Mechanism of delayed fracture in fail-safe steel with an ultrafine elongated grain structure

超细拉长晶粒结构失效安全钢的延迟断裂机制

基本信息

批准号：
19H02468
负责人：
木村勇次
金额：
$ 11.15万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H02468/
关键词：
構造・機能材料材料加工・処理鉄鋼材料水素脆化

项目摘要

本研究では、「部材の一部が破壊・破損しても所定の荷重以下であれば部材そのものは完全に破断しない」というフェールセーフ機能を有する鋼（フェールセーフ（FS）鋼）の遅れ破壊挙動の解明を目的とする。今年度は、0.4%C-2%Si-1%Cr-1%Mo鋼材を用いて量産試作した1800 MPa級FS材および調質材のボルト型環状切欠試験片の締付け体について、昨年度末からつくば市の物質・材料研究機構内の暴露場で開始した大気暴露実験を2023年2月まで継続した。これら試験体の遅れ破壊挙動を観察するとともに、定期的に試験体を回収し、遅れ破壊と水素侵入挙動の関係を調査した。また、ラボで、同ボルト型環状切欠試験片の締付け体の浸漬実験も実施した。定期的に回収した試験体と浸漬実験した試験体については、引張試験を実施して試験体の損傷状態を調査した。これらすべての試験体は水素の侵入経路の調査のために、細かく分割して、その分割部位ごとで水素量を測定した。その結果、遅れ破壊には水素侵入が要因であるものの、ラボでの水素チャージ法による水素脆化試験法で想定される許容水素量（平均水素量）よりも少ない水素量で遅れ破壊が発生することが確認された。すなわち、これは、切欠部表層部から応力集中部に局所的に侵入する水素が遅れ破壊を引き起こすことを示唆するものであった。さらに2020年3月から日本ウェザリングテストセンター宮古島試験場で開始した2000 MPa級FSボルト締付け体の大気暴露実験については、2021年6月にボルト1本の遅れ破壊が確認された後は破断が確認されておらず、継続中である。

在这项研究中，我们研究了钢（故障安全（FS）钢）的延迟断裂行为，其具有故障安全功能，即“即使构件的一部分断裂或断裂，构件本身也不会完全断裂”。如果负载低于预定负载，则断裂。”目的是阐明从上财年末开始，本财年，我们将致力于1800MPa级FS材料和回火材料的螺栓形环形缺口试件的紧固体的研究，该试件使用0.4%C-2%Si进行量产-1%Cr-1%Mo钢。在筑波市国立材料科学研究所内的暴露场开始的大气暴露实验一直持续到2023年2月。除了观察这些试样的延迟断裂行为外，还定期收集样本以研究延迟断裂与氢渗透行为之间的关系。另外，在实验室中使用同一螺栓形环形缺口试件的夹紧体进行了浸入实验。对于定期收集的试验片和进行了浸渍实验的试验片，进行拉伸试验，调查试验片的损伤状态。将所有这些样品分成小块以研究氢侵入路径，并测量每个分割部分的氢量。结果，虽然氢侵入是延迟断裂的一个因素，但是在氢量低于在实验室使用充氢法的氢脆试验方法中预期的允许氢量（平均氢量）的情况下发生延迟断裂。这得到了证实。换句话说，这表明氢从缺口表层局部渗入应力集中区域导致了延迟断裂。此外，关于2020年3月在日本耐候试验中心宫古岛试验场开始的2000MPa级FS螺栓体的大气暴露实验，于2021年6月确认了1根螺栓的延迟断裂，之后确认尚未发生断裂。。