JPH05142203A - 高強度材料の耐環境割れ特性診断法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高強度材料に損傷を与えることなく、高強度
材料の耐環境割れ特性を耐環境割れの発生前に事前にか
つ非破壊的に診断する。 【構成】 励磁された継鉄の磁束を検出し、この検出値
から被試験材のＢ−Ｈ曲線を求め、Ｂ−Ｈ曲線から被試
験材の保磁力Ｈｃと残留磁気Ｂｒと透磁率μを求める。
被試験材と実質的に同質であるが硬度が異なった複数の
基準材を作成し、各基準材の硬度Ｈｖを測定し、各基準
材のＢ−Ｈ曲線を求め、各基準材の保磁力Ｈｃと残留磁
気Ｂｒと透磁率μを求め、基準材に関するＢｒ−Ｈｖ曲
線とＨｃ−Ｈｖ曲線とμ−Ｈｖ曲線とを求める。試験材
の保磁力Ｈｃと残留磁気Ｂｒと透磁率μを使用して、基
準材のＢｒ−Ｈｖ曲線とＨｃ−Ｈｖ曲線とμ−Ｈｖ曲線
から被試験材の硬度Ｈｖを推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高強度材料の耐環境割れ
特性診断法に係り、特に化学工業や水力機械や軽水型原
子炉などの腐食環境において使用される高強度鉄鋼材料
の環境割れ感受性を非破壊的に検出する高強度材料の耐
環境割れ特性診断法に関する。

【０００２】

【従来の技術】腐食環境において使用される高強度鉄鋼
材料は、応力腐食割れや水素脆化や遅れ破壊等の破壊が
発生することがある。鉄鋼材料の環境割れ感受性は材料
の機械的特性、例えば引張り強度や硬度と強い関連を有
するので、腐食環境では余裕を持った強度で使用され
る。しかしながら、機器の製造過程では熱処理・溶接等
の熱履歴や機械加工による変形を受け、この変形部分は
材料特性が変化し耐環境割れ特性が低下することがあ
る。このため、これらの機器は定期的に超音波やＸ線を
利用した非破壊検査によって環境割れ等による欠陥発生
の有無を検査し、機器の本格的な損傷を未然に防止して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の超音
波やＸ線を利用した非破壊検査法は欠陥の発生を定期的
かつ事後的に検出するものであるため、たまたま定期点
検時が欠陥の発生直前である場合にはその潜在的な欠陥
を検出することができず、次の定期点検時までにその欠
陥が成長し大きな事故に至る恐れがある。このため、従
来の非破壊検査法では上述の事故を回避するために定期
点検を頻繁に行う必要があり、これは保守管理費の大幅
な増大を招来すると共に点検すべき機器の稼働率を大幅
に低下させるといった問題があった。

【０００４】また、耐環境割れ特性は材料の機械的特性
と密接な関係が存在するので、この材料の硬度や引張り
強度等の機械的特性を測定することによって耐環境割れ
特性を診断することが可能である。しかしながら、従来
の材料の機械的特性の測定は、硬度の測定のように機器
の測定部位に圧痕等の傷を付けたり、または機器からサ
ンプルを切り出す必要があり、いずれにしても機器表面
に損傷を与えることになるため、機器そのものの健全性
を低下させるという問題がある。そこで、本発明の目的
は、高強度材料に損傷を与えることなく、高強度材料の
耐環境割れ特性を耐環境割れの発生前に事前にかつ非破
壊的に診断することができる高強度材料の耐環境割れ特
性診断法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明による高強度材料の耐環境割れ特性診断法は、
高透磁率材料製の継鉄の一端及び他端を夫々被試験材の
表面に接触させて閉磁回路を形成し、上記継鉄を励磁
し、この励磁された継鉄の磁束を検出し、この検出値か
ら上記被試験材の磁気特性を求める第１工程と、上記被
試験材と実質的に同質であるが硬度が異なった複数の基
準材の各々について、硬度を測定すると共に、上記継鉄
を接触させて閉磁回路を形成し上記継鉄を励磁しこの励
磁された基準材の磁束を検出しこの検出値から上記基準
材の磁気特性を求めて、上記基準材に関する硬度と磁気
特性との関係を求める第２工程と、上記硬度と磁気特性
の関係に基づき上記被試験材の磁気特性から上記被試験
材の硬度を推定し、この硬度の推定値から上記被試験材
の耐環境割れ特性を診断する第３工程とを具備すること
を特徴とするものである。

