JP6060786B2 - Test piece for evaluation of brittle crack propagation arrest characteristics and evaluation method for brittle crack propagation arrest characteristics of thick steel plate - Google Patents
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Description
本発明は、脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片及び厚鋼板の脆性き裂伝播停止特性の評価方法に関する。 The present invention relates to a test piece for evaluating brittle crack propagation stop characteristics and a method for evaluating brittle crack propagation stop characteristics of a thick steel plate.
鉄鋼材料等の構造材における脆性破壊は、時として大規模な塑性変形を伴わずに、材料の降伏強度以下の低応力で発生し、１０００ｍ／ｓ程度の高速で長距離に渡って脆性き裂が伝播し、構造物が一瞬の内に破壊してしまう。 Brittle fracture in structural materials such as steel materials sometimes occurs with low stress below the yield strength of the material, without large-scale plastic deformation, and brittle cracks over a long distance at a high speed of about 1000 m / s. Propagates and the structure is destroyed in an instant.
脆性破壊の発生を防止するための手法としては、非特許文献１に規定されるＣＴＯＤ（Crack-Tip Opening Displacement)試験等の評価試験を用いた非特許文献２等の防止法が提案され、各種規格に取り入れられ、脆性破壊の発生防止が可能になってきている。
As methods for preventing the occurrence of brittle fracture, prevention methods such as Non-Patent Document 2 using an evaluation test such as a CTOD (Crack-Tip Opening Displacement) test specified in Non-Patent
一方、脆性破壊は、一瞬の内に高速度で伝播するため、特に大規模構造物では、万が一脆性破壊が発生した場合でも、き裂の伝播防止することが出来れば、安全性を格段に上げることが可能になる。実際に、ＬＮＧ（Liquified Natural Gas）やＬＰＧ（Liquified Petroleum Gas）等の低温タンクに用いられる低温用鋼や、水圧鉄管用鋼材、造船用鋼材等では、非特許文献３に規定される脆性破壊伝播停止試験のような大型破壊試験で測定される脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ値に対する要求値が規定されている。 On the other hand, since brittle fracture propagates at high speed in an instant, especially in large-scale structures, even if brittle fracture occurs, if crack propagation can be prevented, safety will be significantly improved. It becomes possible. In fact, brittle fracture propagation defined in Non-Patent Document 3 is used for low-temperature steels such as LNG (Liquified Natural Gas) and LPG (Liquified Petroleum Gas), low-temperature steel, hydraulic steel pipe steel, and shipbuilding steel. A required value for the brittle crack propagation stop characteristic Kca value measured in a large fracture test such as a stop test is defined.
これらの試験は、試験実施のための工期、コストが大きく、一般に品質管理のための試験としては適当ではない。そこで、代表的な簡易評価試験であるシャルピー衝撃試験法を活用した厚板の脆性き裂伝播停止特性の評価方法が特許文献１において提案されている。
These tests have a large construction period and cost for performing the tests, and are generally not suitable as tests for quality control. Therefore,
特許文献１に記載された評価方法では、当然ながら、試験片における脆性き裂の発生箇所となる切欠き部の先部の金属組織が、試験片の材質により決まる。そのため、試験片の材質によっては、例えば、切欠き部の先部において脆性破壊よりも塑性変形や延性破壊が先行する等の要因によって、脆性き裂が適切に発生しない場合があった。そのため、特許文献１に記載の評価方法よりも高精度な評価方法が望まれていた。
In the evaluation method described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、脆性き裂伝播停止特性を精度よく評価できる脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片及び厚鋼板の脆性き裂伝播停止特性の評価方法の提供を課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes a test piece for evaluating brittle crack propagation stop characteristics capable of accurately evaluating the brittle crack propagation stop characteristics and a method for evaluating the brittle crack propagation stop characteristics of a thick steel plate. Offering is an issue.
