JPS6089751A - 鋼材の機械的特性の判定法 - Google Patents
鋼材の機械的特性の判定法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、鋼材の機械的特性の判定法に関するものであ
る。
る。
（従来技術）
鋼材品質のうち最も重要なものは、強度、靭性を中心と
する機械的特性である。鋼材の強度を測定する最も一般
的な方法は引張試験である。引張試験はよく知られてい
るように、試験しようとする鋼材の一部からＪＩＳ等の
規格に定められ友引張試験片を採取、加工した後、引張
試験機を用いて定められた条件で引張、破断を行い、こ
の際の応力−歪曲線あるいは破断した試験片の形状寸法
の測定から引張強さ、降伏値、伸び等、鋼材の変形、破
壊に対する強さの尺度を示す値を得る方法である。
する機械的特性である。鋼材の強度を測定する最も一般
的な方法は引張試験である。引張試験はよく知られてい
るように、試験しようとする鋼材の一部からＪＩＳ等の
規格に定められ友引張試験片を採取、加工した後、引張
試験機を用いて定められた条件で引張、破断を行い、こ
の際の応力−歪曲線あるいは破断した試験片の形状寸法
の測定から引張強さ、降伏値、伸び等、鋼材の変形、破
壊に対する強さの尺度を示す値を得る方法である。
また鋼材の靭性を測定する最も一般的な方法はシャルピ
ー試験である。シャルピー試験も、規格に定められた試
験片を加工した上、所要の温度（一般には常温以下の、
低温）に保ってシャルピー試験機にて破断し、吸収エネ
ルギーや脆性破面率を測定する。
ー試験である。シャルピー試験も、規格に定められた試
験片を加工した上、所要の温度（一般には常温以下の、
低温）に保ってシャルピー試験機にて破断し、吸収エネ
ルギーや脆性破面率を測定する。
たとえば製鉄プロセスでは、工程フローの末端に検査ラ
インがあシ、製造された鋼材の一部から試料片が採取さ
れ、試験片加工の後機械試験を実施し、鋼材製品の機械
的特性の検査、保証を行っている。このため、試験試料
の採取、試験片の機械加工、機械試験実施に多大の時間
と費用を要しているのが現状である。
インがあシ、製造された鋼材の一部から試料片が採取さ
れ、試験片加工の後機械試験を実施し、鋼材製品の機械
的特性の検査、保証を行っている。このため、試験試料
の採取、試験片の機械加工、機械試験実施に多大の時間
と費用を要しているのが現状である。
（発明の目的）
本発明はこうした現状に鑑み、簡便迅速でかつ従来の機
械試験値に対応する測定値を保証し得る代替的試験法を
提供し、検査に要するコストを低減することを目的にし
たものである。
械試験値に対応する測定値を保証し得る代替的試験法を
提供し、検査に要するコストを低減することを目的にし
たものである。
（発明の構成、作用）
本発明の要点は、従来の引張試験、衝撃試験に替えて、
犠材の硬度１粒度、成分の測定から機械的特性値を判定
する方法にあるので、まずこれについて説明する。
犠材の硬度１粒度、成分の測定から機械的特性値を判定
する方法にあるので、まずこれについて説明する。
硬度は鋼材の機械的強度を簡便に測定する手段としてよ
く用いられ、代表的なものとしてブリネル硬度、ロック
ウェル硬度、グイッカース硬度等がよく知られている。
く用いられ、代表的なものとしてブリネル硬度、ロック
ウェル硬度、グイッカース硬度等がよく知られている。
試験法９表示法によっても異なるが、硬度値は引張強さ
に対応するものとされている。
に対応するものとされている。
結晶粒度は、鋼材の機械的特性を左右する最も基本的か
つ重要な因子でアシ、結晶粒の細分化は、強度、靭性の
双方を向上させるものである。結晶粒度は、一般的には
試料を加工、研摩した後、表面エツチングを行って粒界
を出し、顕微鏡を用いて目視判定を行う。結晶粒度とい
った場合、フェライトもしくは旧オーステナイト粒度等
をさすのが一般的であるが、本発明では結晶粒度として
は鋼の機械的性質を実効的に支配する有効結晶粒度を用
いる。有効結晶粒とは、結晶方位が大きく変る界面を粒
界とする結晶粒であシ、鏑の例でいえば、フェライト・
パーライト鋼ではフェライト結晶粒度、マルテンサイト
及びベイナイト鋼においては、コ・バリアント・パケッ
トである。
つ重要な因子でアシ、結晶粒の細分化は、強度、靭性の
双方を向上させるものである。結晶粒度は、一般的には
試料を加工、研摩した後、表面エツチングを行って粒界
を出し、顕微鏡を用いて目視判定を行う。結晶粒度とい
った場合、フェライトもしくは旧オーステナイト粒度等
をさすのが一般的であるが、本発明では結晶粒度として
は鋼の機械的性質を実効的に支配する有効結晶粒度を用
いる。有効結晶粒とは、結晶方位が大きく変る界面を粒
界とする結晶粒であシ、鏑の例でいえば、フェライト・
パーライト鋼ではフェライト結晶粒度、マルテンサイト
及びベイナイト鋼においては、コ・バリアント・パケッ
トである。
次に上述の硬度１粒度と成分を用いて鋼材の機械的特性
