JPH08247908A - 腐食疲労試験片及び試験方法 - Google Patents

腐食疲労試験片及び試験方法

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JPH08247908A
JPH08247908A JP5139895A JP5139895A JPH08247908A JP H08247908 A JPH08247908 A JP H08247908A JP 5139895 A JP5139895 A JP 5139895A JP 5139895 A JP5139895 A JP 5139895A JP H08247908 A JPH08247908 A JP H08247908A
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JP
Japan
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notch
test piece
corrosion fatigue
fatigue test
test
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JP5139895A
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Hiroshi Ouchi
博史 大内
Junichi Kobayashi
順一 小林
Yoichi Kayamori
陽一 萱森
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、塗料が塗布された金属材料の応力
集中部における腐食疲労特性を評価するために使用さ
れ、応力集中部の塗膜厚さを容易に制御でき、かつ、塗
装面試験部の応力集中の程度を定量的に算定できる腐食
疲労試験片及びそれを用いた試験方法を提供する。 【構成】 片面に1本の溝状切欠きを有し、反対面の全
面に塗料を塗布したことを特徴とする腐食疲労試験片で
あり、具体的には、前記片面全体の形状が長方形であ
り、当該長方形の長さ方向の中央に長さ方向と直角に溝
状貫通切欠きを有するもの、および前記片面の形状が等
脚台形を含み、前記切欠きは等脚台形部に有し、かつ等
脚台形の高さ方向と直角であるもの、および前記の各腐
食疲労試験片を用いて前記切欠きと垂直方向に曲げ荷重
を繰返し与えることを特徴とする腐食疲労試験方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、腐食疲労試験用の、塗
装を施した金属板試験片及びそれを用いる試験方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】金属材料の疲労寿命がある種の環境中で
低下する現象は、腐食疲労として広く知られている。腐
食疲労寿命特性改善には塗装が有効であることが腐食疲
労試験によって明らかにされてきたが、従来の腐食疲労
試験用塗装試験片の多くは、応力集中部を有しない平滑
平板試験片であった(たとえば、永井ら、日本機械学会
論文集(第1部)、39巻318号(1973年)、5
10頁)。
【0003】しかし、各種海洋構造物、船舶、橋梁、等
の大型構造物において腐食疲労亀裂が発生する箇所の多
くは溶接止端部やボルト孔のような応力集中部であり、
従来の腐食疲労試験片を用いた評価をそのまま設計、寿
命予測等に利用することはできなかった。
【0004】応力集中部の腐食疲労試験には、従来から
溶接部から採取した試験片や切欠き付き試験片が利用さ
れてきた。これらの試験片では、溶接止端部や切欠き底
から腐食疲労亀裂を発生させるのが常識であった。しか
し、形状が不均一かつ鋼板と溶接金属がある角度をもっ
て接する溶接止端部や狭く湾曲した切欠き底に均一に塗
料を塗布することは困難であり、応力集中部における塗
膜厚さと塗装面の腐食疲労特性の関係や応力集中の程度
が塗装面の腐食疲労特性におよぼす影響は定量的に把握
されていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、塗料が塗布
された金属材料の応力集中部における腐食疲労特性を評
価するために使用され、応力集中部の塗膜厚さを容易に
制御でき、かつ、塗装面試験部の応力集中の程度を定量
的に算定できる腐食疲労試験片及びそれを用いた試験方
法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、(1)片面に1本の
溝状切欠きを有し、反対面の全面に塗料を塗布したこと
を特徴とする腐食疲労試験片、(2)前記片面全体の形
状が長方形であり、当該長方形の長さ方向の中央に長さ
方向と直角に溝状貫通切欠きを有することを特徴とする
前記(1)記載の腐食疲労試験片、(3)前記片面の形
状が等脚台形を含み、前記切欠きは等脚台形部に有し、
かつ等脚台形の高さ方向と直角であることを特徴とする
前記(1)記載の腐食疲労試験片、(4)前記(1)〜
