ノ /

なお， 残 留 応 力 は ，

Fig.6.6

に 示 す よ う な 二 重 引 張 試 験 片 の 脆 性 き 裂 伝 播 部 と 同 じ 大 き さ の 鋼 板 に お い て ， 初 期 切 欠 方 向 に 4箇 所 ( 二 重 引 張 試 験 に お い て 脆 性 き 裂 が 折 れ 曲 が っ た 付 近 ) を 計 測 し た 。 なお， 残 留 歪 の 解 放 は ， 歪 ゲ ー ジ

( ベ ー ス 直 径

:4mm)

の 周 開 を ホ ー ル ソ ー ( 内 筏

:10.2mm)

に よ っ て 板 厚 中 央 ま で 切 削 す る こ と に よ っ て 行 っ た 。

Strain Gage 

25 

LK zic oa r 

np u 

o ・11i

十﹂

a

c ‑ ‑

et 

' a

・

1

L

・

0 A ︐

. ︐

A' '' vr

・1・

1 n

rnuTム

f、、J

oo m 

Rolling Direction 

00門

の 異 方 性 が 影 響 し て い る の で は な い か と 考 え ら れ るⁿ

6 .   3 

二 相 域 圧 延 鋼 板 に お け る 破 壊 靭 性 の 鋼 板 面 内 異 方 性

6 .   3 .   1 

試 験 方 法

前 節 に お け る 検 討 の 結 果 ， 主 破 壊 が 発 生 す る 直 前 に 生 ず る ， セ バ レ ー シ ヨ ン は 薄 板 の 積 層 状 態 と な る 板 厚 効 果 の 影 響 に よ っ て

K

c aを 向 上 さ せ る ほ ど 大 き な も の で は な か っ た 。 ここで，

S Imax.

を 供 試 鋼 板 の 代 表 値 と し て 用 い る 場 合 に ， セ バ レ ー シ ヨ ン が 多 く 発 生 す る た め に

K c  a

が 向 上 す る と 誤 解 す る 可 能 性 が あ る が ，

S  1 m a x .

は 単 に セ パ レ ー シ ヨ ン 発 生 量 を 表 わ す 値 で は な く ， 二 相 域 圧 延 の 状 況 ( 圧下率， 仕 上 げ 圧 延 温 度 ) を 表 わ す こ と に 注 意 し て お く 必 要 が あ る 。

二 相 域 圧 延 鋼 板 に お い て 認 め ら れ る 脆 性 き 裂 の 折 れ 曲 が り 伝 播 の 原因は， 鋼 板 面 内 の 破 壊 靭 性 分 布 に 異 方 性 が 存 在 す る た め で は な い か と 推 察 さ れ た 。 こ の 面 内 破 壊 靭 性 分 布 の 異 方 性 に は ， 結 晶 粒 の 方 イ 立 が 大 き く 影 響 し て い る と 考 え ら れ ， 二 相 域 に お い て よ り 低 温 で 制 御 圧 延 す る ほ ど ， 鋼 板 面 内 破 壊 靭 性 の 分 布 に よ り 大 き な 奥 方 性 が 存 在 す る よ う に な る こ と が 推 察 さ れ る 。

Fig.4.29

に 示 し た よ う な シ ヤ ル ピ ー 衝 撃 試 験 か ら 求 め た u

T 

r S の 鋼 板 面 内 分 布 で は 直 接 破 壊 力 学 を 適 用 す る こ と が 困 難 な た め に ， 鋼

Rolling Direction 

板 面 内 の 破 壊 靭 性 分 布 を

C T 0 D  I

三2.5⁰

試 験 か ら 求 め た

o

c か ら

K

c を 算 出 す る こ と よ り 求 め た 。

Fig.6.8

に 示 す よ う に ， 鋼 板 商 内 の 3方 向 か ら 切 り 出 し た 試 験 片 を 用 い て

C T O D

試 験 を 行 っ た 。 なお，

Fig.4.29

か ら 面 内 靭 性 分 布 は 厳 密 に は

R 45

方 向 を 軸 と し た 対

RO(L)  dirccUon 亡二工二コ

Fig. 6.8  Sampling of CTOD test  specimen  in  the  several  directions 

称 と は な っ て い な い が ， L 方 向 と T 方 向 の uT r S に は 大 き な 差 異 は な い こ と ， また， L方 向 か ら R

