專利名稱：鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法和鋼結(jié)構(gòu)物的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由拉伸強度大于等于600N/mm2的鋼材和/或該鋼材的焊接接頭形成的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，以及采用該方法的鋼結(jié)構(gòu)物的制造方法。
背景技術(shù)：
高拉力螺栓、曲軸等部件、船舶、橋梁、建筑物等結(jié)構(gòu)物等的鋼結(jié)構(gòu)物中存在的氫使鋼結(jié)構(gòu)物的韌性降低。
特別是，由于彎曲應力、拉伸應力作用而容易產(chǎn)生應力集中的部位，該鋼結(jié)構(gòu)物中存在的氫成為延遲破壞的原因，所以在過去，人們提出了鋼板的脫氫方法。
作為鋼中氫濃度的降低方法，實施熔融鋼的脫氣處理和澆鑄后的板(slab)的保溫，另外在軋制后，還進行鋼板的加熱保溫。
在連續(xù)鑄造的場合，為了還實現(xiàn)夾雜物去除和成分調(diào)整的目的，對許多熔融鋼進行脫氣處理，但是，脫氣處理主要采用RH脫氣法。
熔融鋼中的氫可通過延長該脫氣處理的時間而充分地降低，但是，如果處理時間延長，則處理成本增加，由于還有連續(xù)鑄造循環(huán)的時間制約，由此，脫氣處理的時間有限制。
氫濃度的更充分的降低可通過下述方式進行，該方式為將澆鑄剛結(jié)束后的板間隔開來重疊，用外罩覆蓋等來保溫，延長處于高溫狀態(tài)的時間，將板中的氫擴散到表面后排除。
在此場合，由于在較厚的板中，氫的擴散花費時間，故需要放置數(shù)天以上，另外，板的溫度降低。
近年，從能量的有效利用和制造工序的縮短的觀點來說，多采用在不進行冷卻的情況下，直接將剛澆鑄后的高溫的板調(diào)整到所需溫度，將其軋制到制品尺寸的熱裝(hot charging)，或者直接軋制。
在此場合，對于在鑄造過程中殘留于鋼中的氫，由于在未充分去除的狀態(tài)進行軋制，形成厚鋼板形狀，故如果在軋制后的冷卻過程中，在溫度高的期間釋放氫并使氫量減少，則產(chǎn)生氫造成的韌性降低，或延遲破壞的危險性增加。
由此，將軋制后的鋼板重疊而慢冷卻用的部位，以及加熱保溫設備，以及它們所需時間的增加等，工序上的問題無法避免(例如，參照JP特許3298519號文獻)。
另外，例如在US6171415號專利說明書中，公開有通過對焊接接頭部施加超聲波振動來提高疲勞強度的方法，但是，該文獻并沒有公開將超聲波振動用于延遲破壞防止的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于可解決上述那樣的已有技術(shù)的問題，提供可防止在鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分產(chǎn)生的延遲破壞的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，以及鋼結(jié)構(gòu)物的制造方法。
為了解決上述課題而進行了深入分析，其特征在于對該鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分的表面，實施用前端部的直徑為1～5mm的超聲波振動端子進行打擊的超聲波沖擊處理，由此，防止在鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分產(chǎn)生的延遲破壞。
另外，本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容如下所述。
(1)一種鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，上述鋼結(jié)構(gòu)物包括拉伸強度大于等于600N/mm2的鋼材和/或該鋼材的焊接接頭，其特征在于對該鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分的表面，實施用前端部的直徑為1～5mm的超聲波振動端子進行打擊的超聲波沖擊處理。
(2)上述(1)所述的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，其特征在于上述鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分是高拉力螺栓的頭部的接合部。