(3)いずれか1項記載の腐食疲労試験片を用いて、前
記切欠きと垂直方向に曲げ荷重を繰返し与えることを特
徴とする腐食疲労試験方法、(5)前記(2)記載の腐
食疲労試験片を用いて、当該試験片の前記切欠きを有す
る片面表面上に、当該切欠きに平行かつ対称に当該切欠
き近傍に4点曲げ載荷用ピンを計2本設置し、反対面の
両側端部近傍に試験片支持用ピンを計2本設置し、当該
切欠きと垂直方向に曲げ荷重を繰返し与えることを特徴
とする腐食疲労試験方法、(6)前記(3)記載の腐食
疲労試験片を用いて、等脚台形の下底辺あるいはその延
長部を固定し、等脚台形の上底辺の延長部で2本の斜辺
を延長した交点を載荷点とし、当該切欠きと垂直方向に
曲げ荷重を繰返し与えることを特徴とする腐食疲労試験
方法、である。
【0007】
【作用】本発明においては、試験部に均一に塗料を塗布
できるように、試験部塗装面は平面とする。しかし、平
滑平板試験片では応力集中部における腐食疲労特性を評
価するという目的に合致しないので、切欠きを試験部塗
装面の反対面に設ける。
【0008】代表的な塗料としては、油性、油変性、塩
化ゴム系、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、タールエポキシ
樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、有機ジン
ク、無機ジンク、等があるが、試験片に塗布する塗料は
いずれでもよい。塗装方法には、刷毛法、ローラー法、
エアー・スプレー法、エアレス・スプレー法、電着法、
ウェットハンド法、シート法、ヘラ法、コテ法、等があ
るが、試験片への塗装方法はそれらのいずれでもよい。
実際の塗装構造物における塗膜暑さは、使用環境、塗料
種類、塗装方法などによりさまざまであるが、通常は1
0μm〜10mmの範囲であり、試験片でも同様である。
【0009】切欠き底の応力集中係数は、有限要素法に
よる数値解析で容易に算定できるが、そのためには、切
欠きは、試験片幅方向に貫通し、断面が一様でなければ
ならない。その形状には、U型、V型、円弧型、放物線
型、半楕円型などがある。切欠き寸法は、実験の目的に
応じた応力集中係数となるように任意に設計すればよい
が、応力集中係数は通常1.5〜5.0の範囲である。
それに応じた切欠き深さは試験片厚さの5%〜90%の
範囲、先端曲率半径は0.1mm〜板厚の範囲と考えられ
る。切欠きの加工方法は、機械切削まま、研磨布・紙仕
上げ、ダイヤモンド・ペースト等の研磨剤仕上げ、等が
ある。
【0010】本発明においては、従来の切欠き付き試験
片において切欠き底で腐食疲労亀裂を発生させるのとは
異なり、切欠き部に対応する試験部塗装面で腐食疲労亀
裂を発生させるため、切欠き底には圧縮応力、試験部塗
装面には引張り応力が生じるような曲げ荷重を該切欠き
と垂直方向に繰返し与えることとする。
【0011】繰返し荷重の最大値は、塑性変形を防ぐた
めに曲げ応力が当該金属材料の降伏応力以下になる範囲
とする。繰返し荷重の最小値は、切欠き底での亀裂発生
を防ぐために0N/mm2 以上とする。すなわち最小応力と
最大応力の比で定義される応力比が0またはそれ以上と
なるような完全片振り荷重または部分片振り荷重条件と
する。荷重の最大値と最小値の差である荷重範囲は、応
力範囲と疲労寿命の関係(S−N線図)を求める場合、
さまざまな水準に設定するが、通常は曲げ応力で10N/
mm2 〜当該金属材料の降伏応力の範囲である。
【0012】板状試験片に繰返し曲げ荷重を与える方法
として代表的な方法としては、片持ち梁曲げ、4点曲
げ、3点曲げ、2点曲げ、など種々のものがあり、いず
れの方法にも本発明を適用できる。これらのうち、長方
形試験片に4点曲げを与える方法と、等脚台形の試験部
をもつ試験片の2斜辺の延長の交点を力点として片持ち
梁曲げを与える方法は、正確な応力条件の算定が容易で
あり、特に優れた方法といえる。なぜなら、これらの試
験片が平滑であれば試験部は等応力場になり、その応力
は初歩的な材料力学計算で簡単に推定でき、そこに切欠
きを設けた場合の応力は、基本的には別途求める切欠き
の応力集中係数と平滑試験片の応力との積と見なせるか
らである。
【0013】試験片は鋼、アルミニウム合金、ニッケル
合金、チタン合金等の金属材料から採取するが、これら
材料の腐食疲労特性評価だけではなく、適当な観察手段
と組み合わせることにより、塗膜の疲労特性評価にも使
用することが可能である。試験片寸法は、小さすぎても
大きすぎても試験実施が困難となるので、通常は、長さ
で30mm〜10mの範囲である。試験片の厚さは、試験
片長さと比較して大きすぎると曲げ応力が発生しにくく
なるため、長さの5分の1以下とする。
【0014】試験環境としては、天然海水、人工海水、
塩化ナトリウム水溶液、純水、水道水、硫化水素水溶
液、等の各種水溶液、機械油、鉱油、水蒸気、等があ
る。
【0015】
【実施例】請求項2で規定した長方形4点曲げ型腐食疲