45

方 向 ま で と R

45

方 向 か ら T方 向 ま で の 靭 性 分 布 は ， 非 常 に よ く 似 た 分 布 形 状 に な っ て い る こ と か ら ， 試 験 の 効 率 上 ，

L

， 

R 2 2

，  お よ び

R 45

方 向 の

3

方 向 に つ い て 試 験 し て， 他 の 方 向 は 試 験 結 果 か ら 対 称 条 件 を 用 い て 求 め た 。

‑ 1 3 2

^・

C T O D

試 験 は

BS5762

^6・7) に 基 づ い て 行 い ， 試 験 片 は 同 基 準 に お け る 補 助 試 験 片 を 用 い た 。 また， mouth  COD か ら CTOD へ の 換 算 に は，

BS5782

に よ る (

6 

.4) 式 を 用 い た 。

O c  

= 

^{O e}  

+ 

o p  

=  ^K 

² 

^(1‑

^{'v  2) /}  (2σ~E)

+ O.4(W‑a )V

p

/(O.4W+O.6a)  . (6.4) 

ただし， O e  O cの 弾 性 成 分 (m m) ，  O p  O cの 塑 性 成 分 (m m) 

K 

Y P / B 〆 w Y 

a/制 か ら 決 ま る 係 数

P 

破 壊 荷 重 (k g f) 

B 

試 験 片 板 厚 (m m) 

w 

試 験 片 幅 (m m)  _a  初 期 き 裂 長 さ ( m m) 

σν: 

試 験 温 度 に お け る 隣 伏 応 力 ( kgf/mm2 ) 

V p :  ク リ ッ プ ゲ ー ジ 変 位 の 塑 性 成 分 (m m) 

なお， 折 れ 曲 が っ た 脆 性 き 裂 破 面 の 脆 性 破 面 率 は

100

% で あ っ た こ とから， 鋼 板 商 内 の 破 壊 靭 性 分 布 を 求 め る た め の 試 験 結 果 は ， 破 壊 モ ー ド の タ イ プ

I

で 破 壊 す る 温 度 (‑

1  9 6

，  ‑

1  8 0

，  ‑

1  6  0  o c  

) の 結 果 の み を 用 い た 。 なお， 二 重

s f

張 試 験 に お い て は ，

C T 0 D

試 験 し た 温 度 よ り も 高 温 側 で 脆 性 き 裂 の 折 れ 曲 が り 現 象 が 発 生 す る 場 合 も あ るが， ^ー140⁰C以 上 の 温 度 域 で は ， セ バ レ ー シ ヨ ン が 発 生 す る た め に ， 試 験 片 は 破 壊 モ ー ド

V

で 破 壊 し て 真 の 破 壊 靭 性 が 得 ら れ な か っ た 。

そこで， 矢 島 ら 6・8) に よ っ て 提 案 さ れ て い る uT r S か ら Kc を 推 定 す る 相 関 式 を 用 い て 破 槙 靭 性 値 を 求 め る こ と に す る 。 こ の 推 定 式 は (

6  .  5 )

式 の よ う に 提 案 き れ て い る 。

K 

c 

= F ・ 5.60σν8 ・

exp { 

k o (1/σ= o

・

5 σ ν

日

[Ti  Ja=4o  ‑

1fT k)  } 

(  6  .  5 )  

ただし，

F  = 

K c，fatigue  cracked  n o t c h / Kc，machined  notch 

= 0.68 

ko=5.70 {σ= o  .  5σνo[T iJa=4o}  ‑ 170 

σ =  

ø ・ 5σ~ø[T

iJa=4o= (0.00321σ

川 +

0.391)uT 

rS 

+  2.74 v'

了 +

1 7  . 3   σνo 

: 公 称 降 伏 応 力 (kgf/mm2) 

T k : 温 度 (K ) 

6 .   3 .   2 

^{二 相 ;}域 圧 延 鋼 板 の 面 内 破 畷 靭 性 分 布

Fig.6.9

に，

A

銅 に お け る 鋼 板 商 内

3

方 向 の

C T O D

試 験 結 果 か ら 求 め た そ れ ぞ れ の 方 向 の

8

c を示す。 また，

Fig.6.10

に，

C

鯛 に お け る 鋼 板 商 内

3

方 向 の

C T O D

試 験 結 果 か ら 求 め た そ れ ぞ れ の 方 向 の

8

c を示す。

0.1  0.08 

e 0.06 

u  0.05 

句 0.04

H 

白=

ω  E u eパEmo L   003 0.02 

C凶5GCC3U   L 0.DI 

e 

0.008 

。

^{0 ( )}  

仁ぢのいJ 0 . 006  ⁰⁽⁾ 

0.005  ^@ 

。

_〉

叶にUeυ H F旬J u 4 0 0 0 4 

f)e 

@ 

@  0.003 

0.002 

e 

0() 

e 

。

_@ 

0.001 

‑200  ‑180  ‑160 

Temperature  CC) 

Fig.  6.9  Critical crack opening displaceー

ment in various directions of  Steel 

^ 

0.1  0.08 

"

、、

E

^J 、 0.06  0.05 

U 

叩 0.04 日

q J q L 1 i Q U ι U R J I

叫 内

J勺'h

n u n u n u n u n u n u n u n u n u  

‑nU円

u n u n u n u n u n u n u  

n u n u n u n u n u n u  

μロ

ω Eω υ ω

什仏

ω J _明

白∞

ロ刊

ロ

ω仏

O UA υ ω

しH

UJ [伺υ刊以門トa

HU

E  四

臼DJ百

日 _聞

回 四

回 目 四 E 

国

日 町

回

0.001 

‑180  Temperature (OC) 

‑160 

‑ 1 3 4 ‑

Fig.  6.10  Critical  crack opening displace‑

ment in  various directions of  Steel C 

こ れ ら の 図 に よ る と ， ‑

1 9 6

，  お よ び ‑

180  o c

に お い て は ，

A

，  お よ び

C

銅 と も 鋼 板 面 内 各 方 向 の

8

c に は あ ま り 大 き な 差 異 は 認 め ら れず， A銅 と C 銅 の 差 も 認 め ら れ な い 。 また， ‑

J60

⁰Cに お い て は ，

A

鋼 の 鋼 板 商 内 各 方 向 の

8

c に は ほ と ん ど 差 は な い が ，

C

鯛 の

8

c 

は，

RO

方 向 の み が

R 2 2

， 

R 4 5

方 向 に 比 べ て 大 き く な っ て い る こ と が わ か る 。

こ れ ら の 結 果 を 用 い て ， 小 規 模 降 伏 条 件 下 に お け る き 裂 関 口 変 位 量 と 破 壊 靭 性 傾 の 関 係 ( (6. 6) 式 6. 7 ) ) を 用 い て ， 8 c か ら Kc 

を 推 定 し た 。

‑200 

K c  =  v { 2  

σ νE Oc7  ( 1 ‑ v^{2) }}   ・・・ ( 

6  . 6 )  

ただし， σν: 試 験 温 度 に お け る 降 伏 応 力 (kgf/mm²) 

Fig.6.9

に 示 し た

A

鋼 に お け る 鋼 板 商 内

3

方 向 そ れ ぞ れ の

o

c を，

(  6  . 6 )

式 を 用 い て K c に 変 換 し て 求 め た 結 果 を ，

Fig.6.11

に示す。

さらに，

Fig.6.10

に 示 し た C 銅 に お け る 鋼 板 商 内 3方 向 の

o

c を，

(  6  . 6 )

式 を 用 い て Kc に 変 換 し た 結 果 を ，

Fig.6.12

に示す。

400 

350 

300 

ミ 250

、 ¥E 

百 200

ぷ

u 

:>d  150 

100 

50 

。

O) 

。 @ e 

@ 

‑200 

。 @ 、 。

0 0f) 

@ 

@ 

‑180  Temperature (OC) 

。

。 @

e 

。 ε~

‑160 

400 

350  _白

R22  E 

R45  四

日

EtJ 

町

S

^白bE'B ‑ 白 骨 四_ー 目 四 iil四!!! 

