忘備録＞遅れ破壊の原因

遅れ破壊の発生原因：事例を交えてより詳しく解説

遅れ破壊は、高強度鋼において、一見すると安全に見える応力下で、時間が経過した後に突然脆性破壊が生じる現象です。その主たる原因は「水素脆性」ですが、他の要因も複合的に絡み合って発生します。以下、具体的な事例を交えながら、遅れ破壊の発生原因を詳しく解説します。

1. 水素脆性：鋼材を蝕む「見えない敵」

水素脆性は、鋼材中に侵入した水素原子が、材料の強度や延性を低下させる現象です。高強度鋼は、その微細組織の特徴から水素脆化の影響を受けやすく、遅れ破壊の主要な原因となります。

• 事例1：ボルトの破断 高強度ボルトが、設計荷重よりもはるかに低い応力で、使用開始から数ヶ月後に突然破断した事例が報告されています。破断面を観察すると、水素脆化の特徴である脆性的な破面が見られ、ボルトの表面処理過程で侵入した水素が原因と推定されました。

• 事例2：溶接部の割れ 溶接部は、溶接時の熱や変形により残留応力や水素が蓄積しやすく、遅れ破壊が発生しやすい箇所です。特に、高強度鋼を用いた溶接構造物では、溶接後の水素処理が不十分な場合、遅れ破壊のリスクが高まります。

2. 複合要因：水素脆性を加速させる「共犯者たち」

水素脆性に加え、以下の要因が複合的に作用することで、遅れ破壊のリスクはさらに高まります。

• 残留応力

  • 事例：曲げ加工後の鋼板の割れ 曲げ加工により鋼板内部に残留応力が発生し、水素脆化と相まって遅れ破壊が生じた事例があります。特に、高強度鋼では、曲げ加工後の応力除去焼鈍が不十分な場合、遅れ破壊のリスクが高まります。

• 応力集中

  • 事例：切欠き部からの亀裂進展 切欠き部や穴などの形状変化部では、応力集中が生じやすく、亀裂発生の起点となります。水素が存在すると、これらの応力集中部での亀裂進展が加速され、遅れ破壊につながります。

• 材料強度

  • 事例：高強度鋼と低強度鋼の比較 同じ環境下で、高強度鋼と低強度鋼を比較すると、高強度鋼の方が遅れ破壊を起こしやすい傾向があります。これは、高強度鋼では、水素の侵入を抑制する組織が少ないためと考えられています。

• 環境

  • 事例：海洋環境での腐食と水素脆化 海洋環境では、塩分や湿気により鋼材の腐食が促進され、同時に水素が発生しやすくなります。腐食と水素脆化が相互に作用することで、遅れ破壊のリスクが高まります。

遅れ破壊の特徴：静かなる脅威

• 時間依存性: 遅れ破壊は、応力印加後、数時間から数ヶ月、場合によっては数年後に発生することもあります。

• 脆性破壊: 遅れ破壊は、ほとんど塑性変形を伴わずに発生するため、事前に予知することが困難です。

• 高強度材料での発生: 遅れ破壊は、主に高強度鋼で発生します。

まとめ：遅れ破壊を防ぐために

遅れ破壊は、水素脆性だけでなく、様々な要因が複雑に絡み合って発生する現象です。遅れ破壊を防止するためには、

• 水素脆化対策：材料の改良、表面処理、水素侵入防止など

• 残留応力の低減：適切な熱処理、応力除去加工など

• 応力集中の緩和：設計の工夫、表面仕上げの改善など

• 適切な材料選択：使用環境に応じた材料強度・耐食性の選択

• 環境制御：防食対策、水素発生源の除去など

これらの対策を総合的に実施することが重要です。

Causes of delayed fracture: A more detailed explanation with examples

Delayed fracture is a phenomenon in which brittle fracture suddenly occurs after a period of time in high-strength steel under stress that appears safe at first glance. The main cause is "hydrogen embrittlement," but other factors also occur in a complex manner. Below, we will explain the causes of delayed fracture in detail with specific examples.

1. Hydrogen embrittlement: The "invisible enemy" that eats away at steel

Hydrogen embrittlement is a phenomenon in which hydrogen atoms that have penetrated into steel reduce the strength and ductility of the material. High-strength steel is susceptible to hydrogen embrittlement due to the characteristics of its microstructure, and is the main cause of delayed fracture.

Example 1: Bolt fracture Cases have been reported in which high-strength bolts suddenly broke several months after they were first used, at stresses far lower than the design load. When the fracture surface was observed, a brittle fracture surface, which is characteristic of hydrogen embrittlement, was observed, and it was presumed that the cause was hydrogen that had penetrated during the bolt's surface treatment process.

Case 2: Cracks in welds Residual stress and hydrogen are likely to accumulate in welds due to heat and deformation during welding, making them prone to delayed fracture. In particular, in welded structures made of high-strength steel, the risk of delayed fracture increases if hydrogen treatment after welding is insufficient.