を判定する本発明の方法について説明する。第１図は引
張試験における応力−歪曲線を示すものであるが、引張
試験でめられる試験値は通常引張強さＴＳ、降伏値ＹＰ
、伸びＥＬである。
を判定する本発明の方法について説明する。第１図は引
張試験における応力−歪曲線を示すものであるが、引張
試験でめられる試験値は通常引張強さＴＳ、降伏値ＹＰ
、伸びＥＬである。
まず引張強さＴＳの判定は、硬度Ｈを中心に行う。前述
のように、硬度Ｈは引張強さＴＳと強い相関があるが、
引張試験と押込硬度試験の変形モードがちがうため厳密
には一致せず、一般的には加工硬化特性の影響が加わシ
、両者の関係は次のように々る。
のように、硬度Ｈは引張強さＴＳと強い相関があるが、
引張試験と押込硬度試験の変形モードがちがうため厳密
には一致せず、一般的には加工硬化特性の影響が加わシ
、両者の関係は次のように々る。
ＴＳ ＝ ｆｘ （Ｈ，ｎ ） （１またソし、ｎは加
工硬化指数である。加工硬化は鋼材の材質特性であシ、
鋼の結晶粒度や組織できまる。組織は、成分と加工熱処
理条件できまるが、安定した製造プロセスでははｙ成分
によってきまる。
工硬化指数である。加工硬化は鋼材の材質特性であシ、
鋼の結晶粒度や組織できまる。組織は、成分と加工熱処
理条件できまるが、安定した製造プロセスでははｙ成分
によってきまる。
以上のことから本発明においては、次式に示すように硬
度Ｈを中心に、結晶粒度Ｄ１構成（ＸＤｊ＝１〜ｎを補
助的に用いて判定を行う。
度Ｈを中心に、結晶粒度Ｄ１構成（ＸＤｊ＝１〜ｎを補
助的に用いて判定を行う。
ＴＳ＝ ｆｌ（Ｈ，Ｄ、 （Ｘｊ）） ｆ２）” ｆｎ
（Ｈ） 十ｆｓｔ （Ｄ、 （Ｘｊ） ） （３）こ
＼でｆ１！の項の寄与分はｆｌｌの寄与分に比べてはる
かに小さい。
（Ｈ） 十ｆｓｔ （Ｄ、 （Ｘｊ） ） （３）こ
＼でｆ１！の項の寄与分はｆｌｌの寄与分に比べてはる
かに小さい。
次に降伏値ＹＰは、加工硬化がない場合の鋼材の変形強
度であシ、機械的特性のうち最も基本的なもので、上述
の引張強さＴＳはこの降伏値ＹＰを基に、鋼材の加工硬
化特性できまる。従って本方法では引張強さＴＳの判定
値から加工硬化による増分を差し引くかたちで降伏値Ｙ
Ｐを判定する。
度であシ、機械的特性のうち最も基本的なもので、上述
の引張強さＴＳはこの降伏値ＹＰを基に、鋼材の加工硬
化特性できまる。従って本方法では引張強さＴＳの判定
値から加工硬化による増分を差し引くかたちで降伏値Ｙ
Ｐを判定する。
ＹＰ ＝ ｆｔ （Ｈ，Ｄ 、 ４Ｘｊ ） ） （４
１＝ｆｌ （Ｈ，Ｄ、 （Ｘｊ））−ｆｔ、（Ｄ、 （
Ｘｊ ） ） （５）ｆｌｌの寄与分は鋼材の機械的特
性によるもので、一般には（３）式のｆｔｔの項よシも
太き々値をとる。
１＝ｆｌ （Ｈ，Ｄ、 （Ｘｊ））−ｆｔ、（Ｄ、 （
Ｘｊ ） ） （５）ｆｌｌの寄与分は鋼材の機械的特
性によるもので、一般には（３）式のｆｔｔの項よシも
太き々値をとる。
次に伸びＥＬは、鋼材特性によって変ることは勿論で、
特に引張強さＴＳとの相関が大であるが、試験片の形状
寸法によっても大きく変ることを考慮して、次式で判定
する。
特に引張強さＴＳとの相関が大であるが、試験片の形状
寸法によっても大きく変ることを考慮して、次式で判定
する。
ＥＬ ＝ ｆ ｓ （Ｈ，Ｄ、 Ａ ） （６１こ＼で
Ａは試験片の平行部所面積である。
Ａは試験片の平行部所面積である。
次に本発明による衝撃試験特性の判定法について説明す
る。第２図は、鋼材のシャルピー試験の遷移曲線を示す
図であシ、横軸は試験温度Ｔ（℃）。
る。第２図は、鋼材のシャルピー試験の遷移曲線を示す
図であシ、横軸は試験温度Ｔ（℃）。
縦軸は吸収エネルデー″ｖＥ（ｋｐすＤである。辿常、
衝撃試験においては、ある指定試験温度における吸収エ
ネルギー値ｖＥ〒の測定がめられる。そこで本発明にお
いては、遷移曲線を、シェル７エネルギーｖＥｇ 、遷
移温度ＶＴｒｉｅで表わす。
衝撃試験においては、ある指定試験温度における吸収エ
ネルギー値ｖＥ〒の測定がめられる。そこで本発明にお
いては、遷移曲線を、シェル７エネルギーｖＥｇ 、遷
移温度ＶＴｒｉｅで表わす。
ＹＥＴ ＝ ｆ （ｖＥｓ 、 ｖＥｏ、 ｖＴｒ＋ｅ
ｅ Ｔ ） （７）第３図は、第２図の遷移領域を直
線で近似した場合であシ、この場合（７）式は次式のよ
うに表わされる。
ｅ Ｔ ） （７）第３図は、第２図の遷移領域を直
線で近似した場合であシ、この場合（７）式は次式のよ
うに表わされる。
（８）
次に上式において、シェルフエネルギーｖＥ８１ 遷移
温度ｖＴｒｘ ＊遷移領域を示す温度領域Ｔ、 −Ｔ、
をそれぞれ硬度Ｈ１粒度り、成分（Ｘｊ） ｊ＝ １〜
Ｎであられす。
温度ｖＴｒｘ ＊遷移領域を示す温度領域Ｔ、 −Ｔ、
をそれぞれ硬度Ｈ１粒度り、成分（Ｘｊ） ｊ＝ １〜
Ｎであられす。
ｖＥｓ ＝ Ｊ （Ｈ、Ｄ 、 （Ｘｊ） ） ＋９）
ｙ’ｐｒＥ＝ ｈ、 （Ｈ，Ｄ、 （Ｘｊ）） （ＩＩ
ＴＩ Ｔｔ＝ｈｓ （Ｈ，Ｄ、 （Ｘｊ）） （Ｉｌｌ
従ッテ硬［Ｉ（、粒度り、成分（ｘｊ ）から＋９）
、 Ｈ。
ｙ’ｐｒＥ＝ ｈ、 （Ｈ，Ｄ、 （Ｘｊ）） （ＩＩ
ＴＩ Ｔｔ＝ｈｓ （Ｈ，Ｄ、 （Ｘｊ）） （Ｉｌｌ
従ッテ硬［Ｉ（、粒度り、成分（ｘｊ ）から＋９）
、 Ｈ。
（Ｌυ式及び（７）するいは（８）式を用いることによ
り、指定された温度Ｔにおける吸収エネルギーＹＥＴを
めることが出来る。
り、指定された温度Ｔにおける吸収エネルギーＹＥＴを
めることが出来る。
以上述べたように、本発明では、硬度Ｈ９結晶粒度り、
成分（Ｘｊ ）等の代替値により従来引張試験、衝撃試
験によ請求めていた機械的諸特性を、簡便にめることが
可能である。次に一般構造用厚板について行った、本発
明の具体的な実施例について説明する。
成分（Ｘｊ ）等の代替値により従来引張試験、衝撃試
験によ請求めていた機械的諸特性を、簡便にめることが
可能である。次に一般構造用厚板について行った、本発
明の具体的な実施例について説明する。
第４図は実施例で用いた硬度測定法の原理を示す概念図
で、直径Ｄ（ｒｎｒｒｌ）の圧子球３を鋼材１に押込み
、その際の押込み荷重Ｗ （Ｓｖ）と押込み深さＸ（ｍ
ｍ）を連続的に測定する。第５図はこうして測定された
荷重−変位曲線を示すものである。
で、直径Ｄ（ｒｎｒｒｌ）の圧子球３を鋼材１に押込み
、その際の押込み荷重Ｗ （Ｓｖ）と押込み深さＸ（ｍ
ｍ）を連続的に測定する。第５図はこうして測定された
荷重−変位曲線を示すものである。
図に示すように、この荷重−変位曲線はある荷重（ある
いは変位）をすぎると直線になる。そこでＩ（Ｔを定義
する。
いは変位）をすぎると直線になる。そこでＩ（Ｔを定義
する。
一般に硬度試験は引張試験の簡便法として用いられるが
０２式で定義される硬度は以下に示すように引張強さＴ
Ｓとの対応が理論的に関係づけられるものである。即ち
圧痕径ｄを測定するマイヤー硬さ において、加工硬化しない材料もしくは加工硬化が十分
進んだ材料で完全塑性変形領域まで押込んだ場合のマイ
ヤー硬さは、その段階での材料の降伏値Ｙ１即ち引張強
さＴＳを示すことが知られている。
０２式で定義される硬度は以下に示すように引張強さＴ
Ｓとの対応が理論的に関係づけられるものである。即ち
圧痕径ｄを測定するマイヤー硬さ において、加工硬化しない材料もしくは加工硬化が十分
進んだ材料で完全塑性変形領域まで押込んだ場合のマイ
ヤー硬さは、その段階での材料の降伏値Ｙ１即ち引張強
さＴＳを示すことが知られている。
ＨＭ＝Ｃ−Ｙ ＝ Ｃ−ＴＳ （１４）Ｃは定数
また、押込深さＸと圧痕径ｄとの間には圧子球径をＤと
して次の関係がある。
して次の関係がある。
ｄ＝２ム罰ｉ巧ｄ中２Ｌ１爾−αＱ
従ってａ３α４α９式よシ
＝Ｂ−ＴＳ ａ［９
となる。
上述の説明は、加工硬化がないという条件を設けて導い
たもので、実際には加工硬化の影響を若干考慮する必要
はあるが、基本的にはこの硬度Ｈ丁は鋼材の引張強さＴ
Ｓに対応するものである。
たもので、実際には加工硬化の影響を若干考慮する必要
はあるが、基本的にはこの硬度Ｈ丁は鋼材の引張強さＴ
Ｓに対応するものである。
（実施例）
次に本実施例で用いた結晶粒度測定法について説明する
。第６図（ａ）は超音波による減衰定数測定法の概念図
であシ、１は被測定鋼材、２は送受信兼用超音波振動子
である。この超音波振動子２から出た超音波は該鋼材１
内で多重反射し、その音圧エコー列を振動子２で検出す
ると、同図（ｂ）に示すような減衰曲線が得られる。エ
コーの音圧Ｐは伝播距離Ｘ（ｃｍ）に対してはソ指数関
数的に減衰し、Ｐ＝Ｐ６ｅ”−”で表わすことができる
。鋼材内での伝播距離Ｘ１ ＊ Ｘｔ （ａｍ）での音
圧をＰｌ、Ｐ、とすれば、減衰定数α（ｄＢ／ａｍ）は
次の式で定義される。実際の測定では、超音波の減衰に
は、結晶粒界での散乱に起因するもの以外に鋼材中の超
音波回折による減衰、鋼材の両端面における反射損失に
よるもの等があシ、これらは前以って既知であるので補
正することができる。上述のように適当な周波数ｆ （
Ｈｚ）を設定し真の減衰定数α（ｄＢ／ａｍ）がまると
、これらα、ｆの値から前以って実験的に既知である関
係式を用いて、結晶粒度Ｄｕがめられる。
。第６図（ａ）は超音波による減衰定数測定法の概念図
であシ、１は被測定鋼材、２は送受信兼用超音波振動子
である。この超音波振動子２から出た超音波は該鋼材１
内で多重反射し、その音圧エコー列を振動子２で検出す
ると、同図（ｂ）に示すような減衰曲線が得られる。エ
コーの音圧Ｐは伝播距離Ｘ（ｃｍ）に対してはソ指数関
数的に減衰し、Ｐ＝Ｐ６ｅ”−”で表わすことができる
。鋼材内での伝播距離Ｘ１ ＊ Ｘｔ （ａｍ）での音
圧をＰｌ、Ｐ、とすれば、減衰定数α（ｄＢ／ａｍ）は
次の式で定義される。実際の測定では、超音波の減衰に
は、結晶粒界での散乱に起因するもの以外に鋼材中の超
音波回折による減衰、鋼材の両端面における反射損失に
よるもの等があシ、これらは前以って既知であるので補
正することができる。上述のように適当な周波数ｆ （
Ｈｚ）を設定し真の減衰定数α（ｄＢ／ａｍ）がまると
、これらα、ｆの値から前以って実験的に既知である関
係式を用いて、結晶粒度Ｄｕがめられる。
Ｄｕ＝Ｄｕ（α、ｆ） （１
鋼材中を伝播する超音波は、結晶間の弾性定数に不連続
があれば粒界でその進行が妨げられ、散乱減衰する。従
って超音波エネルギーの減衰によって測定される結晶粒
度は、粒間に結晶方位に大きな差がある、いわゆる有効
結晶粒となる。本実施例のような一般構造用鋼の場合、
フェライト・パーライト鋼ではフェライト粒度、マルテ
ンサイト鋼、ベイナイト鋼の場合はコ・バリアント・パ
ケットにあたシ、鋼の変形や破壊等の機械的性質を実効
的に支配する結晶単位である。
があれば粒界でその進行が妨げられ、散乱減衰する。従
って超音波エネルギーの減衰によって測定される結晶粒
度は、粒間に結晶方位に大きな差がある、いわゆる有効
結晶粒となる。本実施例のような一般構造用鋼の場合、
フェライト・パーライト鋼ではフェライト粒度、マルテ
ンサイト鋼、ベイナイト鋼の場合はコ・バリアント・パ
ケットにあたシ、鋼の変形や破壊等の機械的性質を実効
的に支配する結晶単位である。
更に、成分に関しては、製鋼工程で精錬鍋からのサンプ
リング分析によるいわゆるレードル分析値を用−た。
リング分析によるいわゆるレードル分析値を用−た。
以上説明した測定法を用い、−殻構造用厚板について本
発明方法による判定値を、従来法による機械試験値と比
較したところ、次のよう′な良好な対応精度を得た。
発明方法による判定値を、従来法による機械試験値と比
較したところ、次のよう′な良好な対応精度を得た。
本発明方法と従来法
との比較精度（σ）
引張強さＴＳ （ｋｆ／ｍｊ） ０．８降伏値ＹＰ（助
／ａ）１．０ 伸び ＥＬ（チ）Ｌ５ シェルフエネルギーｖＥｓ （初・ｍ） ２．０本実施
例では、鋼材の組織を判定する情報として成分を用いた
が、場合によっては加工熱処理条件である圧延条件を援
用するととも可能であシ、また本明細書において説明し
たもの以外の機械試験値への拡張も可能である。
／ａ）１．０ 伸び ＥＬ（チ）Ｌ５ シェルフエネルギーｖＥｓ （初・ｍ） ２．０本実施
例では、鋼材の組織を判定する情報として成分を用いた
が、場合によっては加工熱処理条件である圧延条件を援
用するととも可能であシ、また本明細書において説明し
たもの以外の機械試験値への拡張も可能である。
（発明の効果）
従来一般に行われている機械試験法においては試料サン
プリング、試験片加工等に相轟の時間がかかシ、試験結
果が得られるまでに数日を要することがあったが、本発
明方法においては試験片の機械加工を要しないため、数
時間以内に結果を得ることが可能であシ、またオンライ
ン化も可能である。また本発明方法の適用にょシ、また
場合によっては本発明方法によって不合格と々りた製品
のみ従来法で再試験を行うという検査法を採用できるの
で、鋼材の機械的性質の判定を著しく簡易迅速化するこ
とができ、従来多大の時間と費用を要した検査工程の大
幅な合理化が可能となる等々その効果は極めて太きい。
プリング、試験片加工等に相轟の時間がかかシ、試験結
果が得られるまでに数日を要することがあったが、本発
明方法においては試験片の機械加工を要しないため、数
時間以内に結果を得ることが可能であシ、またオンライ
ン化も可能である。また本発明方法の適用にょシ、また
場合によっては本発明方法によって不合格と々りた製品
のみ従来法で再試験を行うという検査法を採用できるの
で、鋼材の機械的性質の判定を著しく簡易迅速化するこ
とができ、従来多大の時間と費用を要した検査工程の大
幅な合理化が可能となる等々その効果は極めて太きい。
第１図は鋼材の引張試験における歪一応力曲線を示す図
、第２図は鋼材のシャルピー試験からめられる吸収エネ
ルギー遷移曲線を示す図、第３図は第２図を簡略化した
図、第４図は本実施例で用いた押込硬度測定法の概念図
、第５図は第４図の測定で得られる押込荷重−押込変位
曲線を示す図、第６図（ａ）は、実施例で用いた超音波
減衰定数測定方法を示す概念図、第６図中）はその測定
結果を示すグラフである。 出願人 新日本製鐵株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 手続補正書（自発） 昭和６０年１月１１日 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１９７２５５号 ２、発明の名称 鋼材の機械的特性の判定法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称 （６
６５）新日本製鐵株式会社 代表者 武 １） 豊 ４、代理人 〒１０１ （１）明細書第４頁１１行、１２行の「結晶粒」を「結
晶粒度」に補正し、同頁１５行の「パケット」の次に「
サイズ」を挿入する。 （２）同第５頁末行〜第１２頁下から６行の記載を次の
様に補正する。 「 実用的には、次の一次式が用いられる。 ＴＳ＝α１〔Ｈ〕＋α＊（Ｄ−１７２）＋α５（Ｃ）
＋αａ（Ｍｎ） β４１と＼で、ｃｔＩは実験によって
めた定数、Ｃは炭素含有量、Ｍｎはマンガン含有量であ
る。 次に降伏値ＹＰは、加工硬化がない場合の鋼材の変形強
度であシ、機械的特性のうち最も基本的なもので、上述
の引張強さＴＳはこの降伏値ＹＰを基に、鋼材の加工硬
化特性できま石。 従って本方法では引張強さＴＳの判定値から加工硬化に
よる増分を差し引くかたちで降伏値ＹＰを判定する。 ＹＰ −ｆｔ （Ｈ、Ｄ 、 （Ｘｊ） ） （５）＝
ｆＩ（Ｈ，Ｄ、（Ｘｓ）） ｆｔ５（Ｄ、（Ｘｊ））
（６）ｆ□の寄与分は鋼材の機械的特性によるもので、
一般には（３）式のｆａｘの項よシも大きな値をとる。 実用的には次式が用いられる。 ＹＰ＝β１〔Ｈ〕十βｌＣＤ−１／２）十β、〔Ｃ〕十
β４ （Ｍｎ） （７１こ＼でβ１は定数である。 次に伸びＥＬは、鋼材特性によって変ることは勿論で、
特に引張強さＴＳとの相関が大であるが、試験片の形状
寸法によっても大きく変ることを考慮して、次式で判定
する。 ＥＬ＝ｆｓ （Ｈ，Ｄ、Ａ、Ｌ、（Ｘｊ）） （８）実
用的には次式が用いられる。 ＥＬ＝ｒ、ＣＨ） ＋ｒ、［：Ｄ−’／２） ＋ｒ、Ｉ
”Ｃ）＋ｒ、（Ｍｎ：ｌ ＋γ５〔Ａ１／２〕＋γａ（
Ｌ） β９）こ＼で、ｒＩは定数、Ａ、Ｌはそれぞれ引
張試験片の平行部所面積および平行部の長さである。 次に本発明による衝撃試験特性の判定法について説明す
る。第２図は、鋼材のシャルピー試験の遷移曲線を示す
図であシ、横軸は試験温度Ｔ （Ｃ）、縦軸は吸収エネ
ルギーｖＥ（ｋｆ−ｍ）である。通常、衝撃試験におい
ては、ある指定試験温度における吸収エネルギー値ｖＥ
ｔの測定がめられる。そこで本発明においては、遷移曲
線を、アッパーシェルフエネルギーＶＥ８、ロアーシェ
ルフエネルギーｖＥ□、遷移温度ｖＴｒｚで表わす。 ＷＥ？ ＝ｆ （ｖＫｓ ＋ ｖＥｏ ｍ ｖＴｒＢ
＊ Ｔ ） α１第３図は、第２図の遷移領域を直線で
近似した場合であシ、この場合（７）式は次式のように
表わされる。 上式において、ロアーシェルフエネルギーｖＥ。 はＯとしている。アッパーシェルフエネルギーｖＥｌｌ
ｓエネルギー遷移温度ｖＴ！ｌ！＊ エネルギー遷移領
域を示す温度領域Ｔｔ Ｔｔをそれぞれ硬度Ｈ９粒度り
、成分（Ｘｊ） ｊ ＝ １〜Ｎであられす。 ｖＥｓ＝ ｈ、 （Ｈ，Ｄ、 （Ｘｊ） ） ａａｖＴ
ｒｚ＝ｈｔ （Ｈ，Ｄ＊ （ＸＪ） ） α騰Ｔｔ Ｔ
＊＝ ｈｓ （Ｈ，Ｄ、 （ＸＪ）−） ０４従って硬
度Ｈ０粒度り、成分（Ｘｊ）からａ３鰭。 ０４式及びαＱあるいは００式を用いること傾よシ、指
定された温度Ｔにおける吸収エネルギーＷＥ、をめるこ
とが出来る。 なお、シャルピー特性値として一般によく用いられてい
る破面遷移温度ｖＴｙｓＫついても同様に次の式α鴎で
表わすことができる。 ｖＴｒｓ ＝ ｈ４（Ｈ、Ｄ 、 （Ｘ４） ） Ｑ！
９実用的には次の式が用いられる。 ｖＥｓ＝δ１〔Ｈ〕＋δｌＣＤ−’／２）＋δ３〔Ｃ〕
＋δ＋（Ｍｎ） αｅｖＴ ｒｚ ＝ ’Ｅ ｔ ［Ｈ
） ＋６ （ｎ−１／２ ：ｌ ＋’Ｅｓ （Ｃ） ＋
ＣＥａ （Ｍｎ） （ｌηＴ、−ＴＩ＝ζ１〔Ｈ〕十ζ
ｔ（Ｄ−’／２）＋ζ、〔Ｃ〕十ζａ（Ｍｎ〕σ樽ｖＴ
ｒｓ ＝ １７、ＣＨ’３＋ηｔ 〔Ｄ−１／２）十η
８〔Ｃ〕十η＜（Ｍｎ） α１こ＼でδ＋＊’Ｅｌ、ζ
量およびη１は定数である。 以上述べたように、本発明では、硬度Ｈ９結晶粒度り、
成分（Ｘｊ ’）等の代替値によシ従来引張試験。 衝撃試験によ請求めていた機械的緒特性を、簡便にめる
ことが可能である。次に厚鋼板について行った、本発明
の具体的な実施例について説明する。 第４図は実施例で用いた硬度測定法の原理を示す概念図
で、直径Ｄ（ｍｍ）の圧子球３を鋼材１に押込み、その
際の押込み荷重Ｗ（ｋ、）と押込み深さＸ（ｍｍ）を連
続的に測定する。第５図はこうして測定された荷重−変
位曲線を示すものである。図に示すように、この荷重−
変位曲線はある荷重ＨＴを定義する。 一般に硬度試験は引張試験の簡便法として用いられるが
（イ）式で定義される硬度は以下に示すように引張強さ
ＴＳとの対応が理論的忙関係づけられるものである。即
ち圧痕径ｄを測定するマイヤー硬さ において、加工硬化しない材料もしくは加工硬化が十分
進んだ材料で完全塑性変形領域まで押込んだ場合のマイ
ヤー硬さは、その段階での材料の降伏値Ｙ１即ち引張強
さＴＳを示すことが知られている。 ＨＭ＝Ｃ−Ｙ＝Ｃ−ＴＳ （２） Ｃは定数 また、押込深さＸと圧痕径ｄとの間には圧子球径をＤと
して次の関係がある。 ｄ＝２ハαに面め−８：２ρ６丁 （ハ）従ってＱυ、
（イ）、（２３式よシ ＝Ｂ−ＴＳ （財） となる。 上述の説明は、加工硬化がないといり条件を設けて導い
たもので、実際には加工硬化の影響を若干考慮する必要
はあるが、基本的にはこの硬度ＨＴは鋼材の引張強さＴ
Ｓに対応するものである。 前述のように硬度はプリネル硬度等積々の表示がある。 式■で定義した微分硬度Ｈ，は上述のように引張強さＴ
Ｓ等との関係が理論づけられる。 したがって、本実施例では実験式ｆ４１ 、 （７）
、 ＋９１ 、 （１〜０Ｉにおいて硬度Ｈとして上記
微分硬度ＨＴを用いている。 （実施例） 次に本実施例で用いた結晶粒度測定法について説明する
。第６図（ａ）は超音波による減衰定数測定法の概念図
であシ、ｌは被測定鋼材、２は送受信兼用超音波振動子
である。この超音波振動子２から出た超音波は該鋼材ｌ
内で多重反射し、その音圧エコー列を振動子２で検出す
ると、同図伽）に示すような減衰曲線が得られる。エコ
ーの音圧Ｐは伝播距離Ｘ（ａ＋＋）に対してはソ指数関
数的に減衰し、Ｐ ＝ Ｐ（、ｅ −” で表わすこと
ができる。鋼材内での伝播距離ｘｔ −ｘｔ （ｃｒｎ
）での音圧をＰｌ、 Ｐ、とすれば、減衰定数α（ｄ
Ｂ ／ ｃｒｎ）は次の式で定義される。実際の測定で
は、超音波の減衰には、結晶粒界での散乱に起因するも
の以外に鋼材中の超音波回折による減皐、鋼材の両端面
における反射損失によるもの等があシ、これらは前取っ
て既知であるので補正することができる。上述のように
適当な周波数ｆ （Ｈｚ ’）を設定し真の減衰定数α
（ｄＢ／ｃｒｎ）がまると、これらα、ｆの値から前取
って実験的に既知である関係式を用いて、結晶粒度Ｄｕ
がめられる。 Ｄｕ＝Ｄｕ（α、ｆ） （イ） 鋼材中を伝播する超音波は、結晶間の弾性定数に不連続
があれば粒界でその進行が妨げられ、散乱減衰する。従
って超音波エネルギーの減衰によって測定される結晶粒
度は、粒間に結晶方位に大きな差がある、いわゆる有効
結晶粒度となる。本実施例のような一般構造用鋼の場合
、フェライト・パーライト鋼ではフェライト粒度、マル
テンサイト鋼、ベイナイト鋼の場合はコ・バリアント・
パケットサイズにあたシ、鋼の変形や破壊等の機械的性
質を実効的に支配する結晶単位である。 更に成分に関しては、製鋼工程で精錬鍋からのサンプリ
ング分析によるいわゆるレードル分析値を用いた。 以上説明した測定法を用い、厚鋼板について本発明方法
による判定値を、従来法による機械試験値と比較したと
ころ、次のような良好な対応精度こ＼で、従来法による
測定範囲は多数の厚鋼板試験片について従来法にょシ測
定した結果の範囲を示している。また比較精度は従来法
による測定結果と本発明で得られた演算結果との差の自
乗平均を表わしている。」
、第２図は鋼材のシャルピー試験からめられる吸収エネ
ルギー遷移曲線を示す図、第３図は第２図を簡略化した
図、第４図は本実施例で用いた押込硬度測定法の概念図
、第５図は第４図の測定で得られる押込荷重−押込変位
曲線を示す図、第６図（ａ）は、実施例で用いた超音波
減衰定数測定方法を示す概念図、第６図中）はその測定
結果を示すグラフである。 出願人 新日本製鐵株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 手続補正書（自発） 昭和６０年１月１１日 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１９７２５５号 ２、発明の名称 鋼材の機械的特性の判定法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称 （６
６５）新日本製鐵株式会社 代表者 武 １） 豊 ４、代理人 〒１０１ （１）明細書第４頁１１行、１２行の「結晶粒」を「結
晶粒度」に補正し、同頁１５行の「パケット」の次に「
サイズ」を挿入する。 （２）同第５頁末行〜第１２頁下から６行の記載を次の
様に補正する。 「 実用的には、次の一次式が用いられる。 ＴＳ＝α１〔Ｈ〕＋α＊（Ｄ−１７２）＋α５（Ｃ）
＋αａ（Ｍｎ） β４１と＼で、ｃｔＩは実験によって
めた定数、Ｃは炭素含有量、Ｍｎはマンガン含有量であ
る。 次に降伏値ＹＰは、加工硬化がない場合の鋼材の変形強
度であシ、機械的特性のうち最も基本的なもので、上述
の引張強さＴＳはこの降伏値ＹＰを基に、鋼材の加工硬
化特性できま石。 従って本方法では引張強さＴＳの判定値から加工硬化に
よる増分を差し引くかたちで降伏値ＹＰを判定する。 ＹＰ −ｆｔ （Ｈ、Ｄ 、 （Ｘｊ） ） （５）＝
ｆＩ（Ｈ，Ｄ、（Ｘｓ）） ｆｔ５（Ｄ、（Ｘｊ））
（６）ｆ□の寄与分は鋼材の機械的特性によるもので、
一般には（３）式のｆａｘの項よシも大きな値をとる。 実用的には次式が用いられる。 ＹＰ＝β１〔Ｈ〕十βｌＣＤ−１／２）十β、〔Ｃ〕十
β４ （Ｍｎ） （７１こ＼でβ１は定数である。 次に伸びＥＬは、鋼材特性によって変ることは勿論で、
特に引張強さＴＳとの相関が大であるが、試験片の形状
寸法によっても大きく変ることを考慮して、次式で判定
する。 ＥＬ＝ｆｓ （Ｈ，Ｄ、Ａ、Ｌ、（Ｘｊ）） （８）実
用的には次式が用いられる。 ＥＬ＝ｒ、ＣＨ） ＋ｒ、［：Ｄ−’／２） ＋ｒ、Ｉ
”Ｃ）＋ｒ、（Ｍｎ：ｌ ＋γ５〔Ａ１／２〕＋γａ（
