KR20240072243A

KR20240072243A - 지연 파괴 평가용의 지그, 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법, 및 시험편

Info

Publication number: KR20240072243A
Application number: KR1020247014422A
Authority: KR
Inventors: 유이치 마츠키; 도요히사 신미야; 긴야 나카가와; 유지 야마사키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2024-05-23
Also published as: JP7367746B2; CN118215832A; WO2023085023A1; JP2023072460A

Abstract

보다 정밀도 양호하고 또한 간이하게 전단 단면에서의 지연 파괴 평가가 가능한 지그나 시험편 및 그것을 사용한 지연 파괴 평가 방법을 제공한다. 길이 방향 양측에 핀 구멍 (10A, 10B) 이 개구된 시험편 (10) 에 대해 인장 하중을 부하하고, 그 부하 상태에서 구속한 시험편 (10) 과 함께 수소 침입 환경에 설치되는 지연 파괴 평가용의 지그 (1) 이다. 일방의 핀 구멍 (10A) 을 관통하는 제 1 핀 (2) 과, 타방의 핀 구멍 (10B) 을 관통하는 제 2 핀 (3) 과, 제 1 핀 (2) 의 양 단부를 각각 삽입하는 제 1 삽입 구멍 (5Aa, 5Ba) 이 형성된 프레임 부품 (5) 과, 제 2 핀 (3) 의 양 단부를 삽입하는 제 2 삽입 구멍 (6Aa, 6Ba) 이 형성된 슬라이드 부품 (6) 과, 프레임 부품 (5) 에 대해, 슬라이드 부품 (6) 을 시험편 (10) 의 길이 방향을 따라 진퇴 가능하게 연결하는 인장력 조정 기구를 구비하고, 인장력 조정 기구는, 나사 (7) 의 회전에 수반하여 직선 이동하는 이송 나사 기구로 되어 있다.

Description

지연 파괴 평가용의 지그, 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법, 및 시험편

본 발명은, 프레스 성형에 있어서의 금속판의 전단 단면 (端面) 에서의 지연 파괴를 평가하기 위한 기술에 관한 것이다. 본 발명은, 인장 강도 980 ㎫ 이상의 고강도 강판의 전단 단면에서의 지연 파괴 평가에 바람직한 기술이다. 또, 본 발명은, 특히 자동차 부품의 평가에 바람직한 기술이다.

현재, 자동차에는 경량화에 의한 연비 향상과 충돌 안전성의 향상이 요구되고 있다. 차체의 경량화와 충돌시의 탑승자 보호를 양립시킬 목적으로, 인장 강도 980 ㎫ 이상의 고강도 강판이 사용되고 있다. 최근에는 특히, 인장 강도 1470 ㎫ 이상의 초고강도 강판이 차체에 적용되고 있다. 고강도 강판의 차체 적용시에 있어서의 과제의 하나로 지연 파괴가 있다. 특히 초고강도 강판에서는, 전단 가공 후의 단면 (이하 전단 단면이라고 부른다) 으로부터 발생하는 지연 파괴가 중요한 과제가 되고 있다.

전단 단면에는, 큰 인장 응력이 잔류하는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 프레스 성형 후에 있어서의, 전단 단면에서의 지연 파괴의 발생이 염려된다.

여기에서, 전단 단면의 지연 파괴는 외부적인 응력을 부하함으로써 더욱 촉진되는 것이 알려져 있다. 그리고, 전단 단면의 지연 파괴의 평가를 위해, 예를 들어, 굽힘 변형에 의한 정변위 구속에 의해 응력 부하를 하는 시험 방법 (특허문헌 1, 특허문헌 2) 이 있다. 또, 다른 시험 방법으로서, 단축 (單軸) 변형에 의한 정하중 부하에 의해 응력 부하를 하는 시험 (특허문헌 3) 이 제안되어 있다.

일본 특허공보 제6380423호 일본 특허공보 제5971058호 일본 특허공보 제6354476호

Cheng Liu, Ping Liu, Zhenbo Zhao and Derek O. Northwood : Room temperature creep of a high strength steel, Materials and Design, 22 (2001) 325-328. K. Harihara, O. Majidi, C. Kim, M. G. Lee and F. Barlet : Stress relaxation and its effect on tensile deformation of steels, Materials and Design, 52 (2013) 284-288.

발명자들은, 동일한 응력 부하 조건에서, 단축 변형 (도 2(a) 참조) 과 굽힘 변형 (도 1(a) 참조) 을 비교하였다. 그리고, 발명자들이 예의 검토한 결과, 동일한 응력 부하라 하더라도, 전단 단면에 있어서 지연 파괴가 발생하지 않는 한계 응력이, 단축 변형 쪽이 낮은 경우가 있는 것을 알 수 있었다. 그 이유는, 굽힘 변형에서는, 단축 변형에 비해 판두께 방향으로 응력의 구배가 존재하기 때문이다. 이 때문에, 굽힘 변형에서는, 지연 파괴의 균열 진전이 억제되기 때문이라고 추측된다. 여기에서, 도 1(b) 는, 굽힘 변형에 의한 판두께 방향의 응력 분포를 나타낸다. 도 1(b) 는, 단축 변형에 의한 판두께 방향의 응력 분포를 나타낸다.

또, 도 3 은, 정변위 구속과 정하중 부하의 경우에 있어서의, 충분히 긴 시간 유지한 경우의 응력-변형 관계를 모식한 도면을 나타내는 도면이다.

발명자들은, 고강도 강판에 대하여, 하중을 부하하여, 구속 상태를 정변위 구속으로 한 경우와 정하중 부하로 한 경우를 비교하였다. 그리고, 발명자들이 검토한 결과, 구속 개시시의 부하 응력이 동일해도, 정변위 구속의 경우에는, 도 3 과 같이 응력이 완화되는 것을 알 수 있었다. 이 때문에, 정변위 구속의 경우에는, 정하중 부하에 비해, 겉보기 지연 파괴 한계 응력이 높은 것을 알 수 있었다. 이것은, 비특허문헌 1 에 나타나는 바와 같이, 고강도 강을 일정 응력하에서 유지하면 실온에서도 서서히 크리프 변형되는 효과에 의한 것이라고 추측된다. 또, 이것은, 비특허문헌 2 에 나타나는 바와 같이, 정변위 구속한 경우에서는 응력 완화가 생기는 효과에 의한 것이라고 추측된다.

또, 자동차 부품으로서 사용되는 프레스 성형품에 있어서의 전단 단면의 지연 파괴의 평가를 생각해 본 경우, 자동차 실부품이 실제로 받는 응력 부하는, 주로 프레스 성형에 의한 잔류 응력이다. 이 때문에, 자동차 부품으로서의 프레스 성형품은, 어느 일정한 형상으로 변형되고, 그 상태에서 유지되어 사용된다. 따라서, 하중 부하 후에 정하중 부하로 구속하는 경우에 비해, 정변위 구속 쪽이, 실제 자동차 실부품이 받는 응력 부하의 상황에 가깝다고 할 수 있다.

그 점에 있어서, 굽힘에 의한 하중에 대해서는, 특허문헌 1 이나 특허문헌 2 의 방법은 우수한 방법이라고 할 수 있다. 즉, 특허문헌 1 이나 특허문헌 2 의 방법에서는, 정변위 구속에 의해 평절단의 직선부인 전단 단면에 굽힘에 의한 하중을 부하한다. 이로써, 특허문헌 1 이나 특허문헌 2 의 방법에서는, 소정 영역의 전단 단면에 균일에 가까운 하중을 부하한 지연 파괴 평가가 가능하다.

한편으로, 단축 변형에 의한 변위 구속에 있어서의, 평절단의 직선부의 평가에 대해서는, 지금까지의 방법으로는 곤란한 점이 있는 것을 알 수 있었다. 예를 들어 특허문헌 3 에서는, 핀을 사용한 정하중에 의한, 시험편 (100) 에 대한 부하를 채용하고 있다. 단, 시험편 (100) 에 있어서의, 핀 구멍 간의 영역에 대하여, 폭을 좁게 하여 응력이 가장 높아지도록 하고 있다. 그러나, 그 지점은, 판폭이 작지 않으면 안 되기 때문에, 절결을 넣거나 하고 있다.

또, 자동차 부품의 전단 단면이 많은 부분은, 만곡부가 아니라, 직선적인 전단에 의해 제작된 평절단의 직선부이다. 따라서, 평절단의 직선부인 전단 단면에 응력을 부하하는 지연 파괴 평가 방법이 가장 중요하다.

