JPH06172853A - 鋼材の表面処理方法 - Google Patents
鋼材の表面処理方法Info
- Publication number
- JPH06172853A JPH06172853A JP32970592A JP32970592A JPH06172853A JP H06172853 A JPH06172853 A JP H06172853A JP 32970592 A JP32970592 A JP 32970592A JP 32970592 A JP32970592 A JP 32970592A JP H06172853 A JPH06172853 A JP H06172853A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel
- residual stress
- stress
- plastic deformation
- steel ball
- 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.)
- Withdrawn
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 鋼材の表面処理方法に係るもので、鋼材の表
面の深い部分まで圧縮応力場を導入して、耐食性を向上
させる。 【構成】 −５０℃ないし−２００℃に冷却した鋼球を
鋼材表面に投射して表面に塑性変形を生じさせることに
より、圧縮残留応力を広い範囲に導入する。
面の深い部分まで圧縮応力場を導入して、耐食性を向上
させる。 【構成】 −５０℃ないし−２００℃に冷却した鋼球を
鋼材表面に投射して表面に塑性変形を生じさせることに
より、圧縮残留応力を広い範囲に導入する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼材の表面処理方法に
係り、特に、ショットピーニング処理によって耐食性を
向上させる技術に関するものである。
係り、特に、ショットピーニング処理によって耐食性を
向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ステンレス鋼管の内表面の耐食性を向上
させる技術の一つとして、例えばボイラーの伝熱管にお
いて、オーステナイト系ステンレス鋼管の内表面を鋼球
等でショットピーニング処理し、母材中のＣｒの表面拡
散を促進して内表面に緻密なＣｒ酸化物被膜を形成する
方法が提案されている。この技術を適用すると、ボイラ
ーの伝熱管が６００℃近くの蒸気によって加熱される場
合に、伝熱管内面の酸化を抑制して、運転中に伝熱管の
内面から酸化物が剥離する現象の発生を妨げて信頼性を
向上させることができる。
させる技術の一つとして、例えばボイラーの伝熱管にお
いて、オーステナイト系ステンレス鋼管の内表面を鋼球
等でショットピーニング処理し、母材中のＣｒの表面拡
散を促進して内表面に緻密なＣｒ酸化物被膜を形成する
方法が提案されている。この技術を適用すると、ボイラ
ーの伝熱管が６００℃近くの蒸気によって加熱される場
合に、伝熱管内面の酸化を抑制して、運転中に伝熱管の
内面から酸化物が剥離する現象の発生を妨げて信頼性を
向上させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のショッ
トピーニング処理法では、鋼材の比較的浅い範囲（例え
ば１００μｍないし２００μｍ）にしか圧縮応力場を導
入することができず、腐食性流体との接触によってピッ
トが生じると、その底の部分が引っ張り応力場となり、
そこから割れが進展することがあり得る。
トピーニング処理法では、鋼材の比較的浅い範囲（例え
ば１００μｍないし２００μｍ）にしか圧縮応力場を導
入することができず、腐食性流体との接触によってピッ
トが生じると、その底の部分が引っ張り応力場となり、
そこから割れが進展することがあり得る。
【０００４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、鋼材の表面の深い部分まで圧縮応力場を導入し
て、耐食性を向上させることを目的とするものである。
ので、鋼材の表面の深い部分まで圧縮応力場を導入し
て、耐食性を向上させることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、ショットピーニング処理により鋼材の表面に圧縮残
留応力を導入する方法であって、−５０℃ないし−２０
０℃に冷却した鋼球を鋼材表面に投射して表面に塑性変
形を生じさせる構成を採用している。
め、ショットピーニング処理により鋼材の表面に圧縮残
留応力を導入する方法であって、−５０℃ないし−２０
０℃に冷却した鋼球を鋼材表面に投射して表面に塑性変
形を生じさせる構成を採用している。
【０００６】
【作用】低温状態の鋼球を鋼材表面に投射すると、母材
表面近傍が冷却によって収縮し引っ張りの熱応力が生じ
る。この部分を鋼球によって投射すると、母材表面の塑
性変形が進行する。これらの塑性変形部分は、母材が常
温に戻ったときに圧縮の残留応力が付与された状態とな
る。
表面近傍が冷却によって収縮し引っ張りの熱応力が生じ
る。この部分を鋼球によって投射すると、母材表面の塑
性変形が進行する。これらの塑性変形部分は、母材が常
温に戻ったときに圧縮の残留応力が付与された状態とな
る。
