高力ボルトの脆性破壊の原因を簡単に紹介

1 材料上の欠陥

鋼中の炭素、硫黄、リン、酸素、窒素、水素などの元素の含有量が多すぎると、鋼の塑性と靭性が著しく低下し、それに応じて脆性が増加します。

鋼中の炭素含有量が増加すると、鋼の脆化転移温度が上昇します。 炭素含有量が増加すると、鋼の最大チャピー衝撃値は大幅に減少します。 チェーベ衝撃値と試験温度

度数曲線の勾配は緩やかになる傾向があり、脆性転移温度は大幅に上昇します。 鋼中のリン含有量が増加すると、粒界破壊応力が減少し、脆性転移温度が上昇します。 リンを0.1％を超えて含有すると、粒界破壊応力が低下する。 鋼の脆性転移温度に対するリンの影響は、リン含有量の増加とともに増加し、鋼の脆性転移温度は上昇します。 硫黄とリンの存在は、鋼の破壊靱性に対して悪影響を及ぼします。 硫黄とリンの含有量が増加すると、鋼の K1C 値は減少します。 硫黄とリンの含有量が増加すると、鋼の K1C が減少し、硫黄の有害性が高まります。

鋼中のマンガンの存在は、鋼の脆性を改善するのに役立ちます。 マンガンと炭素の比率が増加すると、炭素とリンの有害な影響が減少し、鋼の脆化転移温度が大幅に低下します。 （ガイド：各種ガスケットの簡単な紹介）

硫黄とリンは鋼の破壊靱性を低下させます。 主な理由は 2 つあります。 ①本来のオーステナイト粒界に濃化し、製品境界の脆化を促進します。 ②硫黄の化学反応によりMnSが生成され、母相中に脆性微小亀裂が形成されます。 コアにより微小亀裂の核発生源が増加し、脆性破壊が発生しやすくなります。

鋼中の硫黄とリンの含有量を減らすことは、鋼、特に超高張力鋼の破壊靱性を向上させる重要な方法です。 適切な製錬方法を選択することは、鋼の純度を向上させる最も直接的かつ簡単な方法です。 真空精錬は通常の電気炉製鋼に比べて鋼の純度を高めることができます。 超高張力鋼では、通常、真空消耗式炉（または真空アーク炉）が使用されます。 炉）再溶解して鋼中の不純物と偏析を減らし、鋼の破壊靱性を向上させます。 すべての先進工業国は硫黄とリンの含有量に対する規制を緩和しており、一般に0.06%未満に制限されていますが、我が国の大手製鉄所で生産される鉄鋼の偏在は依然として深刻です。 品質が不安定です。 偏析に影響を与える要因（鉄鉱石成分、製鋼方法、鋼塊サイズ、製錬技術など）のうち、主な原因は製鋼方法と製錬技術です。 偏析が大きいと熱間脆化、冷間脆化、亀裂、疲労等の原因となります。 一連の質問。

2 応力集中

鋼の特定の部分に応力集中があると、同じ数の 2 次元または 3 次元の応力場が現れ、材料が塑性状態に入りにくくなり、脆性破壊が発生します。 応力集中が深刻であればあるほど、鋼の塑性は低下し、脆性破壊の危険性が高まります。 鋼構造またはコンポーネントの応力集中は、主に構造の詳細に関係します。：

3使用環境

ボルトがより大きな動的荷重にさらされる場合、またはより低い周囲温度で作業される場合、ボルトが脆性破壊する可能性が高くなります。

0℃を超えて温度が上昇すると、鋼の強度と弾性率が変化します。 一般に、強度は低下し、可塑性は増加します。 200℃以内であれば鋼の性能はあまり変化しません。 しかし、鋼の引張強さは約250℃で反発し、fyが大幅に向上し、塑性や衝撃靱性が低下し、いわゆる青脆性が発生します。 このとき、熱間加工された鋼材には亀裂が発生しやすくなります。 温度が 600℃ に達し、E がゼロに近づくと、鋼構造はその支持力をほぼ完全に失います。

温度が0℃以下の場合、温度が低下するにつれて鋼の強度はわずかに増加しますが、延性は低下し、脆性が増加します。 特に温度が一定の温度域まで低下すると、鋼の衝撃靱性値が急激に低下し、低温脆性破壊が発生します。 低温での鋼構造物の脆性破壊は通常低温冷間脆性と呼ばれ、発生する亀裂は低温亀裂と呼ばれます。

4積載率の影響

多くの実験により、荷重率が高いと材料の脆性破壊のリスクが高まることが示されており、その効果は温度を下げることと同等であると一般に考えられています。 変形率が増加すると、材料の降伏強度が増加します。 その理由は、材料が塑性変形や滑りを起こすのが遅すぎるため、転位が拘束や滑りを取り除くのに必要な熱活性化時間が短縮され、脆性転移温度が上昇するためです。 そのため脆性破壊が生じやすいのです。 試験片にノッチがある場合、ひずみ速度の影響がより顕著になります。 脆性亀裂が発生すると、亀裂先端に重大な応力集中が生じます。 この応力の突然の増加は、非常に高い荷重率の荷重に相当し、亀裂が急速に不安定化して拡大し、最終的には構造全体の脆性破壊を引き起こします。

要約すると、材料欠陥、応力集中、使用環境、荷重速度が脆性破壊に影響を与える主な要因であり、応力集中が特に重要です。 ここで、応力集中は一般的に鋼構造の静極限支持力には影響せず、その影響は通常設計では考慮されないことに言及する価値があります。 ただし、動的荷重、重大な応力集中、材料欠陥、残留応力、冷却硬化、低温環境などが作用する場合には、 脆性破壊の根本的な原因となることがよくあります。

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