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験に用いられる試験片であって、
シャルピー衝撃試験機に取付けられた状態において、前面の長さ方向の中央に切欠き部が設けられ、前記切欠き部の先部のみにおける金属組織が母材の金属組織とは異なる硬質組織で構成され、前記硬質組織の５０％以上がマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織からなることを特徴とする脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片。
［２］ 前記硬質組織が、前記切欠き部を形成する際の熱による熱影響部であることを特徴とする［１］に記載の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片。
［３］ 前記硬質組織の厚みが０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下であることを特徴とする［１］または［２］に記載の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片。
［４］ 前記切欠き部の先部が、前記試験片の幅方向中央で深さが浅く、幅方向両端で深さが深い山形形状であることを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片。
［５］ 前記切欠き部の幅が０．０１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下のスリット状であることを特徴とする［１］乃至［４］の何れか一項に記載の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片。
［６］ 前記切欠き部が、Ｖノッチであることを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片。
［７］ 前記切欠き部が、ワイヤ放電加工によって形成されたものであることを特徴とする［１］乃至［６］の何れか一項に記載の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片。
［８］ シャルピー衝撃試験機に取付けられた状態において、前記切欠き部の形成箇所を含む前記試験片の長手方向中央部の試験片高さが１０ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であることを特徴とする［１］乃至［７］の何れか一項に記載の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片。
［９］ ［１］〜［８］のいずれか一項に記載の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験に準拠して、厚鋼板の脆性き裂伝播停止特性を評価することを特徴とする、厚鋼板の脆性き裂伝播停止特性の評価方法。
In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
[1] A test piece used in a Charpy impact test specified in JIS Z 2242,
In the state attached to the Charpy impact tester, a notch is provided in the center in the longitudinal direction of the front surface, and the metal structure only at the tip of the notch is composed of a hard structure different from the metal structure of the base material. A test piece for evaluating brittle crack propagation stopping characteristics, wherein 50% or more of the hard structure is composed of martensite, bainite, or a mixed structure thereof.
[2] The test piece for brittle crack propagation stop property evaluation according to [1], wherein the hard structure is a heat-affected zone caused by heat when forming the notch.
[3] The test piece for evaluation of brittle crack propagation stop characteristics according to [1] or [2], wherein the thickness of the hard tissue is 0.01 mm or more and 1 mm or less.
[4] The points of [1] to [3] are characterized in that the tip of the notch has a chevron shape that is shallow at the center in the width direction of the test piece and deep at both ends in the width direction. The test piece for brittle crack propagation stop property evaluation as described in any one of Claims.
[5] The brittle crack propagation stop property according to any one of [1] to [4], wherein the notch has a slit shape with a width of 0.01 mm to 0.5 mm. Test piece for evaluation.
[6] The test piece for evaluating brittle crack propagation stop characteristics according to any one of [1] to [3], wherein the notch is a V notch.
[7] The test piece for evaluation of brittle crack propagation stop characteristics according to any one of [1] to [6], wherein the notch is formed by wire electric discharge machining. .
[8] In the state attached to the Charpy impact tester, the test piece height in the longitudinal center of the test piece including the formation portion of the notch is 10 mm or more and 25 mm or less. 1] to a test piece for evaluating the brittle crack propagation stop property according to any one of [7].
[9] Using the test piece for brittle crack propagation stop property evaluation according to any one of [1] to [8], in accordance with the Charpy impact test specified in JIS Z 2242, A method for evaluating brittle crack propagation stopping characteristics of a thick steel plate, characterized by evaluating brittle crack propagation stopping characteristics.
本発明によれば、試験片の切欠き部の先部のみにおける金属組織の５０％以上が母材の金属組織とは異なる硬質組織で構成され、その硬質組織がマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織からなるので、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験を実施した場合に、試験片の母材組織によらずに、切欠き部の先部を起点として安定して脆性き裂が生じるので、脆性き裂伝播停止特性を精度よく評価できる。 According to the present invention, 50% or more of the metal structure in only the tip of the notch of the test piece is composed of a hard structure different from the metal structure of the base material, and the hard structure is martensite, bainite, or these Since it consists of a mixed structure, when the Charpy impact test specified in JIS Z 2242 is performed, a brittle crack is generated stably starting from the tip of the notch, regardless of the base material structure of the specimen. Therefore, the brittle crack propagation stop characteristic can be accurately evaluated.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a test piece for evaluating brittle crack propagation stop characteristics according to an embodiment of the present invention.