또, 평절단을 채용하는 경우, 시어각을 잡을 수 있는 것이나, 클리어런스를 조정할 수 있는 것을 의미하여, 보다 실용적인 검토에 바람직하다.

도 4 는, 정하중 시험에 적용 가능한 바와 같이, 좌우에 핀 구멍 (100A) 을 갖고 또한 평행부를 갖는 인장 시험편 (100) 의 형상을 나타내는 모식도이다. 그러나, 도 4 에 나타내는 바와 같은 시험편 (100) 은, 길이 방향을 따라 전단 단면의 일부가 직선이라 하더라도, 평절단에 의해 가공되지 않는다. 이 때문에, 도 4 에 나타내는 바와 같은 시험편 (100) 에서는, 평절단의 직선부와 같은 부분의 평가는 곤란하다. 예를 들어, 직선상의 평절단으로 전단 단면을 형성할 수 없어, 절결에 따른 만곡을 갖는 전단날로 전단을 실시할 필요가 있다. 이 결과, 시험편 제작시의 시어각이나 클리어런스의 조정이 곤란하다.

도 5 는, 평절단의 전단 단면을 갖는 장방형 형상을 한 시험편 (100) 을 나타내는 도면이다. 이 도 5 의 시험편 (100) 에서는, 좌우에 형성한 핀 구멍에 각각 핀을 관통하고, 그 핀 사이를 변위시킴으로써 단축 응력을 부하한다. 그리고, 도 5 의 시험편 (100) 에서는, 인장 변형시킨 상태로 구속할 수 있다. 또, 시험편 (100) 의 좌우 양 단부 (端部) 를 척 사이에 끼워 단축 응력을 부하할 수 있다. 이와 같이 단축 응력을 부하하면, 일견하면, 단축 변형에 의한 변위 구속에 의해, 평절단의 직선부로 이루어지는 전단 단면의 평가가 가능한 것처럼 생각된다.

그러나, 시험편의 재료가 고강도 강판인 경우를 상정하면, 다음의 과제가 있다. 즉, 실제로는, 핀을 사용한 경우에는, 도 5 와 같은 장방형 형상의 시험편 (100) 에서는, 핀 구멍 (100A) 주변의 극히 일부밖에 인장 응력이 부여되지 않는다 (도 5 중의 화살표 부분). 이 때문에, 시험편 (100) 은, 길이 방향을 따라 균일한 응력 분포가 되지 않는다. 또, 고강도 강판으로 이루어지는 시험편 (100) 의 좌우 양 단부를 척 사이에 끼워 단축 응력을 부하한 경우를 생각해 본다. 이 경우, 척의 끝 부분 (도 5 중의 화살표 부분) 에 응력이 집중되거나, 척이 미끄러지거나 함으로써 올바른 평가가 곤란하다.

본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로, 보다 정밀도 양호하고 또한 간이하게 전단 단면에서의 지연 파괴 평가가 가능한 지그나 시험편, 및 그것을 사용한 지연 파괴 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 바와 같이, 고강도 강판의 전단 단면으로부터 발생하는 지연 파괴가 염려되고 있다.

발명자들은, 여러 가지 검토에 의해 다음의 지견을 얻었다.

시험편에 형성하는 전단 단면이, 평절단으로 형성되는 직선 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 직선상의 전단 단면의 제작이라면, 직선상의 전단날을 사용하면 되기 때문에, 전단의 조건인 시어각이나 클리어런스의 조정이 용이해진다.

또, 고강도 강판의 경우, 척으로 인장 하중을 부하하는 것보다도 좌우의 핀 구멍을 통해 인장 하중을 부하하는 것이 바람직하다.

또한, 시험편에 대해, 단축 변형에 의한 변위 구속으로, 또한, 평절단의 직선부가 가능한 한 균일한 인장 응력을 부하하여 실시하는 지연 파괴 평가가 유효하다. 그 평가는, 특히, 자동차 부품 등이 되는 금속판에 대해 유효하다. 그러나, 적어도 핀 구멍 사이의 영역에서 직선상의 전단 단면을 갖는 시험편을 대상으로 하면, 단순하게 좌우의 핀 구멍을 통해 인장 하중을 부하한 경우, 다음의 현상이 발생한다. 즉, 시험편이 고강도 강판인 경우에, 핀 구멍 근방의 좁은 범위에 응력이 집중되어 버린다.

또, 시험편에 대해, 단축 변형에 의한 변위 구속을 실현하는 지그는, 간이하게 단축 변형을 실시할 수 있고, 또한 수소 침입 환경에도 설치 가능한 지그인 것이 바람직하다.

이 때, 시험편에 응력을 부하하고 그 상태에서 구속하는 지그가, 예를 들어 스테인리스나 알루미늄의 재료로 구성되고, 그 재료가 시험편에 대한 이종 (異種) 금속인 경우를 생각해 본다. 이 경우, 부식 환경하에서는 시험편에 대해 부식 전류를 일으켜, 수소 침입 환경에 변화가 생겨 버린다. 이 때문에, 시험편과 지그는, 전기적으로 절연되어 있는 것이 바람직하다.

본 개시는, 이와 같은 지견을 전제로 하여, 그것을 실현하기 위한 간이한 지그, 시험편 형상, 및 그것을 사용한 평가 방법을 생각하였다.

또한, 평절단에 의해 절단되는 단면은, 직선 상으로 단면이 연장된다. 이 때문에, 전단 단면을 형성하기 위한 전단날의 클리어런스 등을 조정하기 쉽다고 하는 유리한 점이 있다. 도 4 와 같은 평행이 아닌 부분을 갖는 형상인 경우에는, 그 전단 단면을 평절단으로 형성하기 어렵다.

그리고, 과제 해결을 위해, 본 발명의 일 양태는, 길이 방향 양측에 각각 핀 구멍이 개구된 단책상 (短冊狀) 의 금속판으로 이루어지는 시험편에 대해 길이 방향을 따른 인장 하중을 부하하고, 그 부하 상태에서 시험편을 구속하는 지그이고, 상기 시험편과 함께 수소 침입 환경에 설치되는 지연 파괴 평가용의 지그로서, 상기 시험편에 형성된 2 개의 핀 구멍 중, 일방의 핀 구멍을 관통하는 제 1 핀과, 타방의 핀 구멍을 관통하는 제 2 핀과, 상기 일방의 핀 구멍을 관통한 상기 제 1 핀의 양 단부를 각각 삽입하는 제 1 삽입 구멍이 형성된 프레임 부품과, 상기 타방의 핀 구멍을 관통하는 제 2 핀의 양 단부를 각각 삽입하는 제 2 삽입 구멍이 형성된 슬라이드 부품과, 상기 프레임 부품에 대해, 상기 슬라이드 부품을, 상기 시험편의 길이 방향을 따라 진퇴 가능하게 연결하는 인장력 조정 기구를 구비하고, 상기 인장력 조정 기구는, 나사의 회전에 수반하여 직선 이동하는 이송 나사 기구에 의해, 상기 슬라이드 부품을 진퇴시키는 기구로 되어 있는 것을 요지로 한다.

또, 본 발명의 양태는, 본 발명의 일 양태에 기재한 지그에 시험편을 장착하여, 상기 슬라이드 부품을 진퇴시킴으로써 시험편의 전단 단면에 인장 하중을 부하한 상태에서, 시험편을 상기 지그와 함께 수소 침입 환경에 설치하는 것을 요지로 하는, 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법이다.

또, 본 발명의 양태는, 길이 방향을 따른 인장 하중이 부하된 상태에서 수소 침입 환경에 설치되는, 전단 단면의 지연 파괴 평가용의 시험편으로서, 고강도 강판으로 이루어지고, 또한 길이 방향 양측에 각각 하중을 부하하기 위한 핀 구멍이 개구된 단책 형상으로 되어 있고, 적어도 2 개의 핀 구멍 사이에 있어서, 길이 방향으로 연장되는 단면의 일방이 직선 상으로 연장된 전단 단면이고, 상기 2 개의 핀 구멍 사이의 영역에, 1 또는 2 이상의 두께 감소부를 갖고, 각 두께 감소부는, 시험편에 형성된 개구 혹은 두께를 얇게 한 영역으로 이루어지고, 그 영역은, 전단 단면으로부터 떨어져 있는, 것을 요지로 하는 전단 단면의 지연 파괴 평가용의 시험편이다.

본 발명의 양태의 지그는, 간이하게, 시험편에 인장 하중을 부하할 수 있음과 함께, 수소 침입 환경하에 설치하여, 지연 파괴 평가를 위한 시험을 가능하게 한다.

또, 본 발명의 양태의 시험편은, 고강도 강판제라 하더라도, 다음의 효과를 발휘한다. 즉, 좌우의 핀 구멍을 통한 인장 하중에 의해, 전단 단면에 대해, 종래보다 긴 영역에 균일에 가까운 인장 응력을 부하하는 것이 가능해진다. 이 결과, 본 발명의 양태의 지그는, 보다 정밀도 양호하게 지연 파괴 평가를 위한 시험을 실현 가능하게 한다.

그리고, 본 발명의 양태에 의하면, 예를 들어, 자동차의 패널 부품, 구조ㆍ골격 부품 등의 각종 부품에 고강도 강판을 적용할 때에 있어서의, 지연 파괴의 발생의 예측이 용이해진다. 그리고, 본 발명의 양태에 의하면, 고강도 강판의 적용에 의한 자동차 차체의 경량화를 가능하게 한다.

도 1 은 굽힘 변형의 예와, 그 굽힘 변형에 의한 시험편 단면에서의 응력 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 2 는 단축 변형의 부하의 예와, 그 단축 변형에 의한 시험편 단면에서의 응력 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 3 은 정변위 구속과 정하중 부하의 경우의 응력-변형 관계를 비교한 도면이다.
도 4 는 일반적인 평행부를 갖는 인장 시험편을 나타내는 모식도이다.
도 5 는 평절단의 전단 단면을 갖는 장방형 형상의 시험편에 대해, 핀 구멍을 뚫은 경우와 척의 그립부를 형성한 경우의 모식도이다.
도 6 은 시험편에 단축 인장을 부하하여 고정 (구속) 하는 지그의 사시도이다.
도 7 은 지그의 측면 단면도이다.
도 8 은 본 개시의 지그로 평가하는 것이 가능한 시험편 형상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9 는 시험편 C 의 형상에 있어서의 핀 인장시의 응력 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은 실시예에 있어서의 시험편의 형상을 설명하는 도면이다.
도 11 은 실시예에 있어서의, 항복 응력 정도의 하중 부하시에 있어서의 시험편에서의 응력 분포를 나타내는 도면이다.
도 12 는 나사의 조임량 (인장 하중) 을 변화시켰을 때의, 평절단으로 이루어지는 전단 단면부의 응력 분포를 나타내는 도면이다.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

(지연 파괴 평가용의 지그 (1))

본 실시형태의 지연 파괴 평가용의 지그 (1) 는, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 시험편 (10) 에 대해, 길이 방향을 따른 인장 하중을 부하하는 지그이다. 그리고, 지그 (1) 는, 그 부하 상태에서, 요컨대 정변위 상태에서 시험편 (10) 을 구속하는 지그이다. 또한, 본 실시형태의 지그 (1) 는, 구속한 시험편 (10) 과 함께 수소 침입 환경에 설치되는 것을 전제로 하고 있다.

또, 본 실시형태에서는, 시험편 (10) 으로서, 단책상의 금속판으로 이루어지고, 길이 방향 양측에 각각 핀 구멍 (10A, 10B) 이 개구된 금속판을 상정한다. 시험편 (10) 의 바람직한 형상에 대해서는 후술한다.

본 실시형태의 지그 (1) 는, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 핀 (2, 3) 과, 프레임 부품 (5) 과, 슬라이드 부품 (6) 과, 인장력 조정 기구를 구비한다.

＜핀 (2, 3)＞

2 개의 핀 (2, 3) 은, 각각 대상으로 하는 시험편 (10) 에 형성된 2 개의 핀 구멍 (10A, 10B) 중 어느 것을 관통한다. 즉, 2 개의 핀 (2, 3) 은, 일방의 핀 구멍 (10A) 을 관통하는 제 1 핀 (2) 과, 타방의 핀 구멍 (10B) 을 관통하는 제 2 핀 (3) 으로 이루어진다.

핀 (2, 3) 은, 원기둥봉에 한정되지 않는다. 핀 (2, 3) 은, 핀 구멍 (10A, 10B) 을 관통하여 시험편 (10) 을 고정시킬 수 있으면 되어, 각기둥봉 등이어도 된다. 또한, 핀 (2, 3) 은, 평가하는 시험편 (10) 과의 접촉면이 절연되어 있는 것이 바람직하다.

＜프레임 부품 (5)＞

프레임 부품 (5) 은, 시험편 (10) 의 일방의 핀 구멍 (10A) 을 관통한 제 1 핀 (2) 의 양 단부를 각각 삽입하는 제 1 삽입 구멍이 형성되어 있다.

본 실시형태의 프레임 부품 (5) 은, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 와 1 쌍의 짧은 부재 (5C, 5D) 로, 대상으로 하는 시험편 (10) 을 배치할 수 있는 공간을 둘러싸는 프레임상의 구조를 구비한다. 구체적으로는, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 는, 대상으로 하는 시험편 (10) 을 사이에 두고, 시험편 (10) 의 판두께 방향에서 대향하고 있다. 또, 1 쌍의 짧은 부재 (5C, 5D) 는, 시험편 (10) 을 사이에 두고, 시험편 (10) 의 길이 방향에서 대향하고, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 의 단부를 각각 연결한다. 이로써, 프레임 부품 (5) 은, 직사각형의 프레임을 구성한다.

또, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 에 각각 제 1 삽입 구멍 (5Aa, 5Ba) 이 형성되어 있다. 2 개의 제 1 삽입 구멍 (5Aa, 5Ba) 은, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 의 대향 방향에 대해 동축에 형성되어 있다. 도 6 및 도 7 에서는, 2 개의 제 1 삽입 구멍 (5Aa, 5Ba) 이 모두 관통 구멍으로 형성되는 경우가 예시되어 있다. 그러나, 제 1 삽입 구멍 (5Aa, 5Ba) 중 일방을 바닥이 있는 구멍으로 해도 된다.

또, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 의 길이 방향을 따른 일부의 폭이, 시험편 (10) 의 폭보다 작게 되어 있다. 이로써 지그 (1) 의 상방으로부터, 시험편 (10) 의 전단 단면의 상태를 인식할 수 있게 된다.

＜슬라이드 부품 (6)＞

슬라이드 부품 (6) 은, 시험편 (10) 의 타방의 핀 구멍 (10B) 을 관통하는 제 2 핀 (3) 의 양 단부를 각각 삽입하는 제 2 삽입 구멍이 형성되어 있다.

본 실시형태의 슬라이드 부품 (6) 은, 1 쌍의 발부 (6A, 6B) 와, 그 발부 (6A, 6B) 의 단부끼리를 연결하는 근원부 (6C) 를 구비한, 단면 コ 자 형상의 부품이다. 1 쌍의 발부 (6A, 6B) 는, 대상으로 하는 시험편 (10) 의 제 2 핀 구멍 (10A, 10B) 을 사이에 두고, 시험편 (10) 의 판두께 방향에서 대향하고 있다.

이 슬라이드 부품 (6) 은, 사용시에는, 프레임 부품 (5) 의 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 의 사이의 공간에 배치된다. 이 때, 1 쌍의 발부 (6A, 6B) 의 길이 방향과 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 의 길이 방향이 동일 방향을 향하도록 배치한다. 여기에서, 1 쌍의 발부 (6A, 6B) 의 외면 간의 거리는, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 의 대향 거리 이하이다.

또한, 사용시에 있어서, 1 쌍의 발부 (6A, 6B) 의 외면은, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 의 내면과 접촉하고 있어도 되고, 비접촉 상태로 되어 있어도 된다. 예를 들어, 하측의 발부 (6A, 6B) 의 외면 (하면) 이 하측의 길이 방향 부재의 상면과 접촉하는 경우에는, 하측의 길이 방향 부재의 상면은, 길이 방향을 따라 평탄한 면으로 한다. 이 경우, 하측의 길이 방향 부재의 상면은, 슬라이드 부품 (6) 을 길이 방향으로 안내하는 안내면이 된다.

이와 같이, 슬라이드 부품 (6) 은, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 의 사이에 배치되어, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 의 길이 방향으로 진퇴 가능한 구성으로 되어 있다.