労試験片および請求項3で規定した等脚台形片持ち梁曲
げ型腐食疲労試験片を厚さ10mmの溶接構造用鋼SM4
00を用いて製作した。これらの概略図を図1、図2に
示した。図中の各寸法は、表1に示した。これらの試験
片にはU型切欠き2を機械切削により加工した。切欠き
先端の曲率半径ρは、いずれも1mmとし、切欠き深さd
を2mm〜6mmの範囲で各5種類とした。有限要素法によ
る数値計算により、これらの切欠き底反対面での応力集
中係数を算定したところ、表1に示すように、1.63
〜3.79の範囲であった。
【0016】これら試験片の試験面1はショットブラス
トにより下地処理をし、アセトンによる脱脂後、タール
エポキシ塗料を厚さ200μmになるようにエアー・ス
プレー法により塗布した。また、応力集中係数2.41
の試験片については、塗膜厚さが100μmおよび30
0μmの塗膜厚さのものも製作した。塗膜厚さは、電磁
膜厚計で測定した。
【0017】このようにして製作した試験片を腐食疲労
試験に供した。試験環境は、25℃に保ったASTM
D1141規定人工海水とし、試験水槽中に試験片を完
全に浸漬した。試験片には、専用の負荷部分を介し、油
圧サーボ型疲労試験機により切欠き底反対面での公称応
力範囲が200MPa となるような繰返し荷重を与えた。
この際の最小応力と最大応力の比と定義される応力比は
0.1であり、繰返し速度は1Hzとした。
【0018】この結果を表1に示すが、塗膜が厚いほ
ど、また、応力集中係数が低いほど、試験片破断までの
繰返し数で表される腐食疲労寿命が長くなることが示さ
れた。また、各塗膜厚さおよび応力集中係数において、
両試験片形状でほぼ同等の腐食疲労寿命になることがわ
かった。
【0019】
【表1】
【0020】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明
は、応力集中部の塗膜厚さを容易に制御でき、かつ、塗
装面試験部の応力集中の程度を定量的に把握することの
できる腐食疲労用塗装金属板試験片及び試験方法を提供
するものであり、これまで不可能だった塗料が塗布され
た金属材料の応力集中部における腐食疲労特性の定量的
な評価を可能にする、きわめて産業上の意義の高いもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による長方形4点曲げ型腐食疲労試験片
の模式図である。
【図2】本発明による等脚台形片持ち梁曲げ型腐食疲労
試験片の模式図である。
【符号の説明】
1 試験部(塗装面) 2 溝状貫通切欠き 3,3′ 4点曲げ載荷用ピン 4,4′ 試験片支持用ピン 5 等脚台形部 6 下底辺延長部 7,7′ 試験片支持用ボルト孔 8 上底辺延長部 9 載荷点 ts 金属板厚さ tp 塗膜厚さ W 試験片幅 L1 長方形4点曲げ型試験片全スパン長さ l1 長方形4点曲げ型試験片内スパン長さ L2 等脚台形片持ち梁曲げ型試験片全スパン長さ l2 等脚台形片持ち梁曲げ型試験片固定端〜切欠き長
さ d U型切欠き深さ ρ U型切欠き先端曲率半径

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 片面に1本の溝状切欠きを有し、反対面
    の全面に塗料を塗布したことを特徴とする腐食疲労試験
    片。
  2. 【請求項2】 前記片面全体の形状が長方形であり、当
    該長方形の長さ方向の中央に長さ方向と直角に溝状貫通
    切欠きを有することを特徴とする請求項1記載の腐食疲
    労試験片。
  3. 【請求項3】 前記片面の形状が等脚台形を含み、前記
    切欠きは等脚台形部に有し、かつ等脚台形の高さ方向と
    直角であることを特徴とする請求項1記載の腐食疲労試
    験片。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3いずれか1項記載の腐食疲
    労試験片を用いて、前記切欠きと垂直方向に曲げ荷重を
    繰返し与えることを特徴とする腐食疲労試験方法。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の腐食疲労試験片を用い
    て、当該試験片の前記切欠きを有する片面表面上に、当
    該切欠きに平行かつ対称に当該切欠き近傍に4点曲げ載
    荷用ピンを計2本設置し、反対面の両側端部近傍に試験
    片支持用ピンを計2本設置し、当該切欠きと垂直方向に
    曲げ荷重を繰返し与えることを特徴とする腐食疲労試験
    方法。
  6. 【請求項6】 請求項3記載の腐食疲労試験片を用い
    て、等脚台形の下底辺あるいはその延長部を固定し、等
    脚台形の上底辺の延長部で2本の斜辺を延長した交点を
    載荷点とし、当該切欠きと垂直方向に曲げ荷重を繰返し
    与えることを特徴とする腐食疲労試験方法。
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