150  晶

日 E聞

町 四

100 

50 

。

‑200  ‑180  ‑160  Temperature (OC) 

Fig.  6.11  Kc for brittle  fracture initiation  Fig. 6.12  Kc  for brittle fracture initiation  in various directions of Steel A  in various directions of Steel C 

こ れ ら の 図 か ら ， 当 然 の こ と な が ら ， ‑

196  o c

，  お よ び ‑

180

⁰Cで は A鋼 や C鋼 の 面 内 K c 分 布 に 異 方 性 は 認 め ら れ な い が ， ‑

160

⁰C  に お け る C銅 の 面 内 K c 分 布 に は ， R O方 向 の み が 大 き く な る 異 方 性 が 認 め ら れ る 。

つぎに， ( 6 . 5) 式 Table 6.2  vTrS and estimated Kc at vTrS 

を 用 い て ， υ T  ^r S か ら K c を 推 定 す る 。

Fig.

4.29

から， こ の 推 定 式 に 用 い る

A

銅 と C 鋼 の 面 内 3方 向 の uT r S は，

Table6.2

に 示 す よ う に

Direction  to R.D. 

。

。

22.5⁰  45⁰ 

vTrS  (OC) 

‑91.5 

‑89.0 

‑76.5 

Steel A  Steel C 

Kc  vTrS  Kc 

(kgf/mm³/2)  (OC)  (kgf/mm³/2 ) 

573  ‑138.5  430 

582  ‑78.0  649 

623  ‑68.0  682 

なる。 また， こ の 表 に は (6 . 5) 式 に 代 入 し て 求 め た uT r S に お け る

K

c も 同 時 に 示 し で あ る 。 なお， ( 

6  .  5 )

式 か ら は ， 任 意 温 度 に お け る Kc を 推 定 す る こ と が で き る が ， こ こ で は ， u T r S に お け る

K c を 推 定 し た 。

‑ 1 3 5

^・

Fig.6.11とTable6.2の 結 果 に 最 小 二 乗 法 を 適 用して， A鯛 に お け る 鋼 板 面 内 3 方 向 の K c と 温 度 と の 関 係 、 を 求 め て， Fig.6.13に示す。

また， Fig.6.12とTable6.2の 結 果 に 最 小 二 乗 法 を 適 用 し て，

c

鍋 に お け る 鋼 板 商 内 3 方 向 の Kc と 混 度 と の 関 係 を 求 め て ， Fig.  6.14 

に示す。

1600 

1400 

1200 

ミ1000

、 ¥

E 

6b 800 

ぷ

u 600 

凶

400 

200 

一 戸

ゲμ '

形彰杉

。

‑200  ‑150  ‑100  ‑50 

Temperature (OC) 

Fig.  6.13  Relation between temperature and  Kc  in the several directions of  Steel A 

1600 

1400 

1200 

ぐ1000

w、

g 

、E 、

6b 800 

ぷ

ぷ600 400 

200 

。

‑200  ‑150  ‑100  ‑50 

Ter叩eratニure(OC) 

Fig. 6.14  Relation between temperature and  Kc in  the several directions of  Steel C 

こ れ ら の 図 か ら ，

c

鋼 に お い て ，

RO

方 向 (

L

方 向 ) の

K

^c の み が 他 の 2 方 向 の K c よ り も 大 き く な っ て お り ，

c

銅 の R 22，  お よ び R 45方 向 の K c は， A 鋼 の 各 方 向 の K c と ほ ぼ 間 程 度 で あ る こ と が わかる。

Fig.6.13に 示 し た A鋼 に お け る 鋼 板 商 内 各 方 向 の K c と 温 度 の 関 係から， A鋼 の 鋼 板 面 内 Kc の 分 布 を 20⁰Cごとに， Fig.6.15に 示 し た。 なお， こ の 分 布 曲 線 は ，

RO

方 向 か ら

R

45方 向 ま で の 試 験 結 果 に 最 小 二 乗 法 を 適 用 し て そ の 聞 の 分 布 曲 線 を 求 め ， さらに，

L

方 向 と

T

方 向 の u

T 

r S に 大 き な 差 異 は 認 め ら れ な か っ た こ と を 考 慮 し て ， 0⁰  ~ 45⁰ ま で の Kc に 対 称 条 件 を 適 用 し て 鋼 板 面 内 の 360⁰ の Kc 