【０００６】

【作用】第１工程によって被試験材の磁気特性を求め、
第２工程によって基準材に関する硬度と磁気特性との関
係を求める。第３工程において、基準材に関する硬度と
磁気特性の関係に基づき被試験材の磁気特性から被試験
材の硬度を推定する。材料の硬度と耐環境割れ特性との
関係は既知であるので、この被試験材の硬度推定値から
耐環境割れ特性を求めることができる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明による高強度材料の耐環境割れ
特性診断法の一実施例を図面を参照して説明する。図１
において、ステップＳ１では高強度鉄鋼材料の診断対象
部位のＢ−Ｈ（磁束−磁化力）曲線を測定する。この測
定は次のように行われる。先ず、図２に示したようなＳ
ＵＳ４０３鋼製の軸受ディスクからなる被試験材１の診
断対象部位ａ〜ｌにマークを付ける。図３及び図４に示
したように、被試験材１の各診断対象部位ａ〜ｌにコ字
形の継鉄２をその一端２ａと他端２ｂとが接触するよう
に載置する。この継鉄２は純鉄等の高透磁率材料製であ
り、被試験材１の診断対象部位ａ〜ｌと共に閉磁回路を
構成する。継鉄２には励磁コイル３と磁束検出コイル４
とが巻回され、この励磁コイル３には電流制御機能を具
備した電源５が接続され、磁束検出コイル４には磁束計
６が接続されている。記録計７はシャント８を介して電
源５に接続されると共に磁束計６の出力に接続されてい
る。電源４は励磁コイル３に、最大電流をＩｍａｘとし
た時に、＋Ｉｍａｘ→０→−Ｉｍａｘ→０→＋Ｉｍａｘ
に変化する電流を供給し、継鉄２を励磁する。磁束検出
コイル４は継鉄２と被試験材１とからなる閉磁回路の磁
束量に応じた出力を発生し、磁束計６はこの磁束検出コ
イル４の出力に基づき閉磁回路の磁束量を測定し、記録
計７はこの磁束量を図５に示したヒステリシスループと
して記録する。また、最大電流の値Ｉｍａｘを変化させ
て夫々のヒステリシスループを結ぶことによってＢ−Ｈ
曲線を得ることができる。このようにして求めたヒステ
リシスループ及びＢ−Ｈ曲線は、継鉄２が純鉄等の高透
磁率材料製であるため、近似的に被試験材１の診断対象
部位の磁気特性と見做すことができる。

【０００８】ステップＳ２では図５のヒステリシス曲線
から診断対象部位の保磁力Ｈｃと残留磁気Ｂｒを算出
し、Ｂ−Ｈ曲線の傾きから透磁率μを算出する。下記の
表１に被試験材１の各診断対象部位ａ〜ｌの保磁力Ｈｃ
と残留磁気Ｂｒと透磁率μとを示す。

【０００９】

【表１】 ステップＳ３では、診断対象部位と同一のＳＵＳ４０３
鋼製の基準材を複数個用意し、これらの基準材を例え
ば、１０５０°Ｃ／４ｈ焼鈍した後に水焼入れし、４０
０〜６００°Ｃの範囲で焼戻し処理を施すことによっ
て、硬度Ｈｖが夫々異なった複数個の基準材を作成す
る。ステップＳ４ではステップＳ３で作成した複数の基
準材のヴィッカース硬度Ｈｖを測定する。ステップＳ５
では、ステップ１及びステップ２と全く同様に図３及び
図４に示した磁気特性測定装置を用いて基準材の各々に
ついてヒステリシスループ及びＢ−Ｈ曲線を求め、基準
材の保磁力Ｈｃと残留磁気Ｂｒと透磁率μを算出する。
ステップ６では、ステップ４とステップ５で求めた各基
準材のヴィッカース硬度Ｈｖと保磁力Ｈｃと残留磁気Ｂ
ｒと透磁率μとから、図６に示したＨｖ−Ｈｃ曲線と図
７に示したＨｖ−Ｂｒ曲線と図８に示したＨｖ−μ曲線
と求める。

【００１０】ステップＳ７ではステップ２で求めた被試
験材１の保磁力Ｈｃと残留磁気Ｂｒと透磁率μの各値を
用いて、図６、図７、図８の各曲線から、被試験材１の
診断対象部位ａ〜ｌのヴィッカース硬度Ｈｖを推定す
る。これらのヴィッカース硬度推定値Ｈｖを上記の表１
に示す。図９は高温純水中における高強度鋼の応力腐食
割れ深さとヴィッカース硬度Ｈｖとの関係（出典：Ｍ．
ＴＳＵＢＯＴＡ，Ｋ．ＨＡＴＴＯＲＩ，Ｔ．ＫＡＮＥＫ
Ｏ，Ｔ．ＯＫＡＤＡ，４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅ
ｎｔａｌ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｔｅｒ
ｉａｌｓ，Ｇｅｙｋｉｌｌｓｌａｎｄ，１９８９．）を
表したものである。この図から分かるように高強度鋼の
応力腐食割れ感受性は、材料の硬度に密接に関連し、材
料の化学組成に無関係にＨｖ＝３００〜３４０を越える
と著しく増大する。