【０００７】
【実施例】以下、本発明に係る鋼材の表面処理方法の一
実施例について、図１に基づいて説明する。
実施例について、図１に基づいて説明する。
【０００８】該一実施例にあっては、ショットピーニン
グ処理に使用される鋼球が、例えば液体窒素によって、
−１９６℃近傍まで冷却されたステンレス鋼球である。
グ処理に使用される鋼球が、例えば液体窒素によって、
−１９６℃近傍まで冷却されたステンレス鋼球である。
【０００９】極低温球を使用して鋼材表面への投射を行
なうと、鋼材の表面近傍が急冷によって収縮し、かつ、
鋼材の大部分は、常温等に保持されていることにより、
母材表面近傍に引っ張りの熱応力が生じる。この引っ張
りの熱応力が降伏点を越えていると、引っ張り方向の塑
性変形が発生し、常温状態に戻った際に、圧縮の残留応
力が付与されるものとなる。
なうと、鋼材の表面近傍が急冷によって収縮し、かつ、
鋼材の大部分は、常温等に保持されていることにより、
母材表面近傍に引っ張りの熱応力が生じる。この引っ張
りの熱応力が降伏点を越えていると、引っ張り方向の塑
性変形が発生し、常温状態に戻った際に、圧縮の残留応
力が付与されるものとなる。
【００１０】図１は、−１９６℃近傍まで冷却されたス
テンレス鋼球（極低温球）を、５０ｍｍステンレス鋼板
に投射したとき（ショットピーニング処理したとき）に
得られる残留応力の傾向を示すものである。
テンレス鋼球（極低温球）を、５０ｍｍステンレス鋼板
に投射したとき（ショットピーニング処理したとき）に
得られる残留応力の傾向を示すものである。
【００１１】急冷時の熱応力に基づいて母材に付与され
る残留応力は、極低温球と母材との温度差が２００℃で
あるとき、図１の鎖線で示すようになる。
る残留応力は、極低温球と母材との温度差が２００℃で
あるとき、図１の鎖線で示すようになる。
【００１２】また、母材表面への投射を行なうと、表面
金属を延ばす塑性変形が生じる。常温状態でショットピ
ーニング処理を実施すると、母材表面の浅い部分に、塑
性変形を生じることにより、母材表面の近傍に、図１に
実線で示すような残留応力が付与される。したがって、
母材表面の近傍には、二つの引っ張り方向の力（応力）
が相乗した状態で働き、表面近傍とこれよりも深い箇所
でも塑性変形が進行する。これらの塑性変形部分は、母
材が常温にもどったときに、図１の破線で示すように圧
縮の残留応力を生じさせる。
金属を延ばす塑性変形が生じる。常温状態でショットピ
ーニング処理を実施すると、母材表面の浅い部分に、塑
性変形を生じることにより、母材表面の近傍に、図１に
実線で示すような残留応力が付与される。したがって、
母材表面の近傍には、二つの引っ張り方向の力（応力）
が相乗した状態で働き、表面近傍とこれよりも深い箇所
でも塑性変形が進行する。これらの塑性変形部分は、母
材が常温にもどったときに、図１の破線で示すように圧
縮の残留応力を生じさせる。
【００１３】この結果を整理すると、図１から、常温状
態の鋼球を使用してショットピーニング処理（ショット
ブラスト）をするだけででは、比較的浅い範囲（約２０
０μｍ）までしか圧縮の残留応力を導入することができ
ないが、極低温球を使用した場合には、深い範囲（１ｍ
ｍ）まで圧縮の残留応力を導入することができる。
態の鋼球を使用してショットピーニング処理（ショット
ブラスト）をするだけででは、比較的浅い範囲（約２０
０μｍ）までしか圧縮の残留応力を導入することができ
ないが、極低温球を使用した場合には、深い範囲（１ｍ
ｍ）まで圧縮の残留応力を導入することができる。
【００１４】〔冷却球によるショットピーニング処理の
検討例〕表面の冷却によって生じる表面の応力σs は、
式（１）で表わされる。 σs ＝ＥαΔＴ／（１−ν） …………式（１） ただし、 Ｅ：縦弾性係数（kg／mm2 ） α：線膨張係数（℃-1） ΔＴ：表面と内部との温度差（℃） ν：ポアソン比 である。この応力σs によって残留応力を改善するに
は、 σs ≧σｙ とする必要がある。ただし、 σｙ ：材料の降伏応力 オーステナイトステンレス鋼では、 Ｅ＝１．９８×１０4 kg／mm2 α＝１．６８×１０-5℃-1 ν＝０．３ σs ＝約２４kg／mm2 であるから ΔＴ＝（１−ν）σy ／（Ｅα）…………式（２） ＝５０．５℃ 炭素鋼については、 Ｅ＝２．１×１０4 kg／mm2 α＝１．２０×１０-5℃-1 ν＝０．３ σy ＝３０kg／mm2 程度 であるから ΔＴ＝（１−ν）σy ／（Ｅα）＝８３．３℃ が求められる。したがって、母材の温度差は、５０℃
（オーステナイト鋼の場合）〜１００℃（低合金鋼、炭
素鋼の場合）を必要とし、式（１）及び式（２）に基づ
いて、材料に応じた必要温度差が求められる。母材が室
温（２０℃）におかれている場合の冷却必要温度は、 オーステナイトステンレスの場合、２０−５０＝−３０
℃ 炭素鋼、低合金鋼の場合、２０−１００＝−８０℃ となる。
検討例〕表面の冷却によって生じる表面の応力σs は、
式（１）で表わされる。 σs ＝ＥαΔＴ／（１−ν） …………式（１） ただし、 Ｅ：縦弾性係数（kg／mm2 ） α：線膨張係数（℃-1） ΔＴ：表面と内部との温度差（℃） ν：ポアソン比 である。この応力σs によって残留応力を改善するに
