60°、ノッチ底部の曲率半径Rが0.175mm
・水素チャージ方法:陰極電解チャージ
・水素チャージ量:1.0ppm
・応力速度:ひずみ量が一定値に達するまで、26MPa/秒
・発明例におけるひずみ量の制御精度:1μm
・発明例の初期荷重:18.3kN
・比較例の荷重:14.9~22.3kN
・試験片に引張応力を加えるときの、試験片の両端における支持部の軸芯がなす角度:1°
・保持時間:最大7200秒
11 応力集中領域
111 応力集中部
12 き裂
121 初期き裂
13 支持部
2 支持具
Claims (8)
- 試験片に水素をチャージし、且つ、前記試験片に応力集中部を生じさせた状態で、前記試験片に引張応力を加える工程と、
前記試験片のひずみ量を一定値に制御する工程と、
を備える鋼材の水素脆化感受性の評価方法。 - 前記試験片に引張応力を加える前に、前記試験片に、応力集中係数が1超20以下である環状の応力集中領域を形成する工程をさらに備え、
前記試験片に引張応力を加えるときに、前記試験片の両端における支持部の軸芯がなす角度を0°超3°以下とする
ことを特徴とする請求項1に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法。 - 前記応力集中領域を、環状切欠き、Vノッチ、Uノッチ、または丸穴とすることを特徴とする請求項2に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法。
- 前記試験片の、長手方向に垂直な断面の形状を円とし、
前記試験片の直径を3~25mmとする
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法。 - 前記試験片への水素のチャージを継続しながら、又は前記試験片への水素のチャージの終了後に前記試験片に水素逃散防止処理をしてから、前記試験片に引張応力を加え、その前記ひずみ量を一定値に制御することを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法。
- 前記試験片のひずみ量が前記一定値の80%に達するまでの応力速度を10MPa/秒以上とすることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法。
- 前記試験片の前記ひずみ量の制御精度を10μm未満とすることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法。
- 前記水素のチャージ量と、ひずみ量の保持時間が規定値に達した際に前記試験片に破断を生じさせない引張応力の最大値との関係を求める工程をさらに備える請求項1~7のいずれか一項に記載の鋼材の水素脆化感受性の評価方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020116391A JP7469654B2 (ja) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 鋼材の水素脆化感受性の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020116391A JP7469654B2 (ja) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 鋼材の水素脆化感受性の評価方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022014187A true JP2022014187A (ja) | 2022-01-19 |
JP7469654B2 JP7469654B2 (ja) | 2024-04-17 |
Family
ID=80185283
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020116391A Active JP7469654B2 (ja) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 鋼材の水素脆化感受性の評価方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7469654B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115017695A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-06 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种确定埋地管道干扰电流安全区间的氢脆试验方法 |
CN115014955A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-06 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种模拟在干扰电流和阴极保护下埋地管道氢脆试验方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005351693A (ja) | 2004-06-09 | 2005-12-22 | Toyota Motor Corp | 耐遅れ破壊特性評価方法 |
JP2007199024A (ja) | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Toyota Motor Corp | 鉄鋼材料の遅れ破壊試験方法、ボルトの遅れ破壊方法及び遅れ破壊試験用治具 |
JP5081175B2 (ja) | 2008-07-28 | 2012-11-21 | 株式会社神戸製鋼所 | 鋼材の耐水素割れ性の評価方法 |
JP2011191254A (ja) | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Ntn Corp | 転がり接触・ねじり負荷作用金属材料の水素侵入下のせん断疲労特性の評価方法 |
JP6910317B2 (ja) | 2018-03-28 | 2021-07-28 | 株式会社神戸製鋼所 | 金属材料の遅れ破壊評価法 |
WO2020261422A1 (ja) | 2019-06-26 | 2020-12-30 | 日本電信電話株式会社 | 鉄筋の水素脆化破断リスクの評価方法 |
-
2020
- 2020-07-06 JP JP2020116391A patent/JP7469654B2/ja active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115017695A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-06 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种确定埋地管道干扰电流安全区间的氢脆试验方法 |
CN115014955A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-06 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种模拟在干扰电流和阴极保护下埋地管道氢脆试验方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7469654B2 (ja) | 2024-04-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2022014187A (ja) | 鋼材の水素脆化感受性の評価方法 | |
JP5552209B2 (ja) | 適応的インパルス、その規格化エネルギーおよびそれらの合間の休止を生成し、かつ適用することにより、特定の特性を有する材料およびジョイントを改変または作製するための方法 | |
US10359090B2 (en) | Compression coil spring and method for producing same | |
Zerbst et al. | Review on fracture and crack propagation in weldments–A fracture mechanics perspective | |
Patwardhan et al. | An estimation of Ramberg-Osgood constants for materials with and without Luder’s strain using yield and ultimate strengths | |
JP2010054494A (ja) | 鋼材の耐水素割れ性の評価方法 | |
Limodin et al. | Axial fatigue of a gas‐nitrided quenched and tempered AISI 4140 steel: effect of nitriding depth | |
Scharf et al. | Hydrogen embrittlement of DP‐1000 flat steel sheet: Influence of mechanical properties, specimen geometry, pre‐damaging and electrolytically zinc galvanizing | |
Zhu et al. | Failure mechanisms and fatigue strength assessment of a low strength Cr− Ni− Mo− V steel welded joint: coupled frequency and size effects | |
Elsea et al. | Hydrogen-Induced, Delayed, Brittle Failures of High-Strength Steels | |
Renk et al. | Cyclic deformation behavior of a 316L austenitic stainless steel processed by high pressure torsion | |
Jing et al. | Effect of Volume Fraction of Gradient Nanograined Layer on Low‐Cycle Fatigue Behavior of Cu | |
Murakami et al. | Low cycle fatigue damage and critical crack length affecting loss of fracture ductility | |
JP6910317B2 (ja) | 金属材料の遅れ破壊評価法 | |
Kovshova et al. | The assessment of damage and resource of vessel and apparatus elements, taking into account the adaptation of the material to long-term quasistatic loading | |
RU2380210C2 (ru) | Способ изготовления стальных маслосъемных поршневых колец | |
Haryadi et al. | Fatigue crack growth and probability assessment for transverse TIG welded Aluminum alloy 6013-t4 | |
Duchosal et al. | Analysis of weld-cracking and improvement of the weld-repair process of superplastic forming tools | |
Zhao | Setting bar-bending requirements for high-strength steel bars | |
JP2011140858A (ja) | 耐久性に優れたコンクリート柱 | |
JP2020126031A (ja) | 超音波疲労試験用試験片及び超音波疲労試験方法 | |
Chapetti et al. | Fracture mechanics analysis of a fatigue failure of a parabolic spring | |
Pelleg et al. | Cyclic Stress–Fatigue | |
Couvant et al. | PWSCC susceptibility in heat affected zones of alloy 600 | |
Guizani et al. | Experimental characterization and fatigue behavior of thermally and mechanically treated 316L stainless steel MIG-welded joints |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230317 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231102 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231107 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231220 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240305 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240318 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7469654 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |