KR20220032111A - 금속 재료의 지연 파괴 특성의 평가 방법 - Google Patents

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나호 이노우에
신지 오츠카
다이스케 미즈노
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 저온·고습도 환경 또한 고염화물인 환경하에 있어서의 지연 파괴 특성을 정밀도 좋게 평가한다.
(해결 수단) 하기 공정 (A)와 공정 (B)로 이루어지는 공정을 1회 또는 복수회 행함으로써, 가공된 금속 재료의 지연 파괴 특성을 평가하는 금속 재료의 지연 파괴 특성의 평가 방법.
공정 (A): 상기 금속 재료의 표면에 염화물 이온을 포함하는 수용액을 접촉시킴으로써, 염화물량 1000∼100000㎎/㎡의 염화물을 부착시키는 공정
공정 (B): 온도 －50∼10℃ 및 상기 염화물의 조해 습도 이상인 상대 습도의 대기 분위기 중에, 공정 (A)에서 상기 염화물을 부착시킨 상기 금속 재료를 정치하는 공정

Description

금속 재료의 지연 파괴 평가 방법
본 발명은, 저온, 고습도 환경 또한 고염화물인 융설염(融雪鹽; de-icing salt)이 부착되는 환경에서 사용되는 가공된 금속 재료의 지연 파괴 평가 방법에 관한 것이다.
자동차에 있어서의 경량화와 충돌 안전성의 향상의 양립을 목적으로 하여, 자동차 부품의 고강도화가 진행되고 있다. 그러나, 재료가 고강도화되면, 재료 중에 수소가 침입한 경우에 신장 등의 기계적 성질이 열화하는 「수소 취화(embrittlement)」라고 불리는 현상이 발생한다. 수소 취화 현상은, 지연 파괴라고도 불리고, 고강도재 부품이 정적인 부하 응력을 받은 상태로 시간이 경과했을 때, 외관상은 거의 소성 변형을 수반하는 일 없이, 돌연 취성적으로 파괴하는 현상이다.
재료 중으로의 수소 침입량의 증대는 지연 파괴의 발생을 유발하고, 지연 파괴 감수성은 재료의 강도가 높을수록 높아진다. 예를 들면, 인장 강도 1000㎫ 이상의 초고강도 강에서는, 수소 침입량이 적은 대기 부식 환경 중에서도 취화가 생길 가능성이 있다. 그 때문에, 고강도재를 실사용하기 위해서는, 재료의 지연 파괴 평가를 정확하게 파악할 필요가 있다.
이 대기 부식 환경하에서의 재료 중으로의 수소 침입 거동은 밤낮으로 변동하고, 건조 상태(낮)와 습윤 상태(밤)를 포함하는 2상태로의 전이역에서 가장 수소 침입량이 증대하는 것이 알려져 있다. 그래서, 밤낮으로 온습도 변화가 있는 대기 환경을 모의하고, 건조 상태와 습윤 상태를 포함하는 2상태를 반복하는 부식 사이클 환경하에서의 지연 파괴 평가 시험을 행함으로써 부식 환경하에서의 수소 침입에 의한 지연 파괴를 평가하는 수법이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1∼3 참조).
일본공개특허공보 2011-174859호 일본공개특허공보 2016-180658호 일본공개특허공보 2010-139450호
그런데, 자동차는, 여러 가지의 환경에서 사용되는 것으로서, 고습도 환경 또한 고염화물인 융설염이 부착되는 바와 같은 융설염 산포 지역에서 사용되는 경우도 있다. 그래서, 융설염 산포 지역에 있어서의 지연 파괴 특성의 평가를 행할 필요가 있다. 그러나, 융설염 산포 지역에서의 실환경하에 있어서의 지연 파괴 특성의 시험 결과는, 특허문헌 1∼3에 기재된 수법을 이용한 지연 파괴 특성의 시험 결과와는 상이한 것이 되어, 특허문헌 1∼3의 수법에서는, 저온·고습도 환경 또한 고염화물인 환경하에 있어서의 지연 파괴 특성을 정밀도 좋게 평가할 수 없다.
본 발명은, 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 저온·고습도 환경 또한 고염화물인 환경하에 있어서의 지연 파괴 특성을 정밀도 좋게 평가할 수 있는 금속 재료의 지연 파괴 특성 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것으로서, 그의 요지는 다음과 같다.
[1] 하기 공정 (A)와 공정 (B)로 이루어지는 공정을 1회 또는 복수회 행함으로써, 가공된 금속 재료의 지연 파괴 특성을 평가하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 지연 파괴 특성의 평가 방법.
공정 (A): 상기 금속 재료의 표면에 염화물 이온을 포함하는 수용액을 접촉시킴으로써, 염화물량 1000∼100000㎎/㎡의 염화물을 부착시키는 공정
공정 (B): 온도 －50∼10℃ 및 상기 염화물의 조해(deliquescence) 습도 이상인 상대 습도의 대기 분위기 중에, 공정 (A)에서 상기 염화물을 부착시킨 상기 금속 재료를 정치하는 공정
[2] 공정 (A)에 있어서, 침지, 분무, 샤워, 스프레이, 수적(水滴) 적하 중 어느 하나 이상의 수법을 이용하여, 10분 이내에 상기 금속 재료에 상기 염화물을 부착시키는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 금속 재료의 지연 파괴 특성의 평가 방법.
본 발명에 의하면, 저온 고습도의 대기 중에 고염화물인 융설염이 부착되는 환경에 있어서의 가공된 금속 재료의 가공 조건에 의해 지연 파괴 특성에 대해서 정밀도 좋게 평가를 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 금속 재료의 지연 파괴 평가 방법의 바람직한 실시 형태를 나타내는 공정도이다.
도 2는 지연 파괴 평가 방법에 이용되는 시험편의 일 예를 나타내는 개략도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 금속 재료의 지연 파괴 평가 방법의 바람직한 실시 형태를 나타내는 공정도이다. 도 1의 금속 재료의 지연 파괴 평가 방법은, 예를 들면 융설염 산포 지역과 같이, 저온 고습도에서 융설제 등의 고염화물이 부착되는 환경하에서 사용되는 금속 재료에 대해서, 부식에 수반하는 지연 파괴 특성을 평가하는 것이다. 이 금속 재료의 지연 파괴 평가 방법은, 공정 (A): 염분 부착 공정과, 공정 (B): 대기 분위기하에서의 정치 공정을 1회 또는 복수회 행함으로써 행해진다.
먼저, 융설염 산포 지역에 있어서의 염화물량이 금속 재료의 지연 파괴에 미치는 영향을 상세하게 조사하기 위해, 융설염 산포 지역에 굽힘 시험편을 부착하여, 균열 시험을 실시했다. 그 결과, 금속 재료의 지연 파괴 특성에 대해서, 적절한 평가를 행하기 위해서는 공정 (A)에서의 염화물을 포함하는 부착량 뿐만 아니라, 공정 (B)에 있어서 적절한 온도와 상대 습도를 설정할 필요가 있고, 제어된 일정 범위 내의 온습도 조건으로 지연 파괴 특성을 평가할 필요가 있는 것을 알 수 있었다.
이는, 동결 방지를 위해 노상에 산포된 융설제 중에 포함되는 염화물이 자동차 주행 시에 감겨 올라감으로써, 차체 재료에 염화물이 부착되어, 부식을 발생시키기 쉬워지기 때문이라고 생각된다. 또한, 융설염 산포 환경의 경우, 저온도에서 눈 아래의 젖음 상태가 계속되기 때문에, 강판 표면의 젖음 상태가 시험 환경과는 상이하여, 지연 파괴 특성에 영향을 주는 것이 생각된다. 또한, 융설제는, 주로 암염, 식염 등 NaCl이나 CaCl2를 주성분으로 하는 것으로서, 그 중에서도 염화물을 포함하는 융설제를 융설염이라고 부르고, 예를 들면 유기계의 융설제 등의 염화물을 포함하지 않는 융설제는 융설염에는 포함하지 않는다. 이하, 공정 (A)와 공정 (B)의 상세를 설명한다.
<공정 (A): 염분 부착 공정>
공정 (A)는, 금속 재료에 염화물 성분을 부착시키는 부착 공정이다. 염화물 성분은, 염화물 이온을 주체로 하는 성분을 포함하는 수용액으로 이루어진다. 염화물 성분은 시험 온도에 있어서 수용액으로서 유지되는 것이 바람직하고, 시험 온도에서 고체인 경우는 시험에 적합하지 않다.
염화물 이온을 주체로 하는 성분이란, 예를 들면 NaCl, MgCl2, CaCl2 등의 Cl 이온을 포함하는 염 중의 Cl 이온을 가리킨다. 실환경을 고려하면, 금속 재료에 부착시키는 것은 NaCl을 주체로 하는 성분인 것이 바람직하다. 주체로 하는 성분이란, 수분을 제외한 중량％가 50％ 이상을 차지하는 경우를 의미한다. 염화물 이온을 주체로 하는 성분이 염화물(NaCl, MgCl2, CaCl2 등의 1종 이상)로만 이루어져 있어도 좋고, 염화물 이외의 성분이 포함되어 있어도 좋다. 이 염화물 이외의 성분으로서는, 환경 중에 포함되는 황화물이나 질산 화합물, 융설제에 혼합되어 산포되는 우레아 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
금속 재료에 부착시키는 염화물량(물 등의 용매를 포함하지 않는 고형분 부착량)은 1000∼100000㎎/㎡로 한다. 이 염화물량은, 실환경에서 상정되는 염화물량에 대응한 것이다. 염화물량이 1000㎎/㎡ 미만에서는, 염화물 성분을 적극적으로 공급하는 융설염 산포 지역의 실환경으로는 생각하기 어렵고, 실제의 환경과 동떨어져, 수소 침입의 주영향인 부식 상태가 완만한 상태가 되기 때문에 지연 파괴 평가에 적합하지 않다. 또한, 100000㎎/㎡보다 큰 환경은, 대기로부터의 흡습으로 보다 두꺼운 수막이 형성되기 때문에, 침지 시험에 매우 가까워져 실환경을 재현할 수 없다. 따라서, 융설염 환경에 있어서의 가공된 조건에 의한 지연 파괴 평가를 행하기 위해서는, 염화물량이 1000∼100000㎎/㎡ 정도로 하는 것이 필요하고, 그 중에서도 3000㎎/㎡ 이상인 것이 바람직하고, 8000㎎/㎡ 이상 30000㎎/㎡ 이하인 것이 보다 바람직하다.
염화물 이온을 주체로 하는 성분을 금속 재료 표면에 부착시키는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 통상, 염화물 이온을 주체로 하는 성분을 포함하는 용액을 금속 재료의 표면에 부착시키는 방법이 취해진다. 구체예로서는, 용액에 시험편을 담그어 취출함으로써 강판 표면에 염화물 이온을 주체로 하는 성분을 부착시키는 침지, 염화물 이온을 주체로 하는 성분을 포함하는 용액(통상, 염수 등의 수용액)을 금속 재료에 스프레이 혹은 샤워에 의해 도포하는 방법, 분무에 의해 미소 물방울을 부착시키는 방법, 염수를 피펫에 의해 규정량 수적 적하하는 방법 등을 들 수 있다. 여기에서, 스프레이, 샤워는 액적이 50㎛ 이상을 가리키고, 그 이하의 액적에 의한 것을 분무라고 한다. 스프레이는 수동으로의 수법을 가리키고, 샤워는 전동으로의 수법을 가리킨다. 또한, 스프레이라도 샤워라도 마무리에 큰 차이는 없다.
또한, 염화물량은, 부착 전의 금속 재료와 부착 후의 금속 재료와의 질량차를 피시험체 면적으로 나눔으로써 산출할 수 있다. 또한, 염화물량을 변화시키는 경우, 예를 들면, 염화물 이온을 주체로 하는 성분을 포함하는 용액의 농도의 변화나 스프레이 도포법이면 금속 재료로의 용액의 염화물량의 중량 변화로 제어할 수 있다.
공정 (A)의 실시 시간은 10분 이내로 하는 것이 바람직하다. 실시 시간이 10분을 초과하면, 온습도를 제어하고 있지 않은 상태로 금속 재료의 부식이 진행되는 것이 생각되기 때문이다. 그 때문에, 공정 (A)는 1분 정도로 가능한 한 짧은 것이 바람직하다.
<공정 (B): 대기 분위기하에서의 정치 공정>
공정 (B)는, 공정 (A)를 거친 금속 재료를 대기 분위기하에 정치하는 공정이다. 대기 분위기하란, 수막 두께가 10㎜ 이하인 상태를 의미한다. 공정 (B)에 있어서, 예를 들면, 강판 표면에 대한 비액량(比液量)이 5mL/㎠ 이상과 같은 침지 환경에서 시험을 실시하면, 부식에 기인하는 산소의 확산이 대기 중과 크게 변화함으로써 실환경의 부식과 상이하기 때문이다. 그 때문에, 시험편은 온습도를 제어한 대기 분위기 중에 정치된다. 공정 (B)는 상대 습도를 변화시키지 않고, 일정한 환경으로 하여 실시된다. 상대 습도를 일정하게 함으로써, 융설염을 포함하는 눈 또는 얼음, 진눈깨비 등을 포함하는 수용액의 부착에 의해 강판 표면이 계속 젖는 환경을 모의할 수 있다.
이 상대 습도가 결정됨으로써, 부여 염화물량(amount of added chloride)에 의해, 염화물의 흡습성으로부터 강판 표면의 젖음을 발생시키는 것이 일반적으로 알려져 있고, 본 발명에서는 이를 이용했다. 표면의 젖음 상태는 부여 염화물량에 의해 변화하고, 부여 염화물의 흡습(조해)이 일어나는 습도 이상의 습도로 유지한다. NaCl이 주체인 염을 이용하는 경우에서는 상대 습도 75％RH 이상, MgCl2가 주체인 염을 이용하는 경우에서는 상대 습도 33％RH 이상, KCl이 주체인 염을 이용하는 경우에서는 상대 습도 84％RH 이상에서 습도 일정하게 하는 것이 각 염을 흡습시키는 데에 있어서 필수이다. 단, 시험기에 있어서 98％ 이상의 습도를 안정적으로 제어하는 것은 곤란하기 때문에, 흡습의 상한은 98％로 한다.
환언하면, 시험편은 염화물의 조해 습도 이상의 대기 분위기 중에 정치된다. 여기에서, 조해 현상이란, 습도가 높은 환경에 있어서 염이 대기 중의 수증기를 취입하여 수용액이 되는 현상을 말한다. 염 입자가 부착된 고체 표면에서는, 상대 습도에 따른 물 분자의 흡착에 더하여, 염의 조해에 의한 수막이 형성된다. 그래서, 전술과 같이, 대기 분위기가 부여 염화물의 흡습(조해)이 일어나는 습도 이상의 습도로 유지되도록 되어 있다.
공정 (B)의 대기 분위기의 온도는, 평균값이 －50∼10℃인 것이 필요하고, 상기 온도의 관리 범위는 ±5℃ 이하로 할 필요가 있다. 대기 분위기의 온도가 10℃를 초과하는 조건의 경우, 저온 환경에서의 지연 파괴 특성을 올바르게 평가할 수 없는 것을 알 수 있었다. 이는, 대기 분위기의 온도가 10℃를 초과한 경우, 강판의 부식 속도가 빨라져, 강판 표면이 변화함과 함께 표면의 응력이 완만하게 된다. 지연 파괴에 기여하는 강재로의 수소 침입량의 비율이 낮아지기 때문에, 동일한 부식량에 대한 지연 파괴 특성이 상이한 점에서 바람직하지 않다.
또한, －50℃를 하회하는 조건에서는, 염수를 포함하는 용액이 동결하는 영향에 의해 수소 발생을 수반하는 부식 반응이 진행되지 않는 것이 예상되기 때문에, 수소 침입에 수반하는 지연 파괴는 생기지 않는다고 생각되기 때문에 적당하지 않다. 또한, 대기 분위기의 온도는 소정 범위 내에서 일정해도 좋고, 변동해도 좋다. 또한, 공정 (A)와 (B)는 1회 또는 복수회 반복한다.
전술한 공정 (A), (B)에 의해 지연 파괴 특성을 구체적으로 평가하기 위해서는, 금속 재료에 가공을 실시하는 것이 필요해진다. 가공 방법으로서는, 예를 들면 굽힘 가공, 장출 가공, 인장 가공 등을 들 수 있다. 또한, 지연 파괴 특성을 평가하기 위해서는 금속 재료에 응력을 부여할 필요가 있고, 볼트를 이용하여 응력 부여한 형상으로 고정하는 방법이나, 가공 후에 존재하는 잔류 응력을 이용하여 평가하는 방법 등을 들 수 있다.
실시예 1
이하에, 본 발명의 실시예를 나타낸다. 두께 1.4㎜의 상이한 강종 A, B, C, D를 이용하여 시험편을 제작하고, 제작한 시험편을 이용한 지연 파괴 특성의 평가를 행했다. 강종 A, B, C, D의 성분을 하기표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
<시험편의 제작>
강종 A, B, C, D를 폭 35㎜×길이 100㎜로 전단하고, 전단 시의 잔류 응력을 제거하기 위해 폭이 30㎜가 될 때까지 연삭 가공을 실시하여, 시험용의 강판을 제작했다. 도 2는 지연 파괴 평가용의 시험편의 일 예를 나타내는 개략도이다. 전술한 시험용의 강판을 톨루엔에 침지하여 5분간 초음파 세정한 후에 도 2와 같이 180° 굽힘 가공하고, 이 상태로 볼트(BB)와 너트(BN)로 구속하여 시험편(1)을 제작했다. 이 지연 파괴 평가용의 시험편(1)은 굽힘 반경 R을 4∼9㎜인 굽힘부(2)를 갖고, 조임폭(fastening width)을 굽힘 반경 R의 배인 2R로 되어 있다. 또한, 굽힘부(2)의 굽힘 반경을 1㎜씩 6단계로 변화시킨 복수의 시험편(1)을 준비했다. 또한, 굽힘 반경 R이 작으면 부하 하중이 크기 때문에 깨지기 쉽고, 굽힘 반경 R이 크면 부하 하중이 작기 때문에, 깨지기 어렵다.
강종 A, B를 이용한 시험편(1)에 대해서는, 실제의 융설염 산포 지역의 실환경에 있어서 균열 시험을 한 실환경 시험과, 도 1의 금속 재료의 지연 파괴 평가 방법에 의한 시험과의 쌍방을 행했다. 한편, 강종 C, D를 이용한 시험편(1)에 대해서는, 도 1의 금속 재료의 지연 파괴 평가 방법에 의한 시험을 행했다.
<실환경 시험>
실환경 시험에서는, 융설염이 산포된 상태의 도로를 매일 주행하는 이동체의 하부에 각 시험편을 설치하고, 시험 개시 후 60일째에 회수했다. 이동체의 하부에 설치한 것은 융설염의 영향을 받고 있는 부위이기 때문이다. 하기표 2에 그의 결과를 나타낸다. 또한, 시험 기간 중에 균열이 발생한 최대의 굽힘 반경을 균열 발생의 경계로 하여, 실환경에 있어서의 한계 굽힘 반경으로 했다.
Figure pct00002
표 2에 있어서, 시험편에 1㎜ 이상의 균열이 보인 시험편 조건을 균열 있음(기호: ×), 1㎜ 미만의 균열 또는 균열 없음의 조건을 균열 없음(기호: ○)으로 했다. 또한, 균열이 발생한 시험편 중, 가장 큰 굽힘 반경을 한계 굽힘 반경이라고 정의했을 때, 강 A의 균열 발생 굽힘 반경은 6㎜이고, 강 B의 균열 발생 굽힘 반경은 5㎜였다.
<지연 파괴 특성 시험>
도 1의 금속 재료의 지연 파괴 평가 방법을 이용하여, 금회의 시험 기간을 최대 60일로 하고, 시험 기간 중에 균열이 발생한 최대의 굽힘 반경을 균열 발생의 경계로 하여, 한계 굽힘 반경으로 했다. 그리고, 지연 파괴 특성 시험에서 얻어진 한계 굽힘 반경과, 상기 실환경 시험에서 얻어진 한계 굽힘 반경을 비교함으로써, 지연 파괴 특성 시험이 적정한지를 판단했다. 또한, 대기 분위기 중의 상대 습도는 설정값을 포함하는 ±5％까지를 시험 범위로서 인정한다.
지연 파괴 평가 시험의 시험 조건 및 결과를 표 3 및 표 4에 나타낸다. 표 3 및 표 4에 있어서, 본 발명의 일 실시 형태의 시험 조건에 기초하여 행한 경우를 발명예로 하고, 표 3, 4에 있어서 밑줄을 치고 있는 시험 조건이 벗어나 있는 경우를 비교예로 했다. 또한, 시험편이 하나도 깨지지 않은 조건에 대해서는 한계 굽힘 반경을 데이터 없음(기호: -)으로 기재한다.
Figure pct00003
Figure pct00004
비교예 No.36, 37, 79, 80은, 종래와 같이, 상대 습도를 건조 상태(상대 습도 30％)와 습윤 상태(상대 습도 90％)를 반복하여 사이클을 행했을 때의 비교예이다. 이 종래법에서는, 한계 굽힘 반경이 실환경 시험의 결과보다 작아져 버려, 시험 결과가 일치하지 않았다. 또한, 시험편의 표면 상태를 비교해 보면, 부식 상태가 상이한 점에서, 저온 고습도 환경 또한 고염화물인 융설염이 부착되는 환경의 평가를 행하기에는 부적절하다는 것을 알 수 있었다.
No.5, 7, 16, 21, 22, 51, 53, 62, 66은, 부착염의 양은 10000㎎/㎡이지만, 주체 염종을 각각 상이하게 한 것이다. 이 중, 발명예 No.5, 7, 16, 21, 51, 53, 62와 같이 주체 염종이 염화물 이온을 포함하고 있는 경우, 지연 파괴 발생일수에 변화는 확인되기는 하지만, 한계 굽힘 반경은 실환경 시험의 결과와 일치했다. 한편, 주체 염종이 우레아로서 염화물 이온을 포함하지 않는 비교예 No.22, 66의 경우, 고습도에서도 표면에 젖음이 생기지 않아, 부식이 진행되지 않았기 때문에, 한계 굽힘 반경이 실환경 시험의 결과와 일치하지 않았다. 이와 같이, 주체 염종이 염화물 이온이 아닌 조건에서는 실환경 시험과는 결과가 일치하지 않는 것을 알 수 있다. 이 점에서, 시험편에는, 염의 종류는 불문하지만, 염화물 이온을 주체로 한 성분을 부착시키는 것이 필요한 것을 알 수 있다.
No.1∼3, 5, 42∼45, 47∼49, 51, 85∼88은, 주체 염종(염화 나트륨), 시험 환경, 사이클 조건을 각각 일치시켜, 염화물량을 변화시킨 것이다. 이 중, 실시예 No.2, 3, 5, 42∼44, 48, 49, 51, 85∼87은 한계 굽힘 반경은 실환경 시험의 결과와 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 No.1, 47에서는, 염화물량이 적은 영향으로부터 젖음이 치우치기 쉽고, 시험편의 전체면에서 균일한 부식이 진행되지 않아, 한계 굽힘 반경이 실환경 시험의 결과와 일치하지 않았다. 또한, 비교예 No.45, 88에서는, 흡습에 의해 수막이 두꺼워지기 쉽고, 시험편 상에 확실히 염화물을 규정량 부착시키는 것이 곤란한 상태가 되어, 충분한 수소 침입이 일어나지 않았다고 생각된다. 그 때문에, 한계 굽힘 반경이 실환경 시험의 결과와 일치하지 않았다. 이상의 점에서, 염화물량의 영향에 의해 시험 결과는 변화하지 않지만, 평가와 실험 조작의 관점에서 1000∼100000㎎/㎡인 것이 필요한 것을 알 수 있었다.
또한, 주체 염종이 염화 나트륨인 경우뿐만 아니라, 염화 칼슘, 염화 마그네슘으로 하여 염화물량을 변화시킨 경우라도, 실시예 No.6, 7, 15, 16, 52, 53, 61, 62에 나타내는 바와 같이, 한계 굽힘 반경의 결과는 실환경 시험의 결과와 일치하고 있는 것을 알 수 있다.
No.5, 46과 No.51, 89는, 각각 공정 (B)에 있어서의 시험 환경을 대기 분위기 내인지 침지인지를 대비시킨 것이다. 비교예 No.46, 89와 같이 시험 환경이 침지인 경우, 한계 굽힘 반경이 실환경 시험의 결과와 일치하지 않았다. 이는, 침지에 의해, 부식 표면의 상황이 변화하고 있는 것에 의한다고 생각된다. 이 점에서, 부식 환경을 동일하게 하기 위해 대기 분위기하에서 시험하는 것이 적합하다. 한편, 실시예 No.5, 51과 같이 시험 환경이 대기 분위기하인 경우, 한계 굽힘 반경은 실환경 시험의 결과와 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 이상의 점에서, 공정 (B)는 대기 분위기하에서 행할 필요가 있는 것을 알 수 있었다.
No.4, 5, 7, 11, 16, 17, 38∼40, 50, 51, 53, 57, 81∼83은, 시험 온도를 변화시킨 실시예이다. 이 중 발명예 No.5, 7, 16, 38, 39, 51, 53, 81∼82는 주체 염종에 상관없이 한계 굽힘 반경은 실환경 시험의 결과와 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 No.4, 11, 17, 50, 57은 온도가 높아서 부식 상황이 변화했기 때문에, 한계 굽힘 반경이 실환경 시험의 결과와 일치하지 않아, 실환경보다 엄격한 결과가 되었다. 또한, 비교예 No.40과 No.83에서는 균열이 발생하지 않았다. 시험편을 관찰해 보면, 온도가 지나치게 낮았기 때문에, 염수가 동결하여 석출된 염과 얼음으로 완전하게 분리되어 있는 상황이 확인되었기 때문에, 부식이 일어나고 있지 않은 것을 알 수 있었다. 부식이 일어나지 않기 때문에 균열은 발생하지 않기 때문에, 한계 굽힘 반경은 실환경 시험의 결과와 일치하지 않는다. 이상의 점에서, 시험 온도는 －50∼10℃가 적합한 것을 알 수 있다.
No.5, 7∼10, 34∼35, 51, 53∼56, 77∼78은 습도 조건이 상이한 경우의 실시예이다. 이 발명예 및 비교예는 금회 이용한 염인 염화 나트륨의 흡습성과 관계하고 있고, 염화 나트륨의 경우에서는 상대 습도 75％에서 흡습이 일어난다(＝조해 습도). 그 때문에, 비교예 No.35, 78에서는 상대 습도가 65％ 이상이라도 흡습(조해)이 일어나지 않기 때문에, 시험편 표면에 젖음이 생기지 않고 부식 형태가 상이한 점에서 적정하게 평가를 행할 수 없었다. 또한, 염화 마그네슘의 경우에는 습도 33％ 이상에 의해 흡습이 일어난다. 이 때문에, 비교예 No.10, 56은 습도가 30％인 경우에서는 흡습(조해)이 일어나지 않기 때문에 부식 형태가 상이했다. 한편, 발명예 No.7∼9, 53∼55는 습도가 35％ 이상이기 때문에, 조해 습도를 초과하여 흡습(조해)이 일어나는 점에서 젖음이 생겨 부식이 진행되고, 결과가 일치했다. 또한 염종에 불문하고, 습도 조건은 고습도에서 일정해지는 것이 적합하다.
No.5, 7, 12∼14, 16, 18∼20, 23∼25, 41, 51, 53, 58∼60, 62∼65, 67∼68, 84는 염화물의 부착 방법을 변화시킨 실시예이다. 각각 용액에 시험편을 1분간 담그어 취출함으로써 강판 표면에 염화물 이온을 주체로 하는 성분을 부착시키는 침지, 염화물 이온을 주체로 하는 성분을 포함하는 용액(통상, 염수 등의 수용액)을 금속 재료에 스프레이 및 샤워에 의해 도포하는 방법, 분무에 의해 미소 물방울을 부착시키는 방법, 염수를 피펫에 의해 규정량 수적 적하하는 방법으로, 이들의 발명예의 한계 굽힘 반경은 주체 염종에 상관없이, 모두 실환경 시험의 결과와 일치했다. 그러나, 발명예 No.41, 84에서는 공정 (A)의 침지의 조작 시간이 길고, 시험편을 용액 중에 15분 담근 채로 하면 공정 (A)의 사이에 부식의 진행이 확인되었다. 허용 범위이기는 하지만, 공정 (A)의 사이의 부식 진행에 의한 수소 침입으로부터 한계 굽힘 반경의 평가 결과가 어긋날 가능성이 있기 때문에, 정밀도 좋게 시험을 행하기 위해서는, 공정 (A)는 10분 이내에서 행하는 것이 적합하다. 또한, 수적 적하를 이용한 부여는 강판 표면 전체에 균일하게 행하기 위해서는 고도의 기술을 필요로 한다. 그래서 조작이 간단한 침지, 스프레이, 샤워, 분무가 적합하다.
No.5, 26∼33, 51, 69∼76은 사이클의 횟수가 상이한 실시예이다. 본 발명에서는, 세정 공정을 포함하지 않기 때문에, 공정 (A)와 (B)를 반복하여 행함으로써 염화물량이 증가해 가는 것을 의미한다. 비교예 No.30, 73은 염화물량이 지나치게 많았기 때문에, 한계 굽힘 반경이 실환경 시험의 결과와 일치하지 않았다. 사이클 반복에 수반하는 염화물량의 합계량이 본 시험의 청구항에 들어가는 범위에서는 실환경 시험의 결과와 일치하기 때문에, 합계 염화물량이 1000∼100000㎎/㎡인 것이 적합하다.
<재료 평가>
또한, 종래의 지연 파괴 평가법인 염산 침지에서는, 동(同)조건에 있어서의 재질 간의 비교밖에 할 수 없었지만, 본 평가를 행함으로써 재질 그 자체의 사용 경계를 정하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 의해 강 C와 강 D에 대해서 한계 굽힘 반경으로부터 지연 파괴 특성을 평가했다. 강 C는, 깨진 시험편이 가장 엄격한 R＝4㎜의 굽힘 조건만으로 균열 발생일수도 최대 평가 기간 부근이었다. 본 실시예로부터 강 C는 한계 굽힘 반경이 작은 점에서, 지연 파괴 특성이 우수한 것이 명백해졌다. 한편, 강 D는 시험 개시 직후에 대부분의 시험편에서 균열이 발생하고, 최대 균열 반경은 R＝9㎜였다. 그 때문에, 강 D는 본 시험보다 한계 굽힘 반경이 큰 점에서, 지연 파괴 특성이 낮은 것을 판단할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 기술을 이용함으로써 재질 그 자체의 사용 경계를 평가하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시 형태는, 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경을 더할 수 있다. 예를 들면, 평가 대상으로 하는 금속 재료는, 통상, 강판 등의 강재이지만, 이에 한정하지 않고 Ti나 Al 등의 금속 재료라도 좋다. 본 발명의 지연 파괴 특성 평가 방법은, 금속 재료의 지연 파괴 특성을 정확하게 평가할 수 있기 때문에, 이에 따라 평가 선정된 금속 재료(특히 강판 등의 강재)는 우수한 지연 파괴 특성을 갖는 것이다.
1 : 시험편
2 : 굽힘부
BB : 볼트
BN : 너트

Claims (2)

  1. 하기 공정 (A)와 공정 (B)로 이루어지는 공정을 1회 또는 복수회 행함으로써, 가공된 금속 재료의 지연 파괴 특성을 평가하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 지연 파괴 특성의 평가 방법.
    공정 (A): 상기 금속 재료의 표면에 염화물 이온을 포함하는 수용액을 접촉시킴으로써, 염화물량 1000∼100000㎎/㎡의 염화물을 부착시키는 공정
    공정 (B): 온도 －50∼10℃ 및 상기 염화물의 조해(deliquescence) 습도 이상인 상대 습도의 대기 분위기 중에, 공정 (A)에서 상기 염화물을 부착시킨 상기 금속 재료를 정치하는 공정
  2. 제1항에 있어서,
    공정 (A)에 있어서, 침지, 분무, 샤워, 스프레이, 수적(水滴) 적하 중 어느 하나 이상의 수법을 이용하여, 10분 이내에 상기 금속 재료에 상기 염화물을 부착시키는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 지연 파괴 특성의 평가 방법.
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