또, 슬라이드 부품 (6) 이, 프레임 부품 (5) 이 둘러싸는 공간에 설치된 경우, 요컨대 사용할 때를 생각해 본다. 이 경우, 근원부 (6C) 는, 대상으로 하는 시험편 (10) 의 길이 방향에 있어서, 일방의 짧은 부재 (5D) (도 6 중 우측의 짧은 부재 (5D)) 와 대향 배치된다.

또, 1 쌍의 발부 (6A, 6B) 에 각각 제 2 삽입 구멍 (6Aa, 6Ba) 이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 1 쌍의 발부 (6A, 6B) 에 각각 형성한 제 2 삽입 구멍 (6Aa, 6Ba) 이 모두 관통 구멍으로 이루어지는 경우를 예시하고 있다. 2 개의 제 2 삽입 구멍 (6Aa, 6Ba) 의 일방이 바닥이 있는 구멍으로 되어 있어도 된다.

또 본 실시형태에서는, 1 쌍의 긴 부재 (5A, 5B) 에 제 2 핀 (3) 이 관통 가능한 긴 구멍이 개구되어 있다. 이 긴 구멍은 없어도 된다.

＜인장력 조정 기구＞

인장력 조정 기구는, 프레임 부품 (5) 에 대해, 슬라이드 부품 (6) 을, 시험편 (10) 의 길이 방향을 따라 진퇴 가능하게 연결하는 기구이다. 인장력 조정 기구는, 나사 (7) 의 회전에 수반하여 직선 이동하는 이송 나사 기구에 의해 구성된다. 그리고, 인장력 조정 기구는, 슬라이드 부품 (6) 이 프레임 부품 (5) 에 대해 진퇴하는 기구로 되어 있다.

인장력 조정 기구는, 이송 나사 기구를 구성하는, 내면에 암나사가 형성된 나사 구멍 (6Ca) 과, 그 나사 구멍 (6Ca) 에 나사 결합하는 나사 (7) (볼트) 를 구비한다. 나사 구멍 (6Ca) 은 관통 구멍으로 이루어진다.

나사 구멍 (6Ca) 은, 슬라이드 부품 (6) 의 근원부 (6C) 에 형성되며, 시험편 (10) 의 길이 방향으로 축을 향하여 근원부 (6C) 를 관통하고 있다.

또, 근원부 (6C) 에 근위 (近位) 에 있는 짧은 부재 (5C, 5D) 에는, 나사 구멍 (6Ca) 과 동축의 관통 구멍 (5Da) 이 개구되어 있다. 관통 구멍 (5Da) 의 개구 면적은, 나사 (7) 의 축 (7B) 이 통과 가능하고, 또한, 나사 (7) 의 헤드부보다 작다.

나사 (7) 는, 근위에 있는 짧은 부재 (5C, 5D) 의 외측으로부터, 나사축 (7B) 이 관통 구멍 (5Da) 을 관통하고 또한 나사 구멍 (6Ca) 에 나사 결합한다. 근위에 있는 짧은 부재 (5D) 의 외면과 나사 (7) 의 헤드부 (7A) 의 사이에는, 와셔 (8) 가 개재되어 있다.

이 나사 구멍 (6Ca), 관통 구멍 (5Da), 및 나사 (7) 는, 인장력 조정 기구를 구성한다.

그리고, 나사 (7) 를 축회전시킴으로써, 나사축 (7B) 에 대한 나사 구멍 (6Ca) 의 위치가 변위된다. 그 위치의 변위에 의해, 프레임 부품 (5) 에 대해 슬라이드 부품 (6) 이 진퇴한다. 그리고, 그 진퇴에 의해, 대상으로 하는 시험편 (10) 에 길이 방향의 인장력을 부여할 수 있는 구성이 된다.

여기에서, 지그 (1) 의 적어도 일부가 금속제인 경우, 지그 (1) 에 있어서의, 시험편 (10) 과 접촉 가능한 접촉면은, 시험편 (10) 과 전기적으로 절연시킨 구성으로 되어 있는 것이 바람직하다.

예를 들어, 제 1 핀 (2) 및 제 2 핀 (3) 을 절연성의 재료로 한다. 또는, 제 1 핀 (2) 및 상기 제 2 핀 (3) 이 금속제인 경우, 제 1 핀 (2) 및 제 2 핀 (3) 의 표면 중, 시험편 (10) 과 접촉하는 면에, 절연성의 피막을 형성한다.

다음으로, 시험편 (10) 과 핀 (2, 3), 그리고 지그 (1) 와의 전기적인 절연 방법에 대하여 구체적인 예를 서술한다.

제 1 방법은, 핀 (2, 3) 에 절연성의 재료, 예를 들어 세라믹스나 폴리머 등을 사용하는 방법이다. 그러나, 핀 (2, 3) 은 시험편 (10) 으로부터 강한 전단의 하중을 받는 점에서, 세라믹스에서는 파괴의 위험이 높고, 폴리머에서는 강도가 부족할 가능성이 높다.

따라서, 핀 (2, 3) 의 재질로는, 금속으로 충분한 강도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 지그 (1) 는 수소 침입 환경하에 놓여지기 때문에, 핀 (2, 3) 의 재질로는, 충분한 내부식성을 갖는 스테인리스강이 가장 타당하다. 그래서, 시험편 (10) 과 스테인리스제인 핀 (2, 3) 의 접촉부에, 절연성의 피막을 배치함으로써, 전기적으로 절연하는 것이 효과적이다.

그 방법으로는, 다음의 2 가지를 예시할 수 있다.

즉, 첫째로, 테플론 (등록상표) 등의 내약품성이 높은 테이프상의 폴리머 수지를, 핀 (2, 3) 의 피복재로서 사용하는 방법을 들 수 있다.

둘째로, 핀 (2, 3) 의 표면에 절연성의 세라믹스를 용사하여 절연 피막을 형성하는 방법 등을 들 수 있다.

이상에 서술한 본 개시의 지그 (1) 에 의해, 시험편 (10) 에 인장 하중이 부하된다. 그리고, 변위 구속된 전단 단면을 갖는 시험편 (10) 은, 임의의 수소 환경하에 임의의 시간 설치된다. 그리고, 시험편 (10) 은, 부하된 응력에 따라 지연 파괴가 발생하는지 여부가 판정된다.

본 실시형태의 지그 (1) 는, 간이한 구성에도 불구하고, 시험편 (10) 에 대해, 단축 인장을 부하하고, 그 부하 상태에서 시험편 (10) 을 구속할 수 있게 된다.

또, 지그 (1) 는, 수소 침입 환경하에 놓여지기 때문에, 충분한 내부식성을 갖는 것이 필요하고, 또 인장 응력을 부여하기 위해 충분한 강도가 필요하다. 이 때문에, 지그 (1) 의 재료는, 예를 들어 스테인리스강 등이 바람직하다.

(시험편 (10))

본 실시형태의 시험편 (10) 은, 고강도 강판으로 이루어지고, 또한 길이 방향을 따라 연장되는 전단 단면을 갖는 것이 바람직하다.

본 개시에서 사용할 수 있는, 단책상의 시험편 형상의 예를 도 8 에 나타낸다.

도 8(a) 에 나타내는 시험편 A 는, 일반적인 시험편 형상이다. 시험편 A 는, 2 개의 핀 구멍 (10A, 10B) 사이에 폭이 좁은 게이지부를 갖는다.

도 8(b) 에 나타내는 시험편 B 는, 길이 방향으로 연장되는 단부가 직선상의 전단 단면이 된, 장방형 형상의 시험편 (10) 이다. 또한, 길이 방향으로 연장되는 2 개의 단부 중, 일방의 단부만을 전단면으로 하면 된다. 타방의 단부를, 절삭 등의 처리를 실시한, 시험편 (10) 의 폭 등의 치수를 조정하는 변으로 하면 된다.

시험편 B 는, 시험편 A 에 비해, 전단 조건의 조정이 용이하다.

도 8(c) 에 나타내는 시험편 C 는, 고강도 강판으로 이루어지는 경우, 가장 바람직한 시험편 (10) 을 예시한 것이다.

시험편 C 의 외형 형상은, 시험편 B 와 동일하게 장방형 형상이다. 즉, 시험편 C 는, 2 개의 핀 구멍 (10A, 10B) 사이에, 길이 방향을 따라 직선 상으로 연장되는 전단 단면을 갖는 장방형 형상 (단책상) 의 시험편 (10) 이다.

단, 시험편 C 는, 2 개의 핀 구멍 (10A, 10B) 사이의 영역에, 응력 분포 조정용의 두께 감소부 (10C) 를 1 또는 2 이상 갖는다.