(3)上述(1)所述的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，其特征在于上述鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分是在承受拉伸應力的鋼板中設置的開孔的邊緣部分。
(4)上述(1)所述的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，其特征在于上述鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分是多個焊接線的交叉部。
(5)一種鋼結(jié)構(gòu)物的制造方法，通過焊接拉伸強度大于等于600N/mm2的鋼材來制造鋼結(jié)構(gòu)物，其特征在于采用上述(1)～(4)中任一項所述的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，來防止鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞。


圖1為表示將本發(fā)明的延遲破壞防止方法用于高拉力螺栓的實施例的圖。
圖2為表示將本發(fā)明的延遲破壞防止方法用于拉伸應力作用的鋼板的實施例的圖。
圖3為表示將本發(fā)明的延遲破壞防止方法用于多個焊接線的交叉部的實施例的圖。
圖4為詳細地表示圖3所示的多個焊接線的交叉部的圖。
具體實施形式下面根據(jù)圖1～4，對本發(fā)明的實施例進行具體說明。
(第1實施例)圖1表示將本發(fā)明的延遲破壞防止方法用于高拉力螺栓的實施例。
例如，若1000N/mm2級的高張力螺栓作用有反復荷載，則產(chǎn)生疲勞破壞。
該疲勞破壞的起點是被稱為“魚眼(fish eye)”的區(qū)域，該區(qū)域因位于夾雜物周邊的內(nèi)部應力，鋼材中存在的氫集中于夾雜物周邊，局部耐破壞特性變差，由在較小的反復應力下產(chǎn)生的裂紋形成。
該現(xiàn)象一般為800N/mm2以上的高強度鋼材中所呈現(xiàn)的現(xiàn)象，但是，在包含大量氫的焊接接頭中，有時即使為600N/mm2級的強度等級，也發(fā)生問題。
在鋼材中，存在許多夾雜物，有形成魚眼的起點的夾雜物、以及不形成起點的夾雜物。
本發(fā)明人在探明其原因時發(fā)現(xiàn)，是否形成魚眼的起點與鋼材和夾雜物的匹配性有關(guān)，在晶格等非匹配性較大的夾雜物中，形成魚眼的起點的較多。
另外，在通過X射線分析來測定內(nèi)部應力時判明，形成魚眼的起點的夾雜物的周邊，其內(nèi)部應力高于局部。
于是，在圖1中，對由格子花紋表示的地方的、高拉力螺栓的應力集中部分即頭部的接合部(根部)，實施用前端部的直徑為1～5mm的超聲波振動端子進行打擊的超聲波沖擊處理，由此，甚至在從鋼材的表面到3mm左右深度的范圍內(nèi)存在的內(nèi)部應力較高的TiN析出物的周邊，仍可消除內(nèi)部應力，不會形成魚眼的起點。
在這里，將超聲波振動端子的前端部的直徑定為1～5mm的原因在于，在小于1mm時，只相對從鋼材的表面到1mm左右深度的夾雜物，確認內(nèi)部應力的減小效果，另外，在超過5mm時，因過大而無法確實打擊應力集中部分。
(第2實施例)圖2表示將本發(fā)明的延遲破壞防止方法用于拉伸應力作用的鋼板的實施例。
例如，在作用有拉伸應力800N/mm2級的鋼板中，設置有圖2所示那樣的開孔的情況，在由格子花紋表示的開孔的邊緣部分產(chǎn)生應力集中，與第1實施例相同，氫集中于該應力集中存在的夾雜物處，使局部耐破壞特性變差，即使在較小的反復應力作用下，仍產(chǎn)生裂紋，形成魚眼。
于是，在圖2中，對由格子花紋表示的部位的開孔的邊緣部分，實施用前端部的直徑為1～5mm的超聲波振動端子進行打擊的超聲波沖擊處理，由此，甚至在從鋼材的表面到3mm左右的深度的范圍內(nèi)存在的內(nèi)部應力較高的TiN析出物的周邊，仍可消除內(nèi)部應力，不會形成魚眼的起點。
(第3實施例)圖3表示將本發(fā)明的延遲破壞防止方法用于多個焊接線的交叉部的實施例。
例如，在船體等的焊接結(jié)構(gòu)物中，象圖3所示的那樣，產(chǎn)生A與A’的多個焊接線交叉的部位。
由于焊接的加熱輸入重疊，所以該多個焊接線的交叉部變成殘留應力最高的部位，應力集中顯著。