【００１１】従って、ステップ８ではステップ７で求め
た被試験材１のヴィッカース硬度推定値Ｈｖが３００以
上であるか未満であるかを調べ、以上である場合にはス
テップ９で環境割れ発生の可能性があると診断し、未満
の場合にはステップ１０で環境割れ発生の可能性が無し
と診断する。この診断結果は表１にＯと×によって示さ
れている。

【００１２】上記の本発明による高強度材料の耐環境割
れ特性診断法の実施例が実際に有効であることを例証す
るための実験結果を以下に示す。図１０は応力腐食割れ
試験装置を示したもので、この試験装置は下治具９と上
治具１０とこれらの両治具９、１０を締め付けるボルト
１１とから構成される。耐環境割れ特性診断を行った被
試験材１の診断対象部位ａ〜ｌから切り出された５０ｍ
ｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの板状試験片１２が隙間材のグラ
ファイト１３とスペーサ１４と共に両治具９、１０の間
に装着される。この試験片１２が装着された試験装置を
２８８°Ｃの高温水中に５００時間浸漬した後に、試験
片１２の断面を切断し顕微鏡によって環境割れの有無を
観察する。この観察結果によると、図１１に示したよう
に診断対象部位ｃ，ｄ，ｅ，ｈ，ｌから切り出した試験
片にのみ割れが発生しており、上述した本発明の実施例
による高強度材料の耐環境割れ特性診断法の診断結果と
完全に一致している。

【００１３】なお、ステップ１とステップ２及びステッ
プ５におけるＢ−Ｈ曲線の作成や保磁力Ｈｃと残留磁気
Ｂｒと透磁率μの算出は磁束検出コイル４の出力をコン
ピューターで演算することによって求めることもでき
る。また、上記実施例では高強度材料として高強度鉄鋼
材料を使用した。しかしながら、本発明は高強度鉄鋼材
料以外の高強度材料についても適用することができるこ
とはいうまでもない。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、高透磁率材料製の継鉄の一端及び他端を夫々被
試験材の表面に接触させて閉磁回路を形成し、上記継鉄
を励磁し、この励磁された継鉄の磁束を検出し、この検
出値から上記被試験材の磁気特性を求めると共に、上記
被試験材と実質的に同質であるが硬度が異なった複数の
基準材の各々について、硬度を測定すると共に、上記継
鉄を接触させて閉磁回路を形成し上記継鉄を励磁しこの
励磁された基準材の磁束を検出しこの検出値から上記基
準材の磁気特性を求めて、上記基準材に関する硬度と磁
気特性との関係を求め、上記硬度と磁気特性の関係に基
づき上記被試験材の磁気特性から上記被試験材の硬度を
推定し、この硬度の推定値から上記被試験材の耐環境割
れ特性を診断するため、高強度材料に損傷を与えること
なく、高強度材料の耐環境割れ特性を耐環境割れの発生
前に事前にかつ非破壊的に診断することができる。従っ
て各種の腐食環境中で使用される高強度材料機器の破壊
を未然に防止しその信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高強度材料の耐環境割れ特性診断
法の実施例を示したフローチャート。

【図２】耐環境割れ特性診断される軸受ディスクを示し
た平面図と断面図。

【図３】上記実施例で使用される磁気特性測定装置の要
部を示した概略図。

【図４】上記実施例で使用される磁気特性測定装置の全
体を示した概略図。

【図５】磁気特性測定装置が測定した磁化力と磁束密度
とのヒステリシス曲線を示したグラフ。

【図６】Ｈｖ−Ｈｃ曲線を示したグラフ図。

【図７】Ｈｖ−Ｂｒ曲線を示したグラフ。

【図８】Ｈｖ−μ曲線を示したグラフ。

【図９】高強度鋼に関する応力腐食割れ深さとヴィッカ
ース硬度Ｈｖとの関係を示したグラフ。

【図１０】応力腐食割れ試験装置を示した概略図。

【図１１】応力腐食割れ試験装置による実験結果を示し
たグラフ。

【符号の説明】

１ 被試験材 ２ 継鉄 ３ 励磁コイル ４ 磁束検出コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高透磁率材料製の継鉄の一端及び他端を夫
   々被試験材の表面に接触させて閉磁回路を形成し、上記
   継鉄を励磁し、この励磁された継鉄の磁束を検出し、こ
   の検出値から上記被試験材の磁気特性を求める第１工程
   と、上記被試験材と実質的に同質であるが硬度が異なっ
   た複数の基準材の各々について、硬度を測定すると共
   に、上記継鉄を接触させて閉磁回路を形成し上記継鉄を
   励磁しこの励磁された基準材の磁束を検出しこの検出値
   から上記基準材の磁気特性を求めて、上記基準材に関す
   る硬度と磁気特性との関係を求める第２工程と、上記硬
   度と磁気特性の関係に基づき上記被試験材の磁気特性か
   ら上記被試験材の硬度を推定し、この硬度の推定値から
   上記被試験材の耐環境割れ特性を診断する第３工程とを
   具備することを特徴とする高強度材料の耐環境割れ特性
   診断法。