JP5564022B2 - 鍛造鋼材の耐水素割れ性評価方法 - Google Patents
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しかし、この様なCr−Mo鋼に高清浄度化を進めると、水素割れが発生しやすいといった問題がある。また反応容器などに使用される鍛造用鋼として、アメリカ機械工学会規格のASME508,Cl3(Mn−Mo−Ni鋼)等が適用されているが、水素割れが発生しやすいといった問題がある。
特許文献1に記載の方法では、鋼材の耐水素割れ性に対する優劣の評価にも数十時間以上と多大な時間を要してしまうこと、また、大型の鍛造鋼材品の製造時に行う熱扱いに対して生成する組織や、それらに対しての水素分配を考慮することができない。
非特許文献2に記載の方法では、鋼材を酸に浸漬して水素チャージするため、任意の拡散性水素量を鋼中に侵入させることが難しいこと、及び、試験を大気中で実施するため、チャージされた拡散性水素が時間の経過と共に減少し、試験時に希望する拡散性水素量を確保することが難しい。
鍛造鋼材の耐水素割れ性評価方法は、鍛造した鍛造鋼材を所定範囲の水素濃度で、所定温度範囲の雰囲気下で熱処理することで鋼中に水素を導入して、鍛造時から温度が下がる降温過程で形成される組織や相界面あるいは生成する介在物周りに飽和状態で水素を分配させ、その水素分配状態で評価試験により破断特性の評価を行っている。そのため、鍛造鋼材の耐水素割れ性評価方法では、導入した水素を擬似的に製品本来の水素割れメカニズムである内部起因型水素とすることができ、供試材の水素割れ性を簡便、迅速、高感度に実質的な製品状態と同等に評価することが可能となる。また、この方法では、高温で水素を導入することにより水素の導入に要する時間を短縮し、評価試験を迅速に行うことができる。
図1に示すように、鍛造鋼材の耐水素割れ性評価方法Sは、例えば、船舶、発電機用等の動力伝達用部品、反応容器を含む鍛造鋼材部品に用いられる鍛造鋼材の耐水素割れ性についての評価方法である。この鍛造鋼材の耐水素割れ性評価方法Sは、製銑工程S1と、製鋼工程S2と、鍛造・供試材形成工程S3と、水素導入工程S4と、評価工程S5と、を行う手順により構成されている。
製鋼工程S2は、製銑工程S1により製造された銑鉄から鋼材を製造する工程である。この製鋼工程S2は、例えば、溶銑を転炉等により溶銑予備処理を行い、その後、二次精錬を行って鋼材を製造する工程である。この製鋼工程S2により鍛造鋼材を鍛造することができる鍛造用鋼の形状とする。
表1に示す化学成分を含有した150kgの鍛造用鋼を真空炉でスラグ塩基度を3.0に調整して溶製し、鋳造してインゴットを得た。各インゴットを鍛造して鍛造鋼材とし冷却後に供試材を得た。なお、供試材のそれぞれの鋼種A〜Dの耐水素割れ性については、経験的にA→D→B→Cの順で優れていることが分かっている。
また、破断強度の比較は100%窒素雰囲気下で同様の熱処理を行った試験片との比(本試験での値/窒素雰囲気下での値)とした(破断強度比=1は脆化しない意味で、数値が下がるほど脆化、すなわち水素割れしやすいことを示している)。これらの評価に要した時間は水素雰囲気下での焼鈍を含めても合計8時間未満であった。
すなわち、母材組織がベイナイトである鍛造用鋼材について、前記したように所定の条件下において一実施例を説明する。
この実施例では、表3に示す化学成分を含有した150kgの鍛造用鋼を真空炉でスラグ塩基度を3.0に調整して溶製し、鋳造してインゴットを得た。各インゴットを鍛造して鍛造鋼材とし冷却後に供試材を得た。なお、供試材のそれぞれの鋼種B,E,Fの耐水素割れ性については、経験的にB→F→Eの順で優れていることが分かっている。
また、破断強度の比較は100%窒素雰囲気下で同様の熱処理を行った試験片との比(本試験での値/窒素雰囲気下での値)とした(破断強度比=1は脆化しない意味で、数値が下がるほど脆化、すなわち水素割れしやすいことを示している)。これらの評価に要した時間は水素雰囲気下での焼鈍を含めても合計8時間未満であった。
実験No.16,17は従来技術を用いた評価である。これらはいずれも試験に長時間(数十時間以上)を要し、迅速な評価が行えなかったり、結果の順列の逆転が生じたりするなどの問題が生じた。
S1 製銑工程
S2 製鋼工程
S3 鍛造・供試材形成工程(鍛造鋼材の供試材を形成する工程)
S4 水素導入工程(鋼中に水素を導入する工程)
S5 評価工程(評価試験を行い評価する工程)
Claims (3)
- 船舶、発電機用等の動力伝達用部品、反応容器を含む鍛造鋼材部品に用いられる鍛造鋼材の耐水素割れ性評価方法であって、
鍛造用鋼材の造塊を鍛造して鍛造鋼材の供試材を形成する工程と、
前記供試材を、水素濃度30%以上100%以下の水素濃度範囲、300℃以上1500℃未満の温度雰囲気下で熱処理することにより鋼中に水素を導入する工程と、
前記水素を導入した供試材の割れ特性について評価試験を行い評価する工程を含むことを特徴とする鍛造鋼材の耐水素割れ性評価方法。 - 前記鋼中に水素を導入する工程は、前記鍛造用鋼材が予め設定された複合組織の前記鍛造鋼材となるように、300℃以上1500℃未満の前記熱処理の範囲内において、任意の加熱速度及び冷却速度で行うことを特徴とする請求項1に記載の鍛造鋼材の耐水素割れ性評価方法。
- 前記鋼中に水素を導入する工程は、前記鍛造用鋼材が予め設定されたベイナイト単相組織の前記鍛造材となるように、Ac1以上1500℃未満、水素濃度30%以上100%以下の雰囲気で保持した後、5℃/min以上の冷却速度でBs点以下まで冷却し、そのBs点以下の温度で保持することを特徴とする請求項1に記載の鍛造鋼材の耐水素割れ性評価方法。
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