図１に示す試験片１は、切欠き部１０を前方に向けた状態でシャルピー衝撃試験機に取付けられる。そして、切欠き部１０が形成された前面１１とは反対の背面１２をハンマーで打撃して試験片を破断させることにより、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験が行われる。なお、本実施形態では、説明の便宜のために、前面１１と背面１２の厚さ方向を高さ方向（図１（ａ）及び図１（ｂ）における上下方向）、前面１１、２１および背面１２、２２に平行な方向を長さ方向（図１（ａ）における左右方向）、これら高さ方向および長さ方向に垂直な方向を幅方向（図１（ｂ）における左右方向）という。
The
図１に示す試験片１は、ＪＩＳ Ｚ ２２０２に規定されるように、長さ５５ｍｍ±０．６ｍｍで１辺が１０ｍｍ±０．０５ｍｍの長さ方向全体に亘って一様な正方形断面を有する角柱部Ｋと、切欠き部１０の形成箇所を含む試験片１の長手方向中央部が突出した突出部Ｌとからなる。突出部Ｌを含む試験片１の長手方向中央部の高さは、１５ｍｍ以上、２５ｍｍ以下となっている。このように、切欠き部１０の形成箇所における高さを１０＋Ｘｍｍとしたとき、試験片１の長手方向中央部では、突出部Ｌの高さＸを５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲で一定になっている。また、試験片１の幅は長手方向全体に亘って１０±０．０５ｍｍで一定になっている。このため、本実施形態の試験片１は、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験機に取付けて、通常のシャルピー衝撃試験片と同様にシャルピー衝撃試験に供される。また、突出部Ｌを設け、この突出部Ｌに切欠き部１０を設けることにより、切欠き部１０の下側に脆性き裂を伝搬させる領域が確保される。
The
試験片１の長手方向の両端から８ｍｍ以上、２０ｍｍ以下までの部分（Ｙ）と前面１１との間は、斜面部１３になっている。この斜面部１３の長手方向に対する角度αは２０°以上９０°以下が好ましい。
A
次に、図１に示す試験片１の切欠き部１０は、スリット状の溝で、その先部は、試験片１の幅方向中央で深さが浅く、幅方向両端で深さが深い山形形状となっている。言い換えると、切欠き部１０は山形形状のシェブロンノッチとなっている。切欠き部１０の先部に形成した山形形状の頂部Ｐａの角度βは６０〜１５０°である。試験片１の切欠き部１０の先部の山形形状の頂部Ｐａから前面１１までの距離Ｌａは、２ｍｍ以上、２＋Ｘｍｍ以下である。また、切欠き部１０の幅は０．０１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である。なお、切欠き部１０の幅Ｗａとは試験片１の長手方向に沿う幅をいう。切欠き部１０の幅Ｗａを０．５ｍｍ以下とすることにより、シャルピー衝撃試験時に切欠き部１０の先部に形成した山形形状の頂部Ｐａに応力集中を生じさせて、脆性き裂を容易に生じさせることができる。また、切欠き部１０の幅Ｗａが０．０１ｍｍ未満では応力集中の効果が飽和するので、切欠き部１０の幅Ｗａは０．０１ｍｍ以上がよい。
Next, the
図２に示すように、切欠き部１０の先部には、母材の金属組織とは異なる硬質組織Ｍが形成されている。この硬質組織Ｍは、５０％以上がマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織からなる。例えば、試験片１の母材組織がフェライト・パーライト組織である場合は、硬質組織Ｍには、フェライト・パーライトよりも硬質なマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織が含まれる。また、試験片１の母材組織がベイナイト組織である場合は、硬質組織Ｍには、ベイナイトよりも硬質なマルテンサイトが含まれる。このように、切欠き部１０の先部の組織を、母材の金属組織よりも硬質な硬質組織Ｍにすることで、母材組織の種類によらずに、脆性き裂を容易に発生させることができる。特に、硬質組織Ｍを、フェライトやパーライトに比べて硬くて脆いマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織とすることで、脆性き裂を容易に発生させることができる。なお、硬質組織Ｍは切欠き部１０の先部のみならず、切欠き部１０の側面部（図２中、一点鎖線で示す領域）に形成されていてもよい。また、切欠き部１の形状が所謂シェブロンノッチであり、切欠き部１０の先部の山形形状の頂部Ｐａを含むその近傍部分(山裾の一部)のみに硬質組織Ｍを設けることで、より容易に脆性き裂を発生させることができる。
脆性き裂を安定して発生させるためには、硬質組織Ｍの５０％以上（１００％を含む）がマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織であることが必要で、好ましくは８０％以上が望ましい。
As shown in FIG. 2, a hard structure M different from the metal structure of the base material is formed at the tip of the
In order to stably generate a brittle crack, 50% or more (including 100%) of the hard structure M needs to be martensite, bainite, or a mixed structure thereof, and preferably 80% or more. desirable.
