JP2015116531A - 破断方法 - Google Patents
破断方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015116531A JP2015116531A JP2013260867A JP2013260867A JP2015116531A JP 2015116531 A JP2015116531 A JP 2015116531A JP 2013260867 A JP2013260867 A JP 2013260867A JP 2013260867 A JP2013260867 A JP 2013260867A JP 2015116531 A JP2015116531 A JP 2015116531A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stress
- strength steel
- steel material
- hydrogen embrittlement
- crack
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Disintegrating Or Milling (AREA)
Abstract
【課題】破断対象物をより小さな応力で破断させることができる破断方法を提供する。【解決手段】はじめに、水素脆化が発生していない強強度鋼材のしきい値を検出する(ステップS1)。しきい値を検出すると、このしきい値を超える応力を破断させる高強度鋼材にかける(ステップS2)。応力がかけられた状態の高強度鋼材を、水素脆化が発生する環境下に晒す(ステップS3)。【選択図】 図4
Description
本発明は、破断方法に関するものである。
近年、資源の有効利用が提唱されており、廃材等に含まれる各種金属の再利用が盛んに行われている。この金属の再利用においては、廃材を炉に入れて高温で熔解する工程を含むことが多い。このとき、自動車の車体や索、鋼棒、鋼線などの土木構造物といった大型の廃材については、シュレッダ等でその廃材に応力をかけることにより破断して、炉に入る大きさに加工することが行われている。
辻川茂男、コンクリート柱の鉄筋破断の実例、コンクリート中鉄筋の割れに関するシンポジウム講演資料、pp.29-52、2008年
ISO/DIS16573Draft、2013年7月
齋藤博之、材料試験技術、Vol.58、No.4、pp.156-163、2013年10月発行
しかしながら、破断対象物が例えば1000MPa以上といった高い引張強度を有する高強度鋼材などの場合は、その引張強度ゆえに破断にするにはシュレッダ等で大きな応力をかける必要がある。このため、破断は、コストや手間がかかるものとなっていた。
そこで、本発明は、破断対象物をより小さな応力で破断させることができる破断方法を提供することを目的とする。
上述したような課題を解決するために、本発明に係る破断方法は、水素脆化が発生する破断対象物に応力をかける応力付与ステップと、応力がかけられた状態の前記破断対象物を、水素脆化が発生する環境に晒す水素脆化ステップとを有することを特徴とするものである。
上記破断方法において、応力付与ステップは、水素脆化が生じていない状態の破断対象物が破断するしきい値以上の応力をかけるようにしてもよい。
上記破断方法において、破断対象物は強高度鋼材からなるようにしてもよい。
本発明によれば、応力がかけられた状態の破断対象物を水素脆化が発生する環境に晒すことにより、破断対象物に水素脆化が発生して塑性域が小さくなるので、破断対象物をより小さな応力で破断させることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<発明の原理>
まず、本実施の形態に係る破断方法の原理について説明する。なお、本実施の形態では、破断対象物を高強度鋼材とした場合を例に説明を行う。この高強度鋼材とは、一般の鋼材よりも引張強度を向上させた鋼材であって、例えば車用には約600MPa以上の引張強度の高強度鋼材が用いられている。
まず、本実施の形態に係る破断方法の原理について説明する。なお、本実施の形態では、破断対象物を高強度鋼材とした場合を例に説明を行う。この高強度鋼材とは、一般の鋼材よりも引張強度を向上させた鋼材であって、例えば車用には約600MPa以上の引張強度の高強度鋼材が用いられている。
図1に、定荷重試験によって高強度鋼材を破断させたときの最大応力に対する最小応力の比(応力比)と時間の関係を示す。図1において、縦軸は応力比、横軸は時間である。図中の△および○は、異なる材料の高強度鋼材が破損した応力および時間を示している。
図1から分かるように、応力比が大きい、すなわち高強度鋼材にかける応力が大きいほど、高強度鋼材は短時間で破断する(例えば、非特許文献1〜3参照。)。そして、応力比を小さくしてゆくと、やがて図1の符号aで示すように時間軸と平行になってゆき、1つの値に収束する。
このように、高強度鋼材が破断する最低の応力値(以下、「しきい値」と言う。)未満の応力かけた場合には、破断が生じない。言い換えると、そのしきい値以上の応力をかけると、高強度鋼材を破断させることができる。しきい値以上の応力をかけないと高強度鋼材が破断しない理由は、高強度鋼材中のき裂の成長メカニズムにあると考えられている。このき裂の成長メカニズムについて、図2を参照して説明する。この図2は、金属材料中のき裂の周囲の状態を模式的に示す図である。図2において、符号bで示す実線は実際のき裂を示しており、横軸(Y軸)はき裂の成長の方向を示している。また、符号cで示す点線は、金属部材に応力をかけたときに成長するき裂の先端の位置(ry)を示している。また、符号dで示す点線は、塑性変形が起こる領域、すなわち塑性域を示しており、その先には弾性変形が起こる弾性域が存在している。
図2の符号bで示すようなき裂が存在するとき、そのき裂の先端の応力σyは下式(1)で表すことができる。なお、下式(1)において、rはY軸における距離、Kは材料特性による定数である。
σy=K/(2πr)1/2 ・・・(1)
上式(1)から下式(2)を導出することができる。
r=K2(2πσy 2) ・・・(2)
金属のような材料では、応力をかけ続けてゆくと降伏応力以上で塑性変形が生じることが知られている。このとき、き裂の先端では、き裂の成長に先行して塑性変形が起こっており、塑性域ではこの塑性変形によって材料にかけられた応力が吸収されている。