여기에서, 핀 구멍 (10A, 10B) 이나 두께 감소부 (10C) 는, 기계 가공이나 방전 가공에 의해 형성된다. 이 핀 구멍 (10A, 10B) 이나 두께 감소부 (10C) 는, 단면에 있어서의 가공에 의한 데미지가 작아 지연 파괴를 일으키지 않는다. 이 때문에, 지연 파괴를 일으키는 것은 전단 단면 부분뿐이다. 따라서, 지연 파괴 평가에서 중요한 것은, 인장에 의해 전단 단면에 부하되는 응력 분포뿐이다.

본 개시에서 바람직한 인장 시험편 (10) 은, 직선상의 전단 단면에 대해 균일한 인장 응력을 부여할 수 있는 인장 시험편 C 이다. 도 9 에, 시험편 C 에 대해, 2 개의 핀 (2, 3) 에 의해 인장을 부여한 경우의 전단 단면의 응력 분포의 일례를 나타낸다.

여기에서, 시험편 A 에 있어서는, 폭이 좁은 부분 (게이지부) 에 있어서, 전단 단면에 균일한 인장 응력을 부여하는 것이 가능하다. 그러나, 시험편 A 에서는, 전단 단면의 응력 균일부는 만곡된 오목한 형상 영역의 내측의 영역이다. 이 때문에, 시험편 A 는, 직선상의 전단 단면과 같이는, 전단 조건의 조정이 용이하지 않다.

즉, 시험편 A 에 있어서는, 인장 시험편 (10) 을 제작하는 전용의 전단형이 필요하다. 시험편 A 는, 일반적으로 사용되는 전단기를 사용하여 전단 단면을 형성할 수 없다. 이 때문에, 시험편 A 는, 평가를 위해, 전단기의 날의 클리어런스나 시어각의 조정 등이 곤란하다는 난점이 있다.

시험편 B 에 있어서는, 직선상의 전단 단면을 평가할 수 있다. 그러나, 시험편 B 는, 핀 구멍 (10A, 10B) 의 바로 아래의 약간의 영역 (도 8 중, 화살표 부분) 에밖에 인장 응력이 부여되지 않는다. 이 때문에, 시험편 B 는, 지연 파괴 평가는 가능하다. 그러나, 시험편 B 는, 평가 결과가 응력이 집증되는 지점의 국소적인 전단의 상태에 좌우되어, 편차가 염려된다는 문제가 있다.

한편으로, 시험편 C 에 있어서는, 두께 감소부 (10C) 에 의해, 2 개의 핀 구멍 (10A, 10B) 사이에 있어서의 양측의 단면보다 내측 영역에 있어서의 길이 방향의 강도 분포가 조정된다. 이 결과, 시험편 C 는, 시험편 (10) 의 중앙부 주변에서 응력이 분산된다. 이 결과, 시험편 C 에 있어서는, 평절단의 직선상으로 연장되는 전단 단면에 있어서, 길이 방향을 따른 소정 이상의 거리에 대해, 균일하게 인장 응력을 부여하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 시험편 C 는, 전단 단면에 균일하게 인장 응력을 부여하는 것이 가능하다. 게다가, 시험편 C 는, 시험편 C 의 외주 윤곽 형상이, 시험편 B 와 동일한 장방형 형상이라고 하는 간단한 형상으로서, 시험편 (10) 의 제조도 용이하다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 시험편 C 는, 전단면을, 평절단의 직선 형상으로 함으로써, 전단의 클리어런스 등의 전단 조건의 조정도 용이하다. 즉, 시험편 C 는, 실제 현장에 따른 전단 조건에서의 전단 단면을 간이하게 형성할 수 있는 시험편 형상으로 되어 있다.

여기에서, 시험편 C 에 있어서는, 두께 감소부 (10C) 를 개구 (관통 구멍) 로 구성하는 경우를 예시하였다. 그러나, 두께 감소부 (10C) 는 개구 이외의 방법으로 구성해도 된다. 예를 들어, 개구를 형성하는 영역의 두께를 절삭 등에 의해 박육화하여 두께 감소부 (10C) 로 해도 된다.

또, 핀 구멍 (10A, 10B) 사이에 길이 방향으로 연장되는 1 개의 개구를 형성한 경우, 인장력에 의해, 폭 방향 양측의 변이 가까워지는 변형이 일어날 우려가 있다. 이 때문에, 두께 감소부 (10C) 를 구성하는 개구는, 길이 방향을 따라 복수 개 병렬하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 시험편 C 에서는, 2 개의 개구를 길이 방향으로 병렬시킨 경우를 예시하고 있다. 그러나, 폭 방향으로 2 개 이상 나열되는 개구를 길이 방향으로 병렬시키거나, 개구를 지그재그상으로 형성하거나 하여, 두께 감소부 (10C) 를 구성해도 된다.

여기에서, 두께 감소부 (10C) 를 형성함으로써, 전단 단면을 직선상으로 한 채로, 시험편 (10) 에 있어서의, 좌우의 핀 구멍 (10A, 10B) 사이의 영역의 길이 방향을 따른 강도를 저하시킨다. 이로써, 전단 단면에 대해, 시험편 (10) 을 파단하지 않고, 두께 감소부를 형성하지 않는 경우에 비해, 균일한 단축 인장 응력을 부여하는 것이 가능한 상태가 된다. 두께 감소부 (10C) 는, 그 형성한 부분의 강도가 저하된다. 따라서, 길이 방향을 따라 균일하게 저하시키려면, 상기 서술한 바와 같이 길이 방향을 따라 복수의 두께 감소부 (10C) 를 형성하는 것이 바람직하다.

시험편 (10) 에 인장 하중이 부하되었을 때에, 전단 단면의 전체 영역에 부하된 응력의 최대 응력의 7 할 이상의 응력의 영역을 생각해 본다. 그러한 영역이, 전단 단면의 길이 방향을 따라 3 ㎜ 이상 연속해서 형성되도록, 두께 감소부 (10C) 를 조정하여 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 두께 감소부 (10C) 는 전단 단면으로부터 거리를 두고 형성한다. 예를 들어, 두께 감소부 (10C) 의 전단 단면에 가장 가까운 위치가, 전단 단면으로부터 1 ㎜ 이상 이격되어 있는 것이 바람직하다. 또, 각 두께 감소부 (10C) 의 영역 (외주의 윤곽) 은 원형에 한정되지 않아, 타원형이나 직사각형 등의 다각형 형상이어도 된다. 단, 각 두께 감소부 (10C) 는, 응력 집중부가 되는 각이 없는, 원형이나 타원형의 형상이 바람직하다.

여기에서, 시험편 C 에 대하여 2 개의 핀 구멍 (10A, 10B) 을 통해 인장력을 부여하는 조건에서, CAE 해석을 한 경우에 있어서의, 시험편 (10) 에 발생하는 인장 변형에서의 응력 분포의 일례를 도 9 에 나타낸다.

도 9 로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험편 C 를 사용하면, 직선상의 전단 단면을 평가 가능하다. 게다가, 전단 단면의 폭넓은 범위에 비교적 균일하게 인장 응력을 부여할 수 있다.

여기에서, 2 개의 핀 구멍 (10A, 10B) 을 통한 인장력의 부여에 의해, 시험편 (10) 에 응력이 부하된다. 그 응력의 측정은, 예를 들어, 전단 단면의 근방에 변형 게이지를 첩부하여 측정하면 된다. 이 경우, 시험편 (10) 의 전단 단면이 받는 인장 변형을 측정함으로써, 평가 재료의 응력-변형 곡선과 비교함으로써 용이하게 구할 수 있다.

단, 충분한 정밀도를 보증할 수 있는 것이라면, 지그 (1) 의 상대적인 위치 관계나 볼트의 조임 토크 등을 시험편 (10) 에 부여되는 응력의 지표로서 사용해도 된다.

(전단 단면의 지연 파괴 평가 방법)

단책상의 시험편 (10) 으로서, 좌우에 핀 구멍 (10A, 10B) 이 개구된 시험편 (10) 을 사용한다.

