WO2004046392A1

WO2004046392A1 - 鋼構造物の遅れ破壊防止方法および鋼構造物の製造方法

Info

Publication number: WO2004046392A1
Application number: PCT/JP2003/014334
Authority: WO
Inventors: Tadashi Ishikawa; Kiyotaka Nakashima; Tetsuro Nose
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2004-06-03
Also published as: KR20050086710A; KR100676332B1; JP2004167519A; AU2003277681A1; CN1711365A; CN100457925C

Abstract

引張強度が６００Ｎ／ｍｍ2以上の鋼材および／または該鋼材の溶接継手からなる鋼構造物の遅れ破壊防止方法において、該鋼構造物の応力集中部の表面に、先端部の直径が１～５ｍｍの超音波振動端子で打撃する超音波衝撃処理を施す。

Description

鋼構造物の遅れ破壌防止方法および鋼構造物の製造方法

〔技術分野〕

本発明は、引張強度が 6 0 0 N / m m ² 以上の鋼材および Zまたは該鋼材の溶接継手からなる鋼構造物の遅れ破壊防止方法、および、それを用いた鋼構造物の製明造方法に関する。

〔背景技術〕書

高張力ポルト、クランクシャフト等の部品や、船舶、橋梁、建築物などの構造物等の鋼構造物に内在する水素は、鋼構造物の靱性を低下させる。

特に、曲げ応力や、引張り応力が働いて、応力集中が発生し易い箇所は、この鋼構造物に内在する水素が遅れ破壊の原因となるため、従来から、鋼板の脱水素方法が提案されている。

鋼中水素濃度の低減方法としては、溶鋼の脱ガス処理や、铸込み後スラブの保温が実施され、さらに、圧延後、鋼板の加熱保温も行われる。

連続铸造の場合、不純物除去や成分調整の目的もあって、溶鋼の多くに脱ガス処理が施されるが、脱ガス処理としては、主として: H脱ガス法が採用されている。

溶鋼中の水素は、この脱ガス処理の時間を長くすることにより、十分に低減することが可能であるが、処理時間が長くなると処理コストが増し、連続錄造のサイクルによる時間の制約もあるため、脱ガス処理の時間には限界がある。

より十分な水素濃度の低下は、铸込み終了直後のスラブを間隔をあけて積み重ね、力パーで覆うなどして保温し、高温状態にある時間を長くして、スラブ中の水素を表面まで拡散させて排除することによって行うことができる。

この場合、厚いスラブでは水素の拡散に時間がかかるので、数日以上の放置を要し、しかも、スラブの温度が低下する。

近年、エネルギーの効率的利用および製造工程の短縮の観点から

、鏺込み直後の高温のスラブを、冷却することなく直ちに所要温度に調整して、製品寸法にまで圧延してしまうホットチャージないしは直接圧延が多く採用されるようになった。

この場合、錶造過程で鋼中に残存した水素は、十分除去されないまま圧延され、厚鋼板形状となるので、圧延後の冷却過程において、温度の高い間に水素を放出させ低下させなければ、水素に起因する靱性低下や遅れ破壊が発生する危険性が増す。

このため、圧延後の鋼板を積み重ねて徐冷するための場所、および、加熱保温設備、さらには、それらによる所要時間の増大など、工程上の問題は避けられない（例えば、特許第 3 2 9 8 5 1 9号公報、参照。）。

なお、例えば、米国特許第 6， 1 7 1 , 4 1 5号明細書に、溶接継手部に超音波振動を与えることにより、疲労強度を向上させる方法が開示されているが、超音波振動を鋼構造物の遅れ破壊防止に利用することは開示されていない。

〔発明の開示〕

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、鋼構造物の応力集中部に発生する遅れ破壊を防止することができる鋼構造物の遅れ破壊防止方法、および、鋼構造物の製造方法を提供することを課題とする。本発明は、前述の課題を解決するため、鋭意検討の結果なされたもので、鋼構造物の応力集中部の表面に、超音波振動端子で打撃する超音波衝撃処理を施すことにより、鋼構造物の応力集中部に発生する遅れ破壊を防止することを特徴とするものである。

そして、その要旨は、下記のとおりである。

( 1 ) 引張強度が 6 0 0 N/mm² 以上の鋼材および/または該鋼材の溶接継手'からなる鋼構造物の遅れ破壌防止方法において、該鋼構造物の応力集中部の表面に、先端部の直径が 1 〜 5 mmの超音波振動端子で打撃する超音波衝撃処理を施すことを特徴とする鋼構造物の遅れ破壌防止方法。