き裂の先端に応力σyがかかっているとき、図2に示すように、き裂はr=ryまで成長しているが、同時に塑性域がr=Rまで成長しているので、この塑性域によってき裂を成長させるエネルギーが吸収されてき裂の成長が止まるため、破断を免れている。ryが塑性域Rよりも大きくなるような応力がかけられると、このときにき裂の先端に生じる応力σyが塑性域では吸収しきれないので、き裂がさらに成長し、結果として、材料が破断することとなる。
このように、塑性域R>ryの関係が維持されるのであれば、き裂は成長しないので破断しない。一方、金属部材にかける応力が大きくなって、塑性域R>ryの関係が維持できくなると、き裂が成長して破断が生じる。その塑性域R>ryの関係を満たすか否かを左右するのが、上述したしきい値である。
なお、上式(1)において、r=0のときには応力が無限大に発散するが、これはr=0近傍で塑性変形が生じるためであって、実際は応力は発散せず原子配列などの変形のエネルギーとして吸収されている。
このように、塑性域R>ryの関係が維持されるのであれば、き裂は成長しないので破断しない。一方、金属部材にかける応力が大きくなって、塑性域R>ryの関係が維持できくなると、き裂が成長して破断が生じる。その塑性域R>ryの関係を満たすか否かを左右するのが、上述したしきい値である。
なお、上式(1)において、r=0のときには応力が無限大に発散するが、これはr=0近傍で塑性変形が生じるためであって、実際は応力は発散せず原子配列などの変形のエネルギーとして吸収されている。
ところで、高強度鋼材などにおいては、水素を吸収すると塑性域が小さくなって強度が低下する水素脆化が発生することが知られている。その一例を図3に示す。この図3は、水素を添加した高強度鋼材と水素を添加していない高強度鋼材に対して引張試験を行ったときの引張強度と伸びとの関係を示す図である。
図3から分かるように、水素を添加していない高強度鋼材(図中“○”で示す。)は、伸びが20mmを超えたところで破断している一方、水素を添加した高強度鋼材(図中“●”で示す。)は、伸びが10mm程度のところで破断している。
これは、高強度鋼材が水素を吸収すると、き裂近傍で塑性変形ができなくなるので、塑性域が小さくなるためである。このような水素脆化が生じた場合においても、塑性域R>ryの関係が維持できないと、高強度鋼材にかかる応力が吸収されないので、き裂が成長して破断が生じる。特に、水素脆化が生じると、水素脆化が生じていない場合よりも小さな応力で破断が生じることとなる。
これは、高強度鋼材が水素を吸収すると、き裂近傍で塑性変形ができなくなるので、塑性域が小さくなるためである。このような水素脆化が生じた場合においても、塑性域R>ryの関係が維持できないと、高強度鋼材にかかる応力が吸収されないので、き裂が成長して破断が生じる。特に、水素脆化が生じると、水素脆化が生じていない場合よりも小さな応力で破断が生じることとなる。
そこで、本実施の形態では、破断する高強度鋼材に応力をかけた状態で、これを水素脆化が起こる環境中にさらす。これにより、水素脆化が進行することによって高強度鋼材の塑性域が小さくなって塑性域R>ryの関係を維持できなくなるので、水素脆化が生じない場合よりも小さな応力で高強度鋼材を破断させたり、短時間で高強度鋼材を破断させたりすることができる。
<破砕方法>
次に、図4を参照して、本実施の形態に係る破砕方法について説明する。
次に、図4を参照して、本実施の形態に係る破砕方法について説明する。
まず、水素脆化が発生していない破断対象物のしきい値を検出する(ステップS1)。具体的には、破断する高強度鋼材について、図1に示すような応力と破断するまでに要した時間との関係を取得し、この関係に基づいてしきい値を検出する。
なお、その応力と時間との関係は、後述するステップS2で応力をかける方法と同等の方法で取得した関係を用いることが望ましい。例えば、高強度鋼材を一軸引張により破断する場合には、その関係についても一軸方向の引張試験による測定結果を用いることにより、より正確なしきい値を得ることができる。
なお、その応力と時間との関係は、後述するステップS2で応力をかける方法と同等の方法で取得した関係を用いることが望ましい。例えば、高強度鋼材を一軸引張により破断する場合には、その関係についても一軸方向の引張試験による測定結果を用いることにより、より正確なしきい値を得ることができる。
しきい値を検出すると、このしきい値を超える応力を破断させる高強度鋼材にかける(ステップS2)。
本実施の形態において、破断させる高強度鋼材にかける応力は、しきい値以上であれば、適宜自由に設定することができる。このようにしきい値以上の応力をかけることにより、確実に高強度鋼材を破断させることができる。このとき、例えば、しきい値よりも大きくすればするほどより短時間で破断させることができるので、所望する破断までの所要時間などに応じて設定するようにしてもよい。
なお、破断対象物には、しきい値未満の応力をかけるようにしてもよい。このようにしても、水素脆化によって塑性域が小さくなるので、破断できる場合がある。
なお、破断対象物には、しきい値未満の応力をかけるようにしてもよい。このようにしても、水素脆化によって塑性域が小さくなるので、破断できる場合がある。
応力をかける方法は、各種方法を用いることができる。例えば、一軸引張により応力をかけるようにしてもよい。また、高強度鋼材が棒状や板状に形成されているのであれば、曲げによって応力をかけるようにしてもよい。特に、板状の場合には、弱軸方向に曲げを与えることが望ましい。また、錘などで荷重をかけることによって応力をかけるようにしてもよい。
また、図5に示すように、板状の高強度鋼材1を一対の波状の治具2,3に挟みこみ、積層方向に貫通するロッドとこの両端に螺着したボルト等によって、それらの部材が互いに近づく方向に定荷重をかけることによって、多数の支点で曲げ荷重を加えるようにしてもよい。この場合には、より小さく破断することが可能となる。なお、治具2,3に挟み込む強高度鋼材1は1枚に限定されず複数枚を挟み込むようにしてもよい。例えば、応力をかける方向に直列に複数枚重ねるようにしてもよい。
さらに、強高度鋼材に定荷重がかける方法は、治具を用いる方法に限定されず、各種方法を用いることができる。例えば、所定の重量物を吊すまたは載せることにより、重力の作用を利用して定荷重をかけるようにしてもよい。この場合においても、荷重をかける強高度鋼材の数量は1つに限定されず、複数枚にまとめて荷重をかけるようにしてもよい。例えば、応力をかける方向に直列に複数枚重ねるようにしてもよい。
さらに、強高度鋼材に定荷重がかける方法は、治具を用いる方法に限定されず、各種方法を用いることができる。例えば、所定の重量物を吊すまたは載せることにより、重力の作用を利用して定荷重をかけるようにしてもよい。この場合においても、荷重をかける強高度鋼材の数量は1つに限定されず、複数枚にまとめて荷重をかけるようにしてもよい。例えば、応力をかける方向に直列に複数枚重ねるようにしてもよい。