그 시험편 (10) 을, 본 개시의 지그 (1) 에 장착한다. 즉, 프레임 부품 (5) 에 둘러싸인 공간에 평가할 시험편 (10) 을 배치한다. 그리고, 제 1 핀 (2) 및 제 2 핀 (3) 을 각 핀 구멍 (10A, 10B) 에 삽입하여, 시험편 (10) 을 지그 (1) 에 장착한다. 그 후, 너트의 헤드부를 회전시킴으로써, 슬라이드 부품 (6) 을 진퇴시켜, 시험편 (10) 의 전단 단면에 인장 하중을 부하한다. 너트의 헤드부의 회전을 멈춤으로써, 시험편 (10) 은, 인장 변형이 부여된 정변위 상태에서 지그 (1) 에 구속된다.

이 때, 상기 서술한 바와 같이, 시험편 (10) 의 전단 단면의 근방에 변형 게이지를 첩부하여, 전단 단면의 변형을 측정하면 된다. 즉, 지그 (1) 에 의해 부하한 인장력과 함께 변형량도 측정한다. 또한, 수소 침입 환경으로 설정할 때에는, 변형 게이지를 떼어내어 둔다.

그리고, 시험편 (10) 을 지그 (1) 와 함께, 미리 설정한 수소 침입 환경에 대해 미리 설정한 시간 설치한다. 그 상태에서의 당해 시험편 (10) 으로 균열의 발생 상황을 평가한다.

이 때, 수소 침입 환경과 설치 시간은, 평가의 대상이 되는 재료가 실제로 사용되는 환경하에서 침입할 것으로 추정되는 수소량과 동등한 수소 침입량이 얻어지는 조건으로 하는 것이 바람직하다.

시험편 (10) 의 수소 침입 환경하에 대한 설치는, 예를 들어, 염산이나 NH₄SCN 수용액 등의 산액을 수용한 욕조 내에, 시험편 (10) 을 침지시킴으로써 실시한다. 산액의 농도나 침지 시간은, 허용 상한으로서 미리 설정한 수소량이 시험편 (10) 에 침입하는 조건이 되도록 설정한다.

상기 시험을, 지그 (1) 로 부여하는 인장력의 조건을 바꾸어 실행한다.

이 시험 결과로부터, 변형량을 함수로 한 부하 응력의 한계를 구할 수 있다.

또, 시험편 (10) 은, 도 8 에 나타내는 바와 같은 시험편 A, B, C 중 어느 것이더라도 본 개시의 지그 (1) 에 사용 가능하다. 그러나, 보다 정밀도 양호하게 측정하려면, 본 개시의 두께 감소부 (10C) 를 형성한 시험편 C 와 같은 형상의 시험편이 바람직하다.

여기에서, 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법의 기본적인 방법에 대해서는, 공지된 방법을 적용할 수 있다.

(기타)

본 개시는, 다음의 구성을 취할 수 있다.

(1) 길이 방향 양측에 각각 핀 구멍이 개구된 단책상의 금속판으로 이루어지는 시험편에 대해 길이 방향을 따른 인장 하중을 부하하고, 그 부하 상태에서 시험편을 구속하는 지그이고, 상기 시험편과 함께 수소 침입 환경에 설치되는 지연 파괴 평가용의 지그 (1) 로서,

상기 시험편에 형성된 2 개의 핀 구멍 중, 일방의 핀 구멍을 관통하는 제 1 핀과, 타방의 핀 구멍을 관통하는 제 2 핀과,

상기 일방의 핀 구멍을 관통한 상기 제 1 핀의 양 단부를 각각 삽입하는 제 1 삽입 구멍이 형성된 프레임 부품과,

상기 타방의 핀 구멍을 관통하는 제 2 핀의 양 단부를 각각 삽입하는 제 2 삽입 구멍이 형성된 슬라이드 부품과,

상기 프레임 부품에 대해, 상기 슬라이드 부품을, 상기 시험편의 길이 방향을 따라 진퇴 가능하게 연결하는 인장력 조정 기구를 구비하고,

상기 인장력 조정 기구는, 나사의 회전에 수반하여 직선 이동하는 이송 나사 기구에 의해, 상기 슬라이드 부품을 진퇴시키는 기구로 되어 있다.

(2) 상기 프레임 부품은, 상기 시험편을 사이에 두고, 상기 시험편의 판두께 방향에서 대향하는 1 쌍의 긴 부재와, 상기 시험편을 사이에 두고, 상기 시험편의 길이 방향에서 대향하고, 상기 1 쌍의 긴 부재의 단부를 각각 연결하는 1 쌍의 짧은 부재를 구비하며, 상기 1 쌍의 긴 부재에 상기 제 1 삽입 구멍이 형성되고,

상기 슬라이드 부품은, 상기 시험편의 제 2 핀 구멍을 사이에 두고, 상기 시험편의 판두께 방향에서 대향하는 1 쌍의 발부와, 그 발부의 단부끼리를 연결하는 근원부를 구비하며, 상기 1 쌍의 발부에 상기 제 2 삽입 구멍이 형성되고,

상기 슬라이드 부품은, 상기 1 쌍의 긴 부재 사이에 배치되어 상기 1 쌍의 긴 부재의 길이 방향으로 이동 가능하게 되어 있고,

상기 근원부에는, 시험편의 길이 방향에 축을 향하여 관통한 나사 구멍이 형성되고, 상기 근원부에 근위에 있는 상기 짧은 부재에는, 상기 나사 구멍과 동축의 관통 구멍이 개구되고, 상기 나사 구멍에, 상기 관통 구멍을 통해, 나사의 축부가 나사 결합되고, 상기 나사 구멍, 관통 구멍, 및 나사가, 상기 인장력 조정 기구를 구성한다.

(3) 지그의 적어도 일부가 금속제이고, 상기 시험편과 접촉 가능한 접촉면은, 시험편 (10) 과 전기적으로 절연되어 있다.

(4) 상기 제 1 핀 및 상기 제 2 핀은, 절연성의 재료로 이루어진다.

(5) 상기 제 1 핀 및 상기 제 2 핀은 금속제이고, 상기 제 1 핀 및 상기 제 2 핀의 표면 중, 시험편과 접촉하는 면에, 절연성의 막이 형성되어 있다.

(6) 고강도 강판으로 이루어지고, 또한 길이 방향을 따라 직선상으로 연장되는 전단 단면을 갖는 시험편의 전단 단면의 지연 파괴를 평가하기 위한, 지연 파괴 평가용의 지그이다.

(7) 본 개시의 지그에 시험편을 장착하여, 상기 슬라이드 부품을 진퇴시킴으로써 시험편의 전단 단면에 인장 하중을 부하하고, 그 부하 상태에서, 시험편을 상기 지그와 함께 수소 침입 환경에 설치하는, 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법이다.

(8) 상기 인장 하중은, 시험편을 변위 구속함으로써 부하한다.

(9) 상기 시험편은, 2 개의 핀 구멍 사이에 위치하는 전단 단면이, 시험편 (10) 의 길이 방향에 따라 직선상으로 되어 있고, 상기 2 개의 핀 구멍 사이의 영역에, 전단 단면의 응력 분포의 조정을 목적으로 한, 1 또는 2 이상의 두께 감소부를 갖는다.

(10) 상기 두께 감소부는, 시험편의 길이 방향을 따라 나열되는 복수의 개구를 갖는다.

(11) 시험편에 인장 하중이 부하되었을 때에, 전단 단면의 전체 영역에 부하된 응력의 최대 응력의 7 할 이상의 응력의 영역이, 전단 단면의 길이 방향을 따라 3 ㎜ 이상 연속되도록, 상기 두께 감소부를 형성한다.

(12) 시험편의 전단 단면의 근방에 변형 게이지를 첩부하여, 전단 단면의 변형을 측정한다.

(13) 길이 방향을 따른 인장 하중이 부하된 상태에서 수소 침입 환경에 설치되는, 전단 단면의 지연 파괴 평가용의 시험편으로서,

고강도 강판으로 이루어지고, 또한 길이 방향 양측에 각각 하중을 부하하기 위한 핀 구멍이 개구된 단책 형상으로 되어 있고,

적어도 2 개의 핀 구멍 사이에 있어서, 길이 방향으로 연장되는 단면의 일방이 직선상으로 연장된 전단 단면이고,

상기 2 개의 핀 구멍 사이의 영역에, 1 또는 2 이상의 두께 감소부를 갖고,

각 두께 감소부는, 시험편에 형성된 개구 혹은 두께를 얇게 한 영역으로 이루어지고, 그 영역은, 전단 단면으로부터 떨어져 있다.