( 2 ) 前記鋼構造物の応力集中部が、高張力ポルトにおける頭部の付け根であることを特徴とする前記（ 1 ) に記載の鋼構造物の遅れ破壌防止方法。

( 3 ) 前記鋼構造物の応力集中部が、引張応力を受ける鋼板に設けられた開孔の縁部であることを特徴とする前記（ 1 ) に記載の鋼構造物の遅れ破壌防止方法。

( 4 ) 前記鋼構造物の応力集中部が、複数の溶接線の交差部であることを特徴とする前記（ 1 ) に記載の鋼構造物の遅れ破壊防止方法。

( 5 ) 引張強度 6 0 0 N/mm² 以上の鋼材を溶接して鋼構造物を製造する方法において、前記（ 1 ) 〜（ 4 ) のいずれかに記載の鋼構造物の遅れ破壊防止方法を用いて鋼構造物の遅れ破壊を防止することを特徴とする鋼構造物の製造方法。

〔図面の簡単な説明〕

図 1 は、本発明の遅れ破壊防止方法を、高張力ポルトに適用した実施形態を示す図である。図 2は、本発明の遅れ破壊防止方法を、引張応力が働く鋼板に適用した実施形態を示す図である。

図 3は、本発明の遅れ破壊防止方法を、複数の溶接線の交差部に適用した実施形態を示す図である。

図 4は、図 3に示す複数の溶接線の交差部の詳細を示す図である

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明の実施形態について、図 1〜図 4に基づいて詳細に説明する。

<第 1 の実施形態 >

図 1 に、本発明の遅れ破壊防止方法を高張力ポルトに適用した実施形態を示す。

例えば、 1 0 0 0 N / m m ² 級の高張力ポルトでは、繰り返し荷重が作用すると、疲労破壊が発生する。 ·

この疲労破壊の起点は、介在物の周辺に存在する内部応力により鋼材中に存在する水素が介在物周辺に集まり、局所的な耐破壊特性が劣化し、小さな繰り返し応力下で生じた割れで形成されたフイツシュアィと呼ばれる領域である。

この現象は、一般に、 8 0 0 N Z m m ² 以上の高強度鋼材にみられる現象であるが、水素を多く含む溶接継手では、 6 0 0 N / m m ² 級の強度レベルでも問題となる場合がある。

鋼材中には、多数の介在物が存在しているが、フィッシュアイの起点となる介在物と、起点とならない介在物とがある。

本発明者らは、この原因を究明したところ、フィッシュアイの起点となるかどうかは、鋼材と介在物との整合性と相関があり、結晶格子等の不整合が大きい介在物に、フィッシュアイの起点となるものが多いことを見出した。

また、 X線解析で内部応力を測定したところ、フィッシュアイの起点となる介在物の周辺は、内部応力が局所的に高いことが判明した。

そこで、図 1 において、格子模様で示すところの、高張力ポルトにおける応力集中部である'頭部の付け根に対し、先端部の直径が 1 〜 5 m mの超音波振動端子で打擊する超音波衝撃処理を施すことにより、鋼材の表面から 3 m m程度の深さまでの範囲に存在する内部応力が高い T i N析出物の周辺でさえ、内部応力を消滅せしめ、フイツシュアィの起点とならないようにすることができる。

ここに、超音波振動端子の先端部の直径を 1 〜 5 m mとするのは、 1 m m未満では、鋼材の表面から 1 m mまでの深さの介在物に対してしか内部応力の低減効果が認められず、また、 5 m m超では、大きすぎて応力集中部を的確に打撃することができないからである

<第 2の実施形態 >

図 2に、本発明の遅れ破壊防止方法を引張応力が働く鋼板に適用した実施形態を示す。

例えば、引張応力が働く 8 0 0 N / m m ² 級の鋼板に、図 2に示すような開孔が設けられている場合、格子模様で示す開孔の縁部に応力集中が生じて、第 1 の実施形態と同様に、この応力集中部に存在する介在物に水素が集まり、局所的な耐破壊特性を劣化させ、小さな繰り返し応力下でも割れが生じて、フィッシュアイが形成される。