図２（ｂ）に示すように、硬質組織Ｍの厚みＤａは、０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましい。試験片の母材である厚鋼板は、その金属組織中に小さいもので約１０μｍ程度の粒径の結晶粒が含まれる。従って、脆性き裂を安定して発生させるためには、硬質組織Ｍの厚みとして、小さな結晶粒の１個分程度の厚みを確保することが望ましい。また、硬質組織Ｍの厚みＤａを１ｍｍ以下とすることで、切欠き部１０の下側に、評価対象となる金属組織を十分に残すことができ、脆性き裂を伝搬させる領域を十分に確保できる。
As shown in FIG. 2B, the thickness Da of the hard tissue M is preferably 0.01 mm or more and 1 mm or less. The thick steel plate, which is the base material of the test piece, contains small crystal grains having a grain size of about 10 μm in the metal structure. Therefore, in order to stably generate a brittle crack, it is desirable to secure a thickness of about one small crystal grain as the thickness of the hard structure M. In addition, by setting the thickness Da of the hard structure M to 1 mm or less, a sufficient metal structure to be evaluated can be left below the
硬質組織Ｍは、切欠き部１０を形成する際の熱によって形成された熱影響部である。例えば、切欠き部１０をワイヤ放電加工によって形成する際の、入熱による温度上昇とその後の温度低下により、マルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織が形成される。入熱量を制御することで、硬質組織Ｍの厚みや結晶組織を容易に調整できる。また、ワイヤ放電加工は加工精度が高いので、切欠き部１０形状及び寸法や硬質組織Ｍの厚み等を複数の試験片において一定にすることができ、試験片のばらつきを抑制できる。
The hard tissue M is a heat-affected zone formed by heat when forming the
図３及び図４には、本実施形態の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片の別の例を示す。図３及び図４に示す試験片２は、切欠き部２０の形状が異なる以外は、図１及び図２に示す試験片と同じ構成である。
3 and 4 show another example of the test piece for evaluating the brittle crack propagation stop characteristic of the present embodiment. The test piece 2 shown in FIGS. 3 and 4 has the same configuration as the test piece shown in FIGS. 1 and 2 except that the shape of the
図３及び図４に示す試験片２の切欠き部２０は、先部が試験片２の幅方向に沿って深さが一定であるスリット状の溝となっている。この切欠き部２０の先部から前面２１までの距離Ｌｂは、２ｍｍ以上、２＋Ｘｍｍ以下である。また、切欠き部２０の幅Ｗｂは、図１及び図２と同様に、０．０１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とされている。
The
図４に示すように、切欠き部２０の少なくとも先部には、母材の金属組織とは異なり、かつ、母材の金属組織よりも硬質な硬質組織Ｍが形成されている。この硬質組織Ｍは、図１及び図２で説明した硬質組織Ｍとほぼ同一の構成である。すなわち、硬質組織Ｍは、５０％以上、好ましくは８０％以上（１００％を含む）がマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織からなり、硬質組織Ｍの厚みＤｂは０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。また、硬質組織Ｍは、切欠き部２０を形成する際の熱によって形成された熱影響部であり、切欠き部２０をワイヤ放電加工によって形成する際の、入熱による温度上昇とその後の温度低下により形成される。
As shown in FIG. 4, a hard structure M, which is different from the metal structure of the base material and is harder than the metal structure of the base material, is formed at least at the front part of the