分 布 と し て 示 し た も の で あ る 。

Fig.6.14に 示 し た C鋼 に お け る 鋼 板 面 内 各 方 向 の K^c と 温 度 の 関 係 か ら C鋼 の 鋼 板 面 内 Kc の 分 布 を 20⁰Cごとに， Fig.6.16に 示 し た 。

なお， こ の 分 布 曲 線 も ， Fig.6.15に 示 し た 分 布 曲 線 と 同 じ 方 法 で 求 め た も の で あ る 。

信136^・

こ れ ら の 図 か ら ， A r 3変 態 点 付 近 の 温 度 で 制 御 圧 延 を 終 了 し た A 鋼には， 鋼 板 面 内 各 方 向 の Kc に 大 き な 差 異 は 認 め ら れ な い が ， 相 域 の 低 い 温 度 域 で 制 御 圧 延 し た C 鋼には， L 方 向 と T 方 向 の K c 

の み が 非 常 に 大 き く な る 異 方 性 が 存 在 し て い る こ と が わ か る 。 また，

C

鋼 の

R 45

方 向 の

K c

は，

A

鋼 の

L

方 向 や

R 45

方 向 の

K c

と ほ と ん ど 同 じ で あ り ， 従 来 報 告 さ れ て い る よ う な 二 相 域 圧 延 鋼 板

R 45

方 向 の 破 壊 靭 性 が 劣 化 す る と い う 結 果 は 認 め ら れ な い 。 なお，

R  45

方 向 の

K c

に 対 す る

L

方 向 の

K c

の 増 加 の 割 合 を 面 内

K c

の 異 方 性 率 と すると， 本 章 で 供 試 し た 鋼 板 の 面 内

K

c の 異 方 性 率 は ， ‑

160

⁰

C

に おいて，

A

銅 は

0%

，

c

鋼 は

38

% で あ り ， ‑

80

⁰

C

に お い て は ，

A

鋼 は

10

%， 

C

鋼 は

125

% で あ っ た 。

90⁰ 

o n u

︑Ej  

n u 

pu

 

〆'

E¥ _{n u} ︑ ︑ ︐ ノ

 

nk ft¥ ︒

nu  

O ヤu

n e m .︑ic e P 

Qu  

f o  90⁰ 

R_o11i¥¥包

Fig.  6.15  Distribution of Kc for Steel A 

‑ 1 3 7

・

90⁰ 

o n

U 

︑ ︑ ︐ ︐ ︐ ︐

hu

‑  

D HU  

/EK 

︑ ︑

︐ノ

n u  

nk  

︐︐

︐ ︑

︑︒ハU

90⁰ 

O ヤ レ

n e m 

‑ ‑

c e 

ny  

Qu 

f o 

"R_o1‑1‑^iれも

Fig.  6.16  Distribution of  Kc for Steel C 

6 .   4 

面 内 破 壊 靭 性 分 布 に 異 方 性 を 有 す る 鋼 板 の 脆 性 き 裂 発 生 方 向 を 推 定 す る 方 法 の 提 案

6.  4.  1 

脆 性 き 裂 発 生 条 件 と き 裂 発 生 方 向 を 推 定 す る た め の 解 析 モ デ ル

6 .   3

で 考 察 し た よ う に ， 二 相 域 の 低 い 温 度 域 で 制 御 圧 延 し た 鋼 板 で は ， 鋼 板 面 内 の

K

c 分 布 に 異 方 性 が 存 在 し た 。 また，

6.  2. 

3で 調 査 し た よ う に ， 二 相 域 の 低 い 温 度 域 で 制 御 圧 延 し た 鋼 板 (

c 

鋼 ) を 二 重 引 張 試 験 し た 場 合 に ，

L

方 向 試 験 片 で は ， 脆 性 き 裂 は 初 期 切 欠 方 向 に 対 し で あ る 角 度 で 発 生 し ，

R 45

方 向 試 験 片 で は 脆 性 き

ー

1 3 8 ‑

裂 は 初 期 切 欠 方 向 に 発 生 し た 。

し た が っ て ， 本 節 で は ， 鋼 板 面 内 の 破 壊 靭 性 に 異 方 性 が 存 在 す る 場 合 に お い て ， 腕 性 き 裂 が 発 生 す る 条 件 と き 裂 発 生 方 向 を 推 定 す る 方 法 に つ い て 検 討 す る 。