Ｌ） β９）こ＼で、ｒＩは定数、Ａ、Ｌはそれぞれ引
張試験片の平行部所面積および平行部の長さである。 次に本発明による衝撃試験特性の判定法について説明す
る。第２図は、鋼材のシャルピー試験の遷移曲線を示す
図であシ、横軸は試験温度Ｔ （Ｃ）、縦軸は吸収エネ
ルギーｖＥ（ｋｆ−ｍ）である。通常、衝撃試験におい
ては、ある指定試験温度における吸収エネルギー値ｖＥ
ｔの測定がめられる。そこで本発明においては、遷移曲
線を、アッパーシェルフエネルギーＶＥ８、ロアーシェ
ルフエネルギーｖＥ□、遷移温度ｖＴｒｚで表わす。 ＷＥ？ ＝ｆ （ｖＫｓ ＋ ｖＥｏ ｍ ｖＴｒＢ
＊ Ｔ ） α１第３図は、第２図の遷移領域を直線で
近似した場合であシ、この場合（７）式は次式のように
表わされる。 上式において、ロアーシェルフエネルギーｖＥ。 はＯとしている。アッパーシェルフエネルギーｖＥｌｌ
ｓエネルギー遷移温度ｖＴ！ｌ！＊ エネルギー遷移領
域を示す温度領域Ｔｔ Ｔｔをそれぞれ硬度Ｈ９粒度り
、成分（Ｘｊ） ｊ ＝ １〜Ｎであられす。 ｖＥｓ＝ ｈ、 （Ｈ，Ｄ、 （Ｘｊ） ） ａａｖＴ
ｒｚ＝ｈｔ （Ｈ，Ｄ＊ （ＸＪ） ） α騰Ｔｔ Ｔ
＊＝ ｈｓ （Ｈ，Ｄ、 （ＸＪ）−） ０４従って硬
度Ｈ０粒度り、成分（Ｘｊ）からａ３鰭。 ０４式及びαＱあるいは００式を用いること傾よシ、指
定された温度Ｔにおける吸収エネルギーＷＥ、をめるこ
とが出来る。 なお、シャルピー特性値として一般によく用いられてい
る破面遷移温度ｖＴｙｓＫついても同様に次の式α鴎で
表わすことができる。 ｖＴｒｓ ＝ ｈ４（Ｈ、Ｄ 、 （Ｘ４） ） Ｑ！
９実用的には次の式が用いられる。 ｖＥｓ＝δ１〔Ｈ〕＋δｌＣＤ−’／２）＋δ３〔Ｃ〕
＋δ＋（Ｍｎ） αｅｖＴ ｒｚ ＝ ’Ｅ ｔ ［Ｈ
） ＋６ （ｎ−１／２ ：ｌ ＋’Ｅｓ （Ｃ） ＋
ＣＥａ （Ｍｎ） （ｌηＴ、−ＴＩ＝ζ１〔Ｈ〕十ζ
ｔ（Ｄ−’／２）＋ζ、〔Ｃ〕十ζａ（Ｍｎ〕σ樽ｖＴ
ｒｓ ＝ １７、ＣＨ’３＋ηｔ 〔Ｄ−１／２）十η
８〔Ｃ〕十η＜（Ｍｎ） α１こ＼でδ＋＊’Ｅｌ、ζ
量およびη１は定数である。 以上述べたように、本発明では、硬度Ｈ９結晶粒度り、
成分（Ｘｊ ’）等の代替値によシ従来引張試験。 衝撃試験によ請求めていた機械的緒特性を、簡便にめる
ことが可能である。次に厚鋼板について行った、本発明
の具体的な実施例について説明する。 第４図は実施例で用いた硬度測定法の原理を示す概念図
で、直径Ｄ（ｍｍ）の圧子球３を鋼材１に押込み、その
際の押込み荷重Ｗ（ｋ、）と押込み深さＸ（ｍｍ）を連
続的に測定する。第５図はこうして測定された荷重−変
位曲線を示すものである。図に示すように、この荷重−
変位曲線はある荷重ＨＴを定義する。 一般に硬度試験は引張試験の簡便法として用いられるが
（イ）式で定義される硬度は以下に示すように引張強さ
ＴＳとの対応が理論的忙関係づけられるものである。即
ち圧痕径ｄを測定するマイヤー硬さ において、加工硬化しない材料もしくは加工硬化が十分
進んだ材料で完全塑性変形領域まで押込んだ場合のマイ
ヤー硬さは、その段階での材料の降伏値Ｙ１即ち引張強
さＴＳを示すことが知られている。 ＨＭ＝Ｃ−Ｙ＝Ｃ−ＴＳ （２） Ｃは定数 また、押込深さＸと圧痕径ｄとの間には圧子球径をＤと
して次の関係がある。 ｄ＝２ハαに面め−８：２ρ６丁 （ハ）従ってＱυ、
（イ）、（２３式よシ ＝Ｂ−ＴＳ （財） となる。 上述の説明は、加工硬化がないといり条件を設けて導い
たもので、実際には加工硬化の影響を若干考慮する必要
はあるが、基本的にはこの硬度ＨＴは鋼材の引張強さＴ
Ｓに対応するものである。 前述のように硬度はプリネル硬度等積々の表示がある。 式■で定義した微分硬度Ｈ，は上述のように引張強さＴ
Ｓ等との関係が理論づけられる。 したがって、本実施例では実験式ｆ４１ 、 （７）
、 ＋９１ 、 （１〜０Ｉにおいて硬度Ｈとして上記
微分硬度ＨＴを用いている。 （実施例） 次に本実施例で用いた結晶粒度測定法について説明する
。第６図（ａ）は超音波による減衰定数測定法の概念図
であシ、ｌは被測定鋼材、２は送受信兼用超音波振動子
である。この超音波振動子２から出た超音波は該鋼材ｌ
内で多重反射し、その音圧エコー列を振動子２で検出す
ると、同図伽）に示すような減衰曲線が得られる。エコ
ーの音圧Ｐは伝播距離Ｘ（ａ＋＋）に対してはソ指数関
数的に減衰し、Ｐ ＝ Ｐ（、ｅ −” で表わすこと
ができる。鋼材内での伝播距離ｘｔ −ｘｔ （ｃｒｎ
）での音圧をＰｌ、 Ｐ、とすれば、減衰定数α（ｄ
Ｂ ／ ｃｒｎ）は次の式で定義される。実際の測定で
は、超音波の減衰には、結晶粒界での散乱に起因するも
の以外に鋼材中の超音波回折による減皐、鋼材の両端面
における反射損失によるもの等があシ、これらは前取っ
て既知であるので補正することができる。上述のように
適当な周波数ｆ （Ｈｚ ’）を設定し真の減衰定数α
（ｄＢ／ｃｒｎ）がまると、これらα、ｆの値から前取