図３及び図４に示す試験片２によれば、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験を実施した場合に、切欠き部２０の先部を起点として安定して脆性き裂が生じるので、脆性き裂伝播停止特性を精度よく評価できる。
According to the test piece 2 shown in FIG. 3 and FIG. 4, when a Charpy impact test defined in JIS Z 2242 is performed, a brittle crack is stably generated starting from the tip of the
図５及び図６には、本実施形態の脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片の更に別の例を示す。図５に示す試験片３は、ＪＩＳ Ｚ ２２０２に規定されるように、長さ５５ｍｍ±０．６ｍｍで１辺が１０ｍｍ±０．０５ｍｍの長さ方向全体に亘って一様な正方形断面を有する角柱部Ｋよりなる。角柱部Ｋの前面３１に切欠き部３０が設けられている。切欠き部３０の形成箇所における高さは、図１〜図４の試験片１、２の場合とは異なり、１０±０．０５ｍｍである。本実施形態の試験片３は、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験に取付けて、通常のシャルピー衝撃試験片と同様にシャルピー衝撃試験に供される。
5 and 6 show still another example of a test piece for evaluating the brittle crack propagation stop characteristic of the present embodiment. The test piece 3 shown in FIG. 5 has a uniform square cross section over the entire length direction of 55 mm ± 0.6 mm and one side of 10 mm ± 0.05 mm as defined in JIS Z 2202. Consists of a prism portion K. A
図５に示す試験片３の切欠き部３０は、所謂Ｖノッチである。Ｖノッチの先端Ｐｃの開き角度γは４５°程度とされている。切欠き部３０の深さＬｃは２ｍｍ程度である。そして、試験片の高さが１０ｍｍ程度であるから、切欠き部３０の下側で脆性き裂を生じさせる領域として、試験片３の高さ方向の長さで８ｍｍほどの領域が確保される。このような切欠き部３０を有することにより、シャルピー衝撃試験時に切欠き部３０の先端Ｐｃを含んだその周辺の先部に応力集中を生じさせて、脆性き裂を容易に生じさせることができる。
The
図６に示すように、切欠き部３０の少なくとも先部には、母材の金属組織とは異なる硬質組織Ｍが形成されている。この硬質組織Ｍは、図１及び図２で説明した硬質組織Ｍとほぼ同一の構成である。すなわち、硬質組織Ｍは、５０％以上、好ましくは８０％以上（１００％を含む）がマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織からなり、硬質組織Ｍの厚みＤｃは０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。また、硬質組織Ｍは、切欠き部３０を形成する際の熱によって形成された熱影響部であり、切欠き部３０をワイヤ放電加工によって形成する際の、入熱による温度上昇とその後の温度低下により形成される。Ｖノッチ形状の切欠き部３０の先部に硬質組織Ｍを設けることで、より容易に脆性き裂を発生させることができる。なお、硬質組織Ｍは切欠き部３０の先部のみならず、切欠き部３０の側面部（図６中、一点鎖線で示す領域）に形成されていてもよい。
As shown in FIG. 6, a hard structure M different from the metal structure of the base material is formed at least at the front part of the
図５及び図６に示す試験片３０によれば、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験を実施した場合に、切欠き部３０の先部を起点として安定して脆性き裂が生じ、脆性き裂伝播停止特性を精度よく評価できる。
According to the
以上のように構成された試験片１、２，３を、切欠き部１０、２０、３０を前方に向けた状態でシャルピー衝撃試験機に取付ける。そして、切欠き部１０、２０、３０が形成された前面１１、２１、３１と反対の側面（背面１２、２２、３２）をハンマーで打撃して破断させることにより、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験を行う。こうして、破断に要した吸収エネルギー、衝撃値、破面率等から遷移温度を求めることで、厚鋼板の脆性き裂伝播停止特性（アレスト特性）を評価できる。
The
表１に示す日本海事協会規格「鋼船規則Ｋ編」に準じた鋼材を用いて、本発明の検討を行った。 The present invention was examined using steel materials conforming to the Standards of the Japan Maritime Association shown in Table 1 “Keeling Rules K”.
