JP3892842B2 - 薄鋼板の水素脆化評価装置およびその評価方法 - Google Patents
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Description
「遅れ破壊」(日本工業新聞社、1989年8月31日発行)
本発明は、薄鋼板の使用環境や要求特性を考慮しつつ、それらの特性を正当かつ簡易的に評価できる水素脆化評価装置およびその評価方法を提供する事を目的とする。
本発明者等は、種々の検討を行った結果、薄鋼板の水素脆化特性を評価する手法として、U形状に予加工後、ボルトにて応力負荷し酸性溶液中で電解チャージする事より鋼材の耐水素脆化特性の評価が可能なことを見出した。
(1)電解溶液を保持する電解槽1と、薄鋼板をU曲げ加工し負荷応力を付与したU字状の試験片2に水素チャージを行う陰極3と、前記試験片のU曲げ部における水素濃度分布が、平均水素濃度の50%以内になるように配置された陽極4と、電流発生手段5を有することを特徴とする薄鋼板の水素脆化評価装置。
(2)陽極4が、網状、複数の棒状、スパイラル状又は電解槽1の高さ方向に複数配置された円状であることを特徴とする(1)記載の薄鋼板の水素脆化評価装置。
(3)陽極4が白金からなり、また陰極3の表面が溶液液面以上の高さまで絶縁材からなることを特徴とする(1)又は(2)記載の薄鋼板の水素脆化評価装置。
(4)(1)〜(3)の何れか1項に記載の装置を用いて行う薄鋼板の水素脆化評価方法であって、前記試験片と、前記試験片に接触させた前記陰極と、前記の陽極を前記電解溶液に浸漬し、前記陰極及び陽極に定電流を通電し、前記試験片に水素チャージを行い、前記試験片が破断するまでの時間を測定することを特徴とする薄鋼板の水素脆化評価方法。
(5)破断時の鋼材中の水素量を測定することを特徴とする(4)記載の薄鋼板の水素脆化評価方法。
(6)電解溶液のpHが3〜6であることを特徴とする(4)は(5)記載の薄鋼板の水素脆化評価方法。
(7)電解溶液が塩化ナトリウム溶液及びチオシアン酸アンモニウム溶液からなることを特徴とする(4)〜(6)の何れか1項に記載の薄鋼板の水素脆化評価方法。
(8)試験片のU曲げ半径が1〜20mmであることを特徴とする(4)〜(7)の何れか1項に記載の薄鋼板の水素脆化評価方法。
すなわち、詳細は以下の通りである。U字状の試験片2とする事で、短冊状試験片と異なり、1)残留応力の影響を加味できる(U曲げ加工後のスプリングバックの影響)、2)加工度の影響を加味できる(曲げRを変化させる)、3)切断の影響を加味できる(端面状態を変化させる)、4)負荷応力の影響を加味できる(ボルト締め付け力を変化させる)等の利点がある。
U曲げ部の水素濃度分布は、定電流により水素チャージを1時間行い、その後試験片2のU曲げR部を図9に示すように5等分し、それぞれ鋼中の水素濃度を測定したものと定義し、この時の平均値を平均水素濃度とする。ここで水素濃度はガスクロマトグラフィーにより測定する。
図3は螺旋状の陽極を示す。この時、巻き数及び径の上下限と、好ましい形状は上記図2の場合と同じ理由である。
陽極が白金であると好ましい理由は、陽極を白金とする事で電解液からの腐食が抑えられる上に、優先的に試験片に水素がチャージされるからである。
また、電解槽1内の電解溶液表面まで陰極の表面を絶縁材とする事により、U字状試験片2に水素チャージを行った場合、陰極3には水素がチャージされず試験片2にのみ水素がチャージされ適切な評価が可能となる。ここで、陰極3にはエナメル線などを用いる事が好ましい。
破断時の鋼中水素量の測定はガスクロマトグラフィーにて測定を行う。このように破断時の鋼中水素量を測定する事で、ある負荷応力での鋼の破断に至る限界水素量を求める事ができ、鋼種間の耐水素脆化特性を比較する事ができる。
表1に示す成分(単位は質量%)の鋼を溶製し、常法に従い連続鋳造でスラブとした。この鋼を加熱炉中で1160℃〜1250℃の温度で加熱し、表2に示す通りの条件で熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍を行い、同一成分にて熱処理条件の異なる水素脆化特性に優れるA鋼と、A鋼に比べ水素脆化特性に劣るB鋼を製作した。すなわち、A鋼ではγ単相域から焼き入れ後、600℃で焼き戻すことにより微細組織を焼き戻しマルテンサイトとしているのに対し、B鋼ではγ単相域から焼き入れたままのマルテンサイト組織となっている。これらの機械的性質を表2に示す。ここにあるようにA鋼では焼き戻しによりTSが1400MPaまで低下しているのに対し、B鋼では焼き入れままなので1650MPaと高い強度となっており、更に延性も大きく異なっている。すなわち、A鋼とB鋼とを比較するとA鋼の方が水素脆化特性に優れる事が予想される。
2 試験片
3 陰極
4 陽極
5 電流発生手段
Claims (8)
- 電解溶液を保持する電解槽と、薄鋼板をU曲げ加工し負荷応力を付与したU字状の試験片に水素チャージを行う陰極と、前記試験片のU曲げ部における水素濃度分布が、平均水素濃度の50%以内になるように配置された陽極と、電流発生手段を有することを特徴とする薄鋼板の水素脆化評価装置。
- 陽極が、網状、複数の棒状、スパイラル状又は電解槽の高さ方向に複数配置された円状であることを特徴とする請求項1記載の薄鋼板の水素脆化評価装置。
- 陽極が白金からなり、また溶液液面以上の高さまで陰極の表面が絶縁材からなることを特徴とする請求項1又は2記載の薄鋼板の水素脆化評価装置。
- 請求項1〜3の何れか1項に記載の装置を用いて行う薄鋼板の水素脆化評価方法であって、前記試験片と、前記試験片に接触させた前記陰極と、前記の陽極を前記電解溶液に浸漬し、前記陰極及び陽極に定電流を通電し、前記試験片に水素チャージを行い、前記試験片が破断するまでの時間を測定することを特徴とする薄鋼板の水素脆化評価方法。
- 破断時の鋼材中の水素量を測定することを特徴とする請求項4記載の薄鋼板の水素脆化評価方法。
- 電解溶液のpHが3〜6であることを特徴とする請求項4又は5記載の薄鋼板の水素脆化評価方法。
- 電解溶液が塩化ナトリウム溶液及びチオシアン酸アンモニウム溶液からなることを特徴とする請求項4〜6の何れか1項に記載の薄鋼板の水素脆化評価方法。
- 試験片のU曲げ半径が1〜20mmであることを特徴とする請求項4〜7の何れか1項に記載の薄鋼板の水素脆化評価方法。
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