最後に、応力がかけられた状態の高強度鋼材を、水素脆化が発生する環境下に晒す(ステップS3)。
例えば酸などの水素脆化が発生する溶液を高強度鋼材にかけたり、その溶液を貯留した水槽に高強度鋼材を浸漬したりすることができる。
例えば酸などの水素脆化が発生する溶液を高強度鋼材にかけたり、その溶液を貯留した水槽に高強度鋼材を浸漬したりすることができる。
水素脆化が発生する環境下に晒したのち、所定の時間が経過すると、高強度鋼材は破断することとなる。水素脆化が発生することにより塑性域が小さくなるので、水素脆化が発生しない場合よりも、小さい応力で破断させたり、短時間で破断させたりすることができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、高強度鋼材をより小さな応力で破断させることができる。結果として、高強度材の破断に要するコストや手間が抑えることができる。
なお、本実施の形態では、破断対象物を高強度鋼材とした場合を例に説明したが、水素脆化が発生する材料であるならば高強度鋼材に限定されず、金属鋼材など各種材料を適用することができる。
本発明は、水素脆化が発生する材料を破断する各種方法に適用することができる。
1…高強度鋼材、2,3…治具。
Claims (3)
- 水素脆化が発生する破断対象物に応力をかける応力付与ステップと、
応力がかけられた状態の前記破断対象物を、水素脆化が発生する環境に晒す水素脆化ステップと
を有することを特徴とする破断方法。 - 請求項1記載の破断方法において、
前記応力付与ステップは、水素脆化が生じていない状態の前記破断対象物が破断するしきい値以上の応力をかける
ことを特徴とする破断方法。 - 請求項1または2記載の破断方法において、
前記破断対象物は、強高度鋼材である
ことを特徴とする破断方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013260867A JP2015116531A (ja) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 破断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013260867A JP2015116531A (ja) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 破断方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015116531A true JP2015116531A (ja) | 2015-06-25 |
Family
ID=53529787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013260867A Pending JP2015116531A (ja) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 破断方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015116531A (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007198895A (ja) * | 2006-01-26 | 2007-08-09 | Kobe Steel Ltd | 高強度鋼板の耐遅れ破壊性の評価方法 |
JP2008151675A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Toyota Motor Corp | 遅れ破壊試験装置 |
JP2011208247A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Jfe Steel Corp | 耐遅れ破壊性に優れた引張強度1180MPa以上を有する高強度鋼板 |
JP2012159486A (ja) * | 2011-02-03 | 2012-08-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 水素脆化予測方法 |
JP2013072101A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Jfe Steel Corp | 高強度鋼板およびその製造方法 |
-
2013
- 2013-12-18 JP JP2013260867A patent/JP2015116531A/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007198895A (ja) * | 2006-01-26 | 2007-08-09 | Kobe Steel Ltd | 高強度鋼板の耐遅れ破壊性の評価方法 |
JP2008151675A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Toyota Motor Corp | 遅れ破壊試験装置 |
JP2011208247A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Jfe Steel Corp | 耐遅れ破壊性に優れた引張強度1180MPa以上を有する高強度鋼板 |
JP2012159486A (ja) * | 2011-02-03 | 2012-08-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 水素脆化予測方法 |
JP2013072101A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Jfe Steel Corp | 高強度鋼板およびその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
林邦夫 他: "高強度薄鋼板の耐水素脆化評価法", まてりあ, vol. 第44巻/第3号, JPN6016043832, 2005, JP, pages 254 - 256, ISSN: 0003441079 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Microstructures and mechanical properties of cast austenite stainless steels after long-term thermal aging at low temperature | |