鋼 板 面 内 に ヤ ン グ 率 ， ポ ア ソ ン 比 に 異 方 性 が な い 場 合 に は ， 鋼 板 に 破 壊 靭 性 の 異 方 性 が 存 在 し た と し て も き 裂 先 端 近 傍 の 弾 性 学 的 応 力 分 布 は 等 方 性 の 鋼 板 の そ れ と ま っ た く 同 じ で あ る 。 等 方 性 材 料 の 場合に， 応 力 拡 大 係 数 (K ) が 破 壊 靭 性 値 (K c : ど の 方 向 も 同 じ 破 壊 靭 性 値 を 有 す る と 仮 定 ) に な っ た 時 点 で 脆 性 破 壊 を 生 じ る と し て い る の は ， 試 験 片 形 状 ， 負 荷 形 式 な ど が 異 な る 物 体 で も ， き 裂 先 端 近 傍 で は 合 同 の 応 力 分 布 を 有 し て お り ， 一 方 が 破 喫 し た と す る と 他 方 も 同 じ K値 で あ る な ら ば ， き 裂 先 端 近 傍 だ け に 着 目 す れ ば 破 壊 に 対 す る 可 能 性 は 同 じ で あ ろ う と 考 え ら れ る こ と に よ る 。 し た が っ て， 等 方 性 鋼 板 で は き 裂 先 端 で の

K

c 分 布 は ど の 方 向 も 等 し い た め に， 応 力 分 布 が 大 き い 方 向 ( 引 張 応 力 の み が 作 用 す る 場 合 に は き 裂 方 向 が 最 大 と な る ) に 発 生 す る 。 と こ ろ が ， 本 章 で 対 象 と し て い る よ う な 鋼 板 面 内 の 破 壊 靭 性 分 布 に 大 き な 異 方 性 が 存 在 す る 鋼 板 に お け る き 裂 発 生 方 向 に は ， き 裂 先 端 回 り に お け る 応 力 分 布 だ け で な く ， 鋼 板 面 内 破 壊 靭 性 分 布 が 大 き く 影 響 す る も の と 考 え ら れ ， こ れ ら の 相 互 関 係 に よ っ て 発 生 方 向 が 決 ま る も の と 考 え ら れ る 。

そこで， 鋼 板 面 内 破 壊 靭 性 分 布 に 大 き な 異 方 性 が 存 在 す る 鋼 板 の L方 向 に お い て ， き 裂 発 生 条 件 ， お よ び き 裂 発 生 方 向 を 推 定 す る 場 合には， き 裂 先 端 回 り に お け る 応 力 の 変 化 を ， き 裂 先 端 方 向 の 応 力 で 除 し て 求 め た 応 力 変 化 率 (kσθ( 

e)  )

を 用 い る こ と に す る 。 こ の kσθ (

e  )

を， 等 方 性 鋼 板 に 対 す る 応 力 拡 大 係 数 (K ) に (6 . 7)  式 の よ う に 考 慮 し た き 裂 先 端 回 り の 応 力 変 化 率 係 数 (Kk ( e ) )   を 仮 定 し ， K k  (e) に よ っ て ， き 裂 発 生 条 件 と き 裂 発 生 方 向 を 推 定 す る こ と に す る 。 なお， 。は， き 裂 先 端 に お い て き 裂 方 向 を 0⁰ とし， 反 時 計 図 り を 正 と す る 角 度 で あ る 。 ま た ， kσθ ( 

e  )

を 求 め る た め の き 裂 先 端 回 り の 応 力 分 布 は ， き 裂 先 端 を 中 心 と す る 半 径 方 向 ( き 裂 が 発 生 す る 可 能 性 が あ る 方 向 ) に 対 し て 引 張 応 力 と し て 作 用 す る 周 方 向 の 応 力 (σθ) を 評 価 の 対 象 と し た 。

K k  

(e) 

=kσθ( 

e)  ・ 

K 

(  6  .  7  ) 

‑ 1 3 9 ‑

ドキュメント内 セパレーションを発生する鋼板の鋼構造物への適用 に関する基礎研究 (ページ 51-62)