は、 σs ≧σｙ とする必要がある。ただし、 σｙ ：材料の降伏応力 オーステナイトステンレス鋼では、 Ｅ＝１．９８×１０4 kg／mm2 α＝１．６８×１０-5℃-1 ν＝０．３ σs ＝約２４kg／mm2 であるから ΔＴ＝（１−ν）σy ／（Ｅα）…………式（２） ＝５０．５℃ 炭素鋼については、 Ｅ＝２．１×１０4 kg／mm2 α＝１．２０×１０-5℃-1 ν＝０．３ σy ＝３０kg／mm2 程度 であるから ΔＴ＝（１−ν）σy ／（Ｅα）＝８３．３℃ が求められる。したがって、母材の温度差は、５０℃
（オーステナイト鋼の場合）〜１００℃（低合金鋼、炭
素鋼の場合）を必要とし、式（１）及び式（２）に基づ
いて、材料に応じた必要温度差が求められる。母材が室
温（２０℃）におかれている場合の冷却必要温度は、 オーステナイトステンレスの場合、２０−５０＝−３０
℃ 炭素鋼、低合金鋼の場合、２０−１００＝−８０℃ となる。
【００１５】これらの結果に基づき、極低温球を鋼材表
面に投射して、残留応力の改善を行なう場合には、概略
−５０℃ないし−２００℃に冷却した鋼球を使用するこ
とが有効であることがわかる。
面に投射して、残留応力の改善を行なう場合には、概略
−５０℃ないし−２００℃に冷却した鋼球を使用するこ
とが有効であることがわかる。
【００１６】
【発明の効果】本発明に係る鋼材の表面処理方法にあっ
ては、−５０℃ないし−２００℃に冷却した鋼球を鋼材
表面に投射して表面に塑性変形を生じさせるものである
から、以下の効果を奏する。 （１） 熱応力によって生じる塑性変形と極低温球によ
る母材表面を伸ばすことによって生じる塑性変形との相
乗作用により、母材表面近傍の比較的深い範囲まで圧縮
の残留応力を導入することができる。 （２） 母材表面の深い部分まで圧縮応力場を導入し
て、耐食性を向上させることができるとともに、母材表
面に割れやピット（孔食）が生じている場合にも、その
底部まで圧縮残留応力を導入することが可能であり、割
れ等の進展を抑制することができる。 （３） 表面急冷によって、母材表面の付着物を収縮及
び脆化させて剥離性を高め、鋼材表面の付着物の除去を
行なうことができる。 （４） 通常のショットブラストと同様の扱い得るた
め、化学プラント、エネルギープラント等の応力腐食割
れや疲労破壊が問題となる構造物に対して適用し容易に
実施することができる。
ては、−５０℃ないし−２００℃に冷却した鋼球を鋼材
表面に投射して表面に塑性変形を生じさせるものである
から、以下の効果を奏する。 （１） 熱応力によって生じる塑性変形と極低温球によ
る母材表面を伸ばすことによって生じる塑性変形との相
乗作用により、母材表面近傍の比較的深い範囲まで圧縮
の残留応力を導入することができる。 （２） 母材表面の深い部分まで圧縮応力場を導入し
て、耐食性を向上させることができるとともに、母材表
面に割れやピット（孔食）が生じている場合にも、その
底部まで圧縮残留応力を導入することが可能であり、割
れ等の進展を抑制することができる。 （３） 表面急冷によって、母材表面の付着物を収縮及
び脆化させて剥離性を高め、鋼材表面の付着物の除去を
行なうことができる。 （４） 通常のショットブラストと同様の扱い得るた
め、化学プラント、エネルギープラント等の応力腐食割
れや疲労破壊が問題となる構造物に対して適用し容易に
実施することができる。
【図１】本発明に係る鋼材の表面処理方法の一実施例に
おける処理表面からの距離と残留応力との関係曲線図で
ある。
おける処理表面からの距離と残留応力との関係曲線図で
ある。
Claims (1)
- 【請求項１】 ショットピーニング処理により鋼材の表
面に圧縮残留応力を導入する方法であって、−５０℃な
いし−２００℃に冷却した鋼球を鋼材表面に投射して表
面に塑性変形を生じさせることを特徴とする鋼材の表面
処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32970592A JPH06172853A (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | 鋼材の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32970592A JPH06172853A (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | 鋼材の表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06172853A true JPH06172853A (ja) | 1994-06-21 |
Family
ID=18224349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32970592A Withdrawn JPH06172853A (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | 鋼材の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06172853A (ja) |
-
1992
- 1992-12-09 JP JP32970592A patent/JPH06172853A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000307 |