Lam et al. | Behaviour of demountable shear connectors in steel-concrete composite beams | |
Sugui et al. | Influence of solution temperature on microstructure and creep property of a directional solidified nickel-based superalloy at intermediate temperatures | |
US20200333225A1 (en) | Method for evaluating brittle crack arrestability of steel plate | |
Su et al. | Fatigue short crack growth: Overload-induced acceleration/retardation behavior | |
Materna-Morris et al. | Effect of 16.3 dpa neutron irradiation on fatigue lifetime of the RAFM steel EUROFER97 | |
Krupp et al. | Significance and mechanism of the crack initiation process during very high cycle fatigue of duplex stainless steel | |
JP2015116531A (ja) | 破断方法 | |
Chen et al. | Flexural strength of carbon fiber reinforced polymer repaired cracked rectangular hollow section steel beams | |
Rodriguez et al. | Constraint dependence of the fracture toughness of reduced activation ferritic–martensitic Eurofer steel plates | |
Batista et al. | The role of microstructure in fatigue crack initiation and propagation in 9-12Cr ferritic-martensitic steels | |
Benzaid et al. | Experimental investigation of concrete externally confined by CFRP composites | |
Luzginova et al. | Low cycle fatigue of irradiated and unirradiated Eurofer97 steel at 300° C | |
Hamid et al. | SN curve fatigue study and the stress-strain properties on the refurbish NITI SMA for reinforcing bar in concrete | |
Jamil et al. | Restrengthening of RCC beam by beam jacketing | |
El-Hacha et al. | Fatigue performance of RC beams strengthened in flexure using NSM iron-based shape memory alloy bars | |
Yu et al. | Quasi-static and dynamic compressive properties of AZ31 magnesium alloy processed by equal channel angular pressing | |
Mahato et al. | Effect of testing mode on ratcheting and post-ratcheting tensile properties of annealed OFHC copper | |
Mahata et al. | Room temperature torsional behavior of 15-Cr-15Ni titanium modified austenitic stainless steel | |
Raj et al. | Numerical Studies on Impact Response of Prestressed Beams Using FE Software | |
Kim et al. | Role of twinning and slip in deformation of a Zr-2.5 Nb tube | |
Rodsin | Brittle shear failure prevention of a non-ductile RC column using glass fiber reinforced polymer (GFRP) | |
Zhang et al. | Influence of large strain reverse loading on dynamic strain localization and failure of ductile metallic rods | |
Bao et al. | A Simple means for Reducing the Risk of Progressive collapse | |
Bhat et al. | On Stress-Strain Fields near Mode I Ductile Crack Tip in Elastic-Plastic Fracture |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151117 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161104 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161122 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20170718 |