表１の鋼１〜１２から、図１に示す試験片、図５に示す試験片をそれぞれ採取して、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験機による標準シャルピー衝撃試験を実施した。
A test piece shown in FIG. 1 and a test piece shown in FIG. 5 were sampled from
なお、各試験片は、切欠き部をワイヤ放電加工によって形成したものと、切欠き部を機械加工によって形成したものをそれぞれ用意した。ワイヤ放電加工によって形成した切欠き部の先部には、表１のＡ欄に示すように、７０〜１００％がマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織からなる硬質組織Ｍが形成されていた。なお、表１のＢに示す数値は、母材のマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織の分率であり、機械加工によって形成した切欠き先部の組織分率は母材の組織分率(４５％以下)と同じであった。
また、試験片の金属組織の分率を測定する際、試験片の測定部を切断、研磨した後、ナイタール腐食液（２％硝酸＋９８％メチルアルコール）を用いて腐食した。その後、光学顕微鏡を用いて倍率５００倍で測定部のミクロ組織を観察し、マルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織の面積分率を測定した。
In addition, each test piece prepared the thing which formed the notch part by wire electrical discharge machining, and the thing which formed the notch part by machining, respectively. As shown in the column A of Table 1, 70 to 100% of the hard structure M composed of martensite, bainite, or a mixed structure thereof was formed at the tip of the notch formed by wire electric discharge machining. . In addition, the numerical value shown in B of Table 1 is the fraction of the base material martensite, bainite, or a mixed structure thereof, and the structure fraction of the notch tip formed by machining is the base material structure fraction. (45% or less).
Moreover, when measuring the fraction of the metal structure of the test piece, the measurement part of the test piece was cut and polished, and then corroded using a nital corrosion liquid (2% nitric acid + 98% methyl alcohol). Thereafter, the microstructure of the measurement part was observed using an optical microscope at a magnification of 500 times, and the area fraction of martensite, bainite, or a mixed structure thereof was measured.
各試験片について、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠して遷移曲線を求め、この遷移曲線から遷移温度を求めた。本実施例では、破面遷移温度を遷移温度として求めた。 About each test piece, the transition curve was calculated | required based on JISZ2242, and the transition temperature was calculated | required from this transition curve. In this example, the fracture surface transition temperature was determined as the transition temperature.
また、表１の鋼１〜１２について、ＥＳＳＯ試験を行い、脆性き裂伝搬停止特性Ｋｃａ値を求め、更に、脆性き裂伝搬停止特性Ｋｃａ値が６０００（Ｎ／ｍｍ１．５）となる温度ＴＫｃａ6000を求めた。
Further, the
各試験片について、ＥＳＳＯ試験により求めたＴＫｃａ6000と、シャルピー衝撃試験から求めた遷移温度との関係を、図７〜図１０に示す。図７は、図１に示す形状であって切欠き部をワイヤ放電加工法で形成した試験片の結果であり、図８は、図１に示す形状であって切欠き部を機械加工法で形成した試験片の結果である。また、図９は、図５に示す形状であって切欠き部をワイヤ放電加工法で形成した試験片の結果であり、図１０は、図５に示す形状であって切欠き部を図８と同様に機械加工法で形成した試験片の結果である。 About each test piece, the relationship between TKca6000 calculated | required by the ESSO test and the transition temperature calculated | required from the Charpy impact test is shown in FIGS. FIG. 7 shows the result of the test piece having the shape shown in FIG. 1 and the notch formed by wire electric discharge machining. FIG. 8 shows the shape shown in FIG. 1 and the notch by machining. It is the result of the formed test piece. 9 shows the result of the test piece having the shape shown in FIG. 5 and the notch formed by the wire electric discharge machining method, and FIG. 10 shows the shape shown in FIG. 5 and the notch shown in FIG. It is the result of the test piece formed by the machining method similarly to.