(14) 상기 두께 감소부는, 시험편에 인장 하중이 부하되었을 때에, 전단 단면의 전체 영역에 부하된 응력의 최대 응력의 7 할 이상의 응력의 영역이, 전단 단면의 길이 방향을 따라 3 ㎜ 이상 연속되도록 형성한다.

(15) 상기 두께 감소부는, 시험편의 길이 방향을 따라 나열되는 복수의 개구 로 이루어지고, 상기 복수의 개구는 각각 핀 구멍보다 개구 면적이 크다.

실시예

다음으로, 본 실시형태에 기초하는 실시예에 대하여 설명한다.

본 예에서는, 시험편 (10) 을 구성하는 재료로서, 판두께 1.4 ㎜ 의 강도 1470 ㎫ 급 강인 공시재 A 를 대상으로 설명한다. 본 개시는, 이 공시재 A 에 한정하는 것은 아니다. 본 개시는, 전단 단면에 지연 파괴가 발생하는, 인장 강도가 980 ㎫ 이상인 고강도 강판을 비롯한 금속 재료에 대해 적용이 가능하다.

먼저, 공시재 A 에 전단 가공을 실시하여, 평가의 대상으로 하는 시험편 (10) 을 제작하였다. 즉, 본 예에서는, 길이 80 ㎜ × 30 ㎜ 의 직선상의 전단 단면을 갖는 단책상 (장방형 형상) 의 시험편 (10) 을 제작하였다. 전단 가공시의 전단의 클리어런스는 판두께에 대해 12 ％ 로 하였다.

다음으로, 도 10 의 치수의 형상이 되도록, 제작한 시험편 (10) 에 대해, 편측의 전단 단면을 남기고, 평가에 제공하지 않는 부분의 단면을 절삭 가공하였다. 예를 들어, 도 10 중, 하측의 단면을 전단 단면인 채로 하였다. 그리고, 상측의 단면측에 절삭 가공을 실시하여, 시험편 (10) 의 폭을 목적으로 하는 폭으로 조정하였다.

또, 도 10 과 같이, 시험편 (10) 에 대해, 핀 구멍 (10A, 10B) 과, 단면의 응력 분포 조정용의 구멍 (두께 감소부 (10C)) 을, 절삭 가공에 의해 뚫어 제작하였다.

또한, 시험편 (10) 에 대해, 전단 단면의 인장 응력이 최대가 될 것으로 추정되는 지점의 근방에 변형 게이지를 첩부하였다.

이상과 같은 시험편 (10) 을 복수 준비하였다.

(실시예 1)

다음으로, 본 실시형태의 지그 (1) (도 6 및 도 7 참조) 에, 각 시험편 (10) 을 장착하였다. 그리고, 너트를 단단히 조임으로써, 시험편 (10) 에 인장 하중을 부하하여, 시험편 (10) 을 변위 구속하였다.

여기에서, 도 10 의 형상의 시험편 (10) 에 대하여, 전단 단면이 단축 인장의 항복 응력 (YS) 정도의 인장 응력을 받는다고 하는 조건에서 CAE 해석을 실시하였다. 그 해석에 기초하여, 시험편 (10) 에 발생한, 인장 방향으로의 응력 분포를 나타낸 것이 도 11 이다. 또한, 너트의 조임량 (인장 하중) 을 변화시켜 여러 가지 부하 응력에서의 평절단 전단 단면의 응력 분포를 나타낸 것이 도 12 이다. 도 10 에서는, 길이 방향의 22 ㎜ 의 단면에서 73 ㎜ 의 단면 위치까지의 평절단 전단 단면의 인장 방향에 대한 응력 분포를 나타내고 있다.

또한, 도 12 중, 응력이 피크가 되는 곳 사이 주변에 두께 감소부 (10C) 가 배치되어 있다.

도 10 에 나타내는 바와 같은 두께 감소부 (10C) 를 형성한다. 이로써, 전단 단면의 연장 방향을 따라, 넓은 영역에, 최대 도달 응력의 7 할 이상의 응력의 단축 인장 응력으로 되어 있는 영역을 형성한다. 그 영역이, 도 12 로부터 알 수 있는 바와 같이, 적어도 3 ㎜ 이상의 영역에 걸쳐 부여할 수 있는 것을 확인하였다.

또, 본 실시형태의 지그 (1) 를 사용함으로써, 시험편 (10) 에 대해, 간이하게 인장력을 부여하고 또한 수소 환경하에 침지시킬 수 있는 것을 확인하였다.

(실시예 2, 실시예 3)

실시예 2 에서는, 실시예 1 과 마찬가지로, 본 실시형태의 지그 (1) 로, 상기 형상의 시험편 (10) 에 나사 (7) 의 조임에 의해 응력을 부하하였다. 이 때, 시험편 (10) 에 있어서의, 평절단 전단 단면부의 응력 부하가 최대가 되는 지점에 변형 게이지를 부착시켰다. 그리고, 변형 게이지가 측정하는 변형치를 보면서 너트의 조임을 실행하여, 변형량을 조정하였다. 그리고, 공시재 A 의 응력 변형 곡선을 참고로, 평절단 전단 단면의 최대 도달 응력이 목표의 응력이 되는 변형량이 되었을 때, 조임을 정지하였다.

지그 (1) 로는, 핀 (2, 3) 을 스테인리스제로 하였다. 단, 실시예 2 에서는, 핀 (2, 3) 표면에 테플론 테이프를 감아 피복함으로써, 핀 (2, 3) 과 시험편 (10) 의 접촉부를 절연하였다. 이 때, 핀 (2, 3) 과 시험편 (10) 의 사이를 테스터로 도통 확인하였다. 이 확인에 의하면, 테플론 테이프로 피복하지 않은 경우에는 전기가 도통하였다. 한편, 테플론 테이프로 피복한 경우에는, 인장 부하를 부여한 경우에서도 절연되어 있었다.

또, 실시예 3 에서는, 핀 (2, 3) 을 테플론 테이프로 피복하지 않은 경우, 요컨대 핀 (2, 3) 과 시험편 (10) 의 사이를 절연하지 않은 경우에서 평가하였다. 실시예 3 은, 핀 (2, 3) 에 테플론 테이프에 의한 피복을 하지 않은 것 이외에는 실시예 2 와 동일한 조건에서 평가하였다.

즉, 핀 (2, 3) 에 대해, 테플론 테이프를 사용한 경우와 사용하지 않는 경우의 평가를 각각 실시하였다.

그리고, 실시예 2 및 3 에서는, 실시예 1 과 마찬가지로 나사 (7) 의 조임에 의해 인장력 (부하 응력) 을 부하한 시험편 (10) 을, 지그 (1) 와 함께 pH 2 의 염산에 96 h 침지하였다. 그리고, 부하 응력의 크기에 대한 지연 파괴를 평가하였다.

여기에서, 지연 파괴의 발생의 평가는, 「균열의 판두께 관통」이 없을 때에 OK, 있을 때에 NG 로서 판정하였다. 또, 균열의 판단은, 시험편 (10) 을 구속하는 지그 (1) 에 대해 연직 상방에 설치한 카메라에 의해 지연 파괴 시험 중에 균열이 발생하고 진전되는 것을 확인하여 실시하였다. 또한, 지연 파괴가 발생한 경우, 모두 전단 단면 중 응력이 높은 부분에서 발생하였다. 이 때, 지그 (1) 의 프레임 부품 (5) 의 패인 부분으로부터, 시험편의 전단 단면을 촬영이 가능하였다.

표 1 에, 실시예 2 에서의 평가 결과를 나타낸다. 또, 표 2 에, 실시예 3 에서의 평가 결과를 나타낸다.

표 1 및 표 2 로부터, 테플론 테이프로 절연한 경우, 이 시험편 (10) 의 당해 수소 침입 환경하에서의 지연 파괴 한계 응력은 600 ㎫ 인 것이 확인되었다. 또, 테플론 테이프로 절연하지 않는 경우의 지연 파괴 한계 응력은 1000 ㎫ 인 것이 확인되었다.

이와 같이, 절연의 유무에 의해 평가가 상이하다. 즉, 시험편 (10) 과 핀 (2, 3) 을 절연함으로써, 이종 금속 사이에서의 접촉에 의한 지연 파괴 한계 응력의 변화의 영향을 배제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

여기에서, 본 시험편의 경우, 상기 조건하에서는, 지연 파괴 한계 응력이 600 ㎫ 전후인 것을 미리 확인하고 있다.