って実験的に既知である関係式を用いて、結晶粒度Ｄｕ
がめられる。 Ｄｕ＝Ｄｕ（α、ｆ） （イ） 鋼材中を伝播する超音波は、結晶間の弾性定数に不連続
があれば粒界でその進行が妨げられ、散乱減衰する。従
って超音波エネルギーの減衰によって測定される結晶粒
度は、粒間に結晶方位に大きな差がある、いわゆる有効
結晶粒度となる。本実施例のような一般構造用鋼の場合
、フェライト・パーライト鋼ではフェライト粒度、マル
テンサイト鋼、ベイナイト鋼の場合はコ・バリアント・
パケットサイズにあたシ、鋼の変形や破壊等の機械的性
質を実効的に支配する結晶単位である。 更に成分に関しては、製鋼工程で精錬鍋からのサンプリ
ング分析によるいわゆるレードル分析値を用いた。 以上説明した測定法を用い、厚鋼板について本発明方法
による判定値を、従来法による機械試験値と比較したと
ころ、次のような良好な対応精度こ＼で、従来法による
測定範囲は多数の厚鋼板試験片について従来法にょシ測
定した結果の範囲を示している。また比較精度は従来法
による測定結果と本発明で得られた演算結果との差の自
乗平均を表わしている。」
Claims (1)
- 鋼材の硬度、結晶粒度、化学成分等を公知の適宜手段に
よシ測定した後、引張強さ、降伏値は硬度を中心に結晶
粒度、成分の値を用い加工硬化特性の補正を行うことに
よ請求め、伸びは硬度、結晶粒度、成分の値に引張試験
片の形状寸法を用いることによ請求め、またシェルフエ
ネルギー、請求めるとともに、エネルギー遷移曲線を延
性域、遷移域、脆性域に分け、さらに前記シェルフエネ
ルギー、遷移温度の値を用いて近似的に数式化し、任意
の温度における吸収エネルギーをめることを特徴とする
鋼材の機械的特性の判定法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58197255A JPS6089751A (ja) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | 鋼材の機械的特性の判定法 |
| GB08426249A GB2150305B (en) | 1983-10-21 | 1984-10-17 | Evaluating mechanical properties of steel |
| US06/662,976 US4719583A (en) | 1983-10-21 | 1984-10-18 | Method and apparatus of evaluating mechanical properties of steel |
| DE19843438665 DE3438665A1 (de) | 1983-10-21 | 1984-10-22 | Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der mechanischen eigenschaften von stahl |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58197255A JPS6089751A (ja) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | 鋼材の機械的特性の判定法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6089751A true JPS6089751A (ja) | 1985-05-20 |
Family
ID=16371418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58197255A Pending JPS6089751A (ja) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | 鋼材の機械的特性の判定法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4719583A (ja) |
| JP (1) | JPS6089751A (ja) |
| DE (1) | DE3438665A1 (ja) |
| GB (1) | GB2150305B (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4958307A (en) * | 1987-11-20 | 1990-09-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Roll mark inspection apparatus |
| GB8819441D0 (en) * | 1988-08-16 | 1988-09-21 | Atomic Energy Authority Uk | Quality assurance |
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