如果拉伸應力作用于該應力集中部分，則氫集中于該周邊的夾雜物中，與第1和第2實施例相同，局部耐破壞特性變差，即使在小的反復應力下，仍產(chǎn)生裂紋，形成魚眼。
圖4為表示圖3的焊接線的交叉部的細部的圖。
在圖4中，對從由格子花紋所示的部位的焊接線的交叉部起，例如5mm以內(nèi)的范圍，實施用前端部的直徑為1～5mm的超聲波振動端子進行打擊的超聲波沖擊處理，由此，甚至在從鋼材的表面到3mm左右的深度的范圍內(nèi)存在的內(nèi)部應力高的TiN析出物的周邊，仍可消除內(nèi)部應力，不會形成魚眼的起點。
(第1～第3共同的實施例)本發(fā)明所采用的超聲波發(fā)生器的種類是沒有關(guān)系的，但最好采用下述裝置，其采用200W～3kW的電源，通過換能器產(chǎn)生19kHz～60kHz的超聲波振動，通過波導管進行放大，由此，按照20～60μm的振幅，使由φ1mm～5mm的銷形成的超聲波振動端子振動。
可將前述的第1～第3實施例所示的延遲破壞防止方法用于高拉力螺栓、曲軸等的部件、船舶、橋梁、建筑物等鋼結(jié)構(gòu)物，可以制造減緩應力集中部分的應力、且夾雜物不成為魚眼起點的鋼結(jié)構(gòu)物。
(實施例)對前述的第1～第3實施例給出的1000N/mm2級的高張力螺栓、具有開孔的800N/mm2級的鋼板、以及與多個焊接線的交叉部，實施用前端部的直徑為3mm的超聲波振動端子進行打擊的超聲波沖擊處理，即使在按照100萬次施加500N/mm2、4Hz的反復荷載的情況下，仍不產(chǎn)生延遲破壞造成的疲勞開裂。
另一方面，在不進行本發(fā)明的超聲波沖擊處理的場合，在500N/mm2，4Hz的反復荷載的負荷的條件下，在作用次數(shù)在10萬次以內(nèi)的場合，產(chǎn)生延遲破壞造成的疲勞開裂。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性按照本發(fā)明，由于可防止在鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分產(chǎn)生的延遲破壞，所以本發(fā)明是可有效用于鋼結(jié)構(gòu)物的制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，上述鋼結(jié)構(gòu)物包括拉伸強度大于等于600N/mm2的鋼材和/或該鋼材的焊接接頭，其特征在于，對該鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分的表面，實施用前端部的直徑為1～5mm的超聲波振動端子進行打擊的超聲波沖擊處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，其特征在于，上述鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分是高拉力螺栓的頭部的接合部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，其特征在于，上述鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分是在承受拉伸應力的鋼板中設置的開孔的邊緣部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，其特征在于，上述鋼結(jié)構(gòu)物的應力集中部分是多個焊接線的交叉部。
5.一種鋼結(jié)構(gòu)物的制造方法，焊接拉伸強度大于等于600N/mm2的鋼材來制造鋼結(jié)構(gòu)物，其特征在于，采用權(quán)利要求1～4中任一項所述的鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，來防止鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞。
全文摘要
本發(fā)明提供鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法和鋼結(jié)構(gòu)物的制造方法。鋼結(jié)構(gòu)物的延遲破壞防止方法，該鋼結(jié)構(gòu)物包括拉伸強度大于等于600N/mm
文檔編號C21D7/00GK1711365SQ20038010353
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者石川忠, 中島清孝, 野瀨哲郎 申請人:新日本制鐵株式會社