図７と図８とを比較すると、図７では、鋼の強度の違いにも関わらず、ＴＫｃａ6000と遷移温度との相関が高くなっており、シャルピー衝撃試験で求めた遷移温度からＴＫｃａ6000を精度よく推定可能であることがわかる。一方、図８では、ＴＫｃａ6000と遷移温度との相関がやや高いものの、鋼の強度の影響を受けており、鋼種によって脆性き裂の発生挙動が異なっているものと推測される。従って、シャルピー衝撃試験で求めた遷移温度からＴＫｃａ6000を推定するには、鋼強度の影響を考慮する必要がある。 When FIG. 7 is compared with FIG. 8, in FIG. 7, the correlation between TKca 6000 and the transition temperature is high regardless of the difference in strength of the steel, and TKca 6000 is accurately obtained from the transition temperature obtained by the Charpy impact test. It can be seen that it can be estimated. On the other hand, in FIG. 8, although the correlation between TKca6000 and the transition temperature is slightly high, it is presumed that the behavior of brittle cracks differs depending on the steel type due to the influence of steel strength. Therefore, in order to estimate TKca6000 from the transition temperature obtained by the Charpy impact test, it is necessary to consider the influence of steel strength.
次に、図９と図１０とを比較すると、図９では、鋼の強度の違いにも関わらず、ＴＫｃａ6000と遷移温度との相関が、図７ほど高くないが図８の場合よりは高くなっており、シャルピー衝撃試験で求めた遷移温度からＴＫｃａ6000を精度よく推定可能であることがわかる。一方、図１０では、ＴＫｃａ6000と遷移温度との相関が小さく、シャルピー衝撃試験で求めた遷移温度からＴＫｃａ6000を推定することは困難である。 Next, comparing FIG. 9 and FIG. 10, in FIG. 9, the correlation between TKca6000 and transition temperature is not as high as in FIG. It can be seen that TKca6000 can be accurately estimated from the transition temperature obtained by the Charpy impact test. On the other hand, in FIG. 10, the correlation between TKca6000 and the transition temperature is small, and it is difficult to estimate TKca6000 from the transition temperature obtained by the Charpy impact test.
以上のことから、切欠き部の先部に硬質組織を有する試験片では、シャルピー衝撃試験によって脆性き裂を安定して発生させることができ、脆性き裂伝搬停止特性を精度よく評価できることが分かる。 From the above, it can be seen that, in the specimen having a hard structure at the tip of the notch, a brittle crack can be stably generated by the Charpy impact test, and the brittle crack propagation stop characteristic can be evaluated with high accuracy. .
１、２、３…試験片、１１、２１、３１…前面、１０、２０、３０…切欠き部、Ｍ…硬質組織。 1, 2, 3 ... test piece, 11, 21, 31 ... front surface, 10, 20, 30 ... notch, M ... hard structure.
Claims (9)
シャルピー衝撃試験機に取付けられた状態において、前面の長さ方向の中央に切欠き部が設けられ、前記切欠き部の先部のみにおける金属組織が母材の金属組織とは異なる硬質組織で構成され、前記硬質組織の５０％以上がマルテンサイト、ベイナイト、またはこれらの混合組織からなることを特徴とする脆性き裂伝搬停止特性評価用の試験片。 A test piece used in a Charpy impact test specified in JIS Z 2242,
In the state attached to the Charpy impact tester, a notch is provided in the center in the longitudinal direction of the front surface, and the metal structure only at the tip of the notch is composed of a hard structure different from the metal structure of the base material. A test piece for evaluating brittle crack propagation stopping characteristics, wherein 50% or more of the hard structure is composed of martensite, bainite, or a mixed structure thereof.
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