そこで、図 2において、格子模様で示すところの開孔の縁部に対し、先端部の直径が 1〜 5 m mの超音波振動端子で打撃する超音波衝撃処理を施すことにより、鋼材の表面から 3 m m程度の深さまでの範囲に存在している内部応力が高い T i N析出物の周辺でさえ、内部応力を消滅せしめ、フィッシュアイの起点とならないようにすることができる。

<第 3の実施形態 >

図 3に、本発明の遅れ破壊防止方法を複数の溶接線の交差部に適用した実施形態を示す。

例えば、船体などの溶接構造物においては、図 3に示すように、 Aと A' の複数の溶接線が交差する箇所が生じる。

この複数の溶接線の交差部は、溶接の入熱が重畳されるため、最も残留応力が高い場所となり、応力集中が著しい。

この応力集中部に引張応力が作用すると、この周辺の介在物に水素が集まり、第 1および第 2の実施形態と同様に、局所的な耐破壊特性が劣化し、小さな繰り返し応力下でも割れが生じてフイツシュアイが形成される。

図 4は、図 3における溶接線の交差部の詳細図である。

図 4において、格子模様で示すところの溶接線の交差部から、例えば、 5 mm以内の範囲に対し、先端部の直径が 1〜 5 mmの超音波振動端子で打撃する超音波衝撃処理を施すことにより、鋼材の表面から 3 mm程度の深さまでの範囲に存在している内部応力が高い T i N析出物の周辺でさえ、内部応力を消滅せしめ、フィッシュァィの起点とならないようにすることができる。

<第 1〜第 3に共通の実施形態 >

本発明に使用する超音波発生装置の種類は問わないが、 2 0 0 W 〜 3 kWの電源を用いて、トランスデューサによって 1 9 k H z〜 6 0 k H zの超音波振動を発生させ、ウェーブガイドにて増幅させることにより、 φ ΐ πιπ！〜 5 mmのピンからなる超音波振動端子を 2 0〜 6 0 μ mの振幅で振動させる装置が好ましい。前述の第 1〜第 3の実施形態で示す遅れ破壌防止方法を、高張力ボルト、クランクシャフト等の部品や、船舶、橋梁、建築物などの鋼構造物に適用して、応力集中部における応力を緩和し、介在物がフィッシュアィの起点とならない鋼構造物を製造することができる

〔実施例〕

前述の第 1〜第 3の実施形態で示す、 1 0 0 O NZmm² 級の高張力ポルト、開孔を有する 8 0 0 N/mm² 級の鋼板、および、複数溶接線の交差部に、先端部の直径が 3 mmの超音波振動端子で打撃する超音波衝撃処理を施したところ、 5 0 0 N/mm² 、 4 H zの繰り返し荷重を、 1 0 0万回負荷させても、遅れ破壌に起因する疲労き裂は発生しなかった。

一方、本発明の超音波衝撃処理を施さなかった場合には、 5 0 0 NZmm² 、 4 H zの繰り返し荷重の負荷のもとで、 1 0万回以内に、遅れ破壊に起因する疲労き裂が発生した。

〔産業上の利用可能性〕

本発明によれば、鋼構造物の応力集中部に発生する遅れ破壊を防止することができるので、本発明は、鋼構造物の製造産業に利用し得る有用な発明である。

Claims

請求の範囲

1 . 引張強度が 6 0 0 N/mm² 以上の鋼材および //または該鋼材の溶接継手からなる鋼構造物の遅れ破壌防止方法において、該鋼構造物の応力集中部の表面に、先端部の直径が l〜 5 mniの超音波振動端子で打撃する超音波衝撃処理を施すことを特徴とする鋼構造物の遅れ破壊防止方法。

2. 前記鋼構造物の応力集中部が、高張力ポルトにおける頭部の付け根であることを特徴とする請求の範囲 1 に記載の鋼構造物の遅れ破壊防止方法。

3. 前記鋼構造物の応力集中部が、引張応力を受ける鋼板に設けられた開孔の縁部であることを特徴とする請求の範囲 1 に記載の鋼構造物の遅れ破壊防止方法。

4. 前記鋼構造物の応力集中部が、複数の溶接線の交差部であることを特徴とする請求の範囲 1 に記載の鋼構造物の遅れ破壊防止方法。

5. 引張強度 6 0 0 NZmm² 以上の鋼材を溶接して鋼構造物を製造する方法において、請求の範囲 1 ~ 4のいずれか 1項に記載の鋼構造物の遅れ破壊防止方法を用いて鋼構造物の遅れ破壌を防止することを特徴とする鋼構造物の製造方法。