또, 절연하지 않은 실시예 3 에서, 지연 파괴 한계 응력이 높게 평가된 것은, 다음의 이유라고 생각된다. 즉, 절연하지 않은 상태에서는, 전기적으로 비(卑)한 저탄소강인 블랭크 (시험편 (10)) 가, 전기적으로 귀(貴)한 스테인리스강 (지그 (1)) 과 접촉한다. 이로써, 블랭크측은 애노드 분극의 상태가 되어 수소의 발생과 침입이 억제됨으로써, 지연 파괴가 억제되었기 때문이라고 추정된다. 단, 응력 부식 균열이 우위인 상황에 있었다면, 반대로 파괴가 촉진될 가능성도 있었다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 특히 직선상의 전단 단면에 대해, 인장에 의한 하중을 부하하여 변위 구속하여, 전단 단면에 균일한 인장 응력을 부하한 상태로 할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 지연 파괴 특성을 평가하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있었다.

여기에서, 본원이 우선권을 주장하는, 일본 특허출원 2021-185033 (2021년 11월 12일 출원) 의 전체 내용은, 참조에 의해 본 개시의 일부를 이룬다. 여기에서는, 한정된 수의 실시형태를 참조하면서 설명하였지만, 권리 범위는 이것들에 한정되는 것은 아니고, 상기의 개시에 기초하는 각 실시형태의 개변은 당업자에게 있어서 자명한 것이다.

1 : 지그
2 : 제 1 핀
3 : 제 2 핀
5 : 프레임 부품
5A, 5B : 긴 부재
5Aa, 5Ba : 제 1 삽입 구멍
5C, 5D : 짧은 부재
5Da : 관통 구멍
6 : 슬라이드 부품
6A, 6B : 발부
6Aa, 6Ba : 제 2 삽입 구멍
6C : 근원부
6Ca : 나사 구멍
7: 나사
7A : 헤드부
7B : 축
10 : 시험편
10A, 10B : 핀 구멍
10C : 두께 감소부

Claims

길이 방향 양측에 각각 핀 구멍이 개구된 단책상의 금속판으로 이루어지는 시험편에 대해 길이 방향을 따른 인장 하중을 부하하고, 그 부하 상태에서 시험편을 구속하는 지그이고, 상기 시험편과 함께 수소 침입 환경에 설치되는 지연 파괴 평가용의 지그로서,
상기 시험편에 형성된 2 개의 핀 구멍 중, 일방의 핀 구멍을 관통하는 제 1 핀과, 타방의 핀 구멍을 관통하는 제 2 핀과,
상기 일방의 핀 구멍을 관통한 상기 제 1 핀의 양 단부를 각각 삽입하는 제 1 삽입 구멍이 형성된 프레임 부품과,
상기 타방의 핀 구멍을 관통하는 제 2 핀의 양 단부를 각각 삽입하는 제 2 삽입 구멍이 형성된 슬라이드 부품과,
상기 프레임 부품에 대해, 상기 슬라이드 부품을, 상기 시험편의 길이 방향을 따라 진퇴 가능하게 연결하는 인장력 조정 기구를 구비하고,
상기 인장력 조정 기구는, 나사의 회전에 수반하여 직선 이동하는 이송 나사 기구에 의해, 상기 슬라이드 부품을 진퇴시키는 기구로 되어 있는 것을 특징으로 하는 지연 파괴 평가용의 지그.
제 1 항에 있어서,
상기 프레임 부품은, 상기 시험편을 사이에 두고, 상기 시험편의 판두께 방향에서 대향하는 1 쌍의 긴 부재와, 상기 시험편을 사이에 두고, 상기 시험편의 길이 방향에서 대향하고, 상기 1 쌍의 긴 부재의 단부를 각각 연결하는 1 쌍의 짧은 부재를 구비하며, 상기 1 쌍의 긴 부재에 상기 제 1 삽입 구멍이 형성되고,
상기 슬라이드 부품은, 상기 시험편의 제 2 핀 구멍을 사이에 두고, 상기 시험편의 판두께 방향에서 대향하는 1 쌍의 발부와, 그 발부의 단부끼리를 연결하는 근원부를 구비하며, 상기 1 쌍의 발부에 상기 제 2 삽입 구멍이 형성되고,
상기 슬라이드 부품은, 상기 1 쌍의 긴 부재의 사이에 배치되어 상기 1 쌍의 긴 부재의 길이 방향으로 이동 가능하게 되어 있고,
상기 근원부에는, 시험편의 길이 방향에 축을 향하여 관통한 나사 구멍이 형성되고, 상기 근원부에 근위에 있는 상기 짧은 부재에는, 상기 나사 구멍과 동축의 관통 구멍이 개구되고, 상기 나사 구멍에, 상기 관통 구멍을 통해, 나사의 축부가 나사 결합되고, 상기 나사 구멍, 관통 구멍, 및 나사가, 상기 인장력 조정 기구를 구성하는 것을 특징으로 하는 지연 파괴 평가용의 지그.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
지그의 적어도 일부가 금속제이고, 상기 시험편과 접촉 가능한 접촉면은, 시험편과 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는, 지연 파괴 평가용의 지그.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 핀 및 상기 제 2 핀은, 절연성의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지연 파괴 평가용의 지그.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 핀 및 상기 제 2 핀은 금속제이고, 상기 제 1 핀 및 상기 제 2 핀의 표면 중, 시험편과 접촉하는 면에, 절연성의 막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지연 파괴 평가용의 지그.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
고강도 강판으로 이루어지고, 또한 길이 방향을 따라 직선상으로 연장되는 전단 단면을 갖는 상기 시험편의 전단 단면의 지연 파괴를 평가하기 위한 지연 파괴 평가용의 지그.
제 6 항에 기재한 지그에 시험편을 장착하여, 상기 슬라이드 부품을 진퇴시킴으로써 시험편의 전단 단면에 인장 하중을 부하하고, 그 부하 상태에서, 시험편을 상기 지그와 함께 수소 침입 환경에 설치하는 것을 특징으로 하는, 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 인장 하중은, 시험편을 변위 구속함으로써 부하하는 것을 특징으로 하는 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 시험편은, 2 개의 핀 구멍 사이에 위치하는 전단 단면이, 시험편의 길이 방향에 따라 직선상으로 되어 있고, 상기 2 개의 핀 구멍 사이의 영역에, 전단 단면의 응력 분포의 조정을 목적으로 한, 1 또는 2 이상의 두께 감소부를 갖는 것을 특징으로 하는 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 두께 감소부는, 시험편의 길이 방향을 따라 나열되는 복수의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
시험편에 인장 하중이 부하되었을 때에, 전단 단면의 전체 영역에 부하된 응력의 최대 응력의 7 할 이상의 응력의 영역이, 전단 단면의 길이 방향을 따라 3 ㎜ 이상 연속되도록, 상기 두께 감소부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법.
제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
시험편의 전단 단면의 근방에 변형 게이지를 첩부하여, 전단 단면의 변형을 측정하는 것을 특징으로 하는 전단 단면의 지연 파괴 평가 방법.
길이 방향을 따른 인장 하중이 부하된 상태에서 수소 침입 환경에 설치되는, 전단 단면의 지연 파괴 평가용의 시험편으로서,
고강도 강판으로 이루어지고, 또한 길이 방향 양측에 각각 하중을 부하하기 위한 핀 구멍이 개구된 단책 형상으로 되어 있고,
적어도 2 개의 핀 구멍 사이에 있어서, 길이 방향으로 연장되는 단면의 일방이 직선 상으로 연장된 전단 단면이고,
상기 2 개의 핀 구멍 사이의 영역에, 1 또는 2 이상의 두께 감소부를 갖고,
각 두께 감소부는, 시험편에 형성된 개구 혹은 두께를 얇게 한 영역으로 이루어지고, 그 영역은, 전단 단면으로부터 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 전단 단면의 지연 파괴 평가용의 시험편.
제 13 항에 있어서,
상기 두께 감소부는, 시험편에 인장 하중이 부하되었을 때에, 전단 단면의 전체 영역에 부하된 응력의 최대 응력의 7 할 이상의 응력의 영역이, 전단 단면의 길이 방향을 따라 3 ㎜ 이상 연속되도록 형성하는, 전단 단면의 지연 파괴 평가용의 시험편.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 두께 감소부는, 시험편의 길이 방향을 따라 나열되는 복수의 개구로 이루어지고,
상기 복수의 개구는 각각 핀 구멍보다 개구 면적이 큰 것을 특징으로 하는, 전단 단면의 지연 파괴 평가용의 시험편.