1. Complex factors: "Accomplices" that accelerate hydrogen embrittlement

In addition to hydrogen embrittlement, the risk of delayed fracture increases further when the following factors act in combination.

Residual stress

Case: Cracks in steel plate after bending There have been cases where residual stress was generated inside the steel plate by bending, which, combined with hydrogen embrittlement, caused delayed fracture. In particular, in high-strength steel, the risk of delayed fracture increases if stress relief annealing after bending is insufficient.

Stress concentration

Case: Crack propagation from a notch Stress concentration is likely to occur in notches, holes, and other shape changes, which become the starting point for cracks. The presence of hydrogen accelerates crack propagation in these stress concentration areas, leading to delayed fracture.

Material strength

Example: Comparison of high-strength steel and low-strength steel When comparing high-strength steel and low-strength steel in the same environment, high-strength steel is more likely to cause delayed fracture. This is thought to be because high-strength steel has less structure that inhibits hydrogen penetration.

Environment

Example: Corrosion and hydrogen embrittlement in marine environments In marine environments, salt and moisture promote corrosion of steel materials and at the same time make it easier for hydrogen to be generated. The interaction between corrosion and hydrogen embrittlement increases the risk of delayed fracture.

Characteristics of delayed fracture: A silent threat

Time dependence: Delayed fracture can occur several hours to several months, or even several years, after stress is applied.

Brittle fracture: Delayed fracture occurs with almost no plastic deformation, making it difficult to predict in advance.

Occurrence in high-strength materials: Delayed fracture mainly occurs in high-strength steel.

Summary: To prevent delayed fracture

Delayed fracture is a phenomenon that occurs not only due to hydrogen embrittlement, but also due to a complex interaction of various factors. To prevent delayed fracture, it is important to implement the following measures comprehensively:

Hydrogen embrittlement countermeasures: material improvement, surface treatment, prevention of hydrogen penetration, etc.

Reducing residual stress: appropriate heat treatment, stress relief processing, etc.

Reducing stress concentration: design innovation, improved surface finish, etc.

Selecting appropriate materials: selecting materials with strength and corrosion resistance appropriate to the usage environment

Environmental control: corrosion prevention measures, removal of hydrogen sources, etc.

It is important to implement these countermeasures comprehensively.

지연 파괴의 발생 원인 : 사례를 섞어 더 자세히 설명

지연 파괴는 고강도 강에서 언뜻 보면 안전하게 보이는 응력 하에서 시간이 경과한 후에 갑자기 취성 파괴가 발생하는 현상입니다. 그 주요 원인은 "수소 취성"이지만 다른 요인도 복합적으로 얽혀 발생합니다. 이하, 구체적인 사례를 섞으면서, 지연 파괴의 발생 원인을 상세히 설명합니다.

1. 수소 취성 : 강재를 부식하는 "보이지 않는 적"

수소 취성은 강재 중에 침입한 수소 원자가 재료의 강도나 연성을 저하시키는 현상입니다. 고강도 강철은 미세 조직의 특징으로부터 수소 취화의 영향을 받기 쉽고, 지연 파괴의 주요 원인이 됩니다.

사례 1: 볼트 파단 고강도 볼트가 설계 하중보다 훨씬 낮은 응력으로, 사용 개시로부터 수개월 후에 갑자기 파단한 사례가 보고되었습니다. 파단면을 관찰하면, 수소 취화의 특징인 취성적인 파면을 볼 수 있고, 볼트의 표면 처리 과정에서 침입한 수소가 원인으로 추정되었다.

사례 2：용접부의 균열 용접부는, 용접시의 열이나 변형에 의해 잔류 응력이나 수소가 축적하기 쉽고, 지연 파괴가 발생하기 쉬운 부분입니다. 특히 고강도강을 이용한 용접구조물에서는 용접 후의 수소처리가 불충분한 경우 지연파괴의 위험이 높아진다.

1. 복합요인 : 수소취성을 가속시키는 '공범자들'

수소 취성 외에도 다음 요소가 복합적으로 작용하여 지연 파괴의 위험이 더욱 커집니다.

잔류 응력

사례 : 굽힘 가공 후의 강판의 균열 굽힘 가공에 의해 강판 내부에 잔류 응력이 발생하여 수소 취화와 함께 지연 파괴가 발생한 사례가 있습니다. 특히, 고강도 강에서는 굽힘 가공 후 응력 제거 어닐링이 불충분한 경우 지연 파괴의 위험이 높아집니다.

응력 집중

사례: 노치부에서의 균열 진전 노치부나 구멍 등의 형상변화부에서는 응력 집중이 생기기 쉽고, 균열 발생의 기점이 됩니다. 수소가 존재하면 이러한 응력 집중에서 균열 진전이 가속되어 지연 파괴로 이어집니다.

재료 강도

사례：고강도강과 저강도강의 비교 같은 환경하에서 고강도강과 저강도강을 비교하면 고강도강이 지연 파괴를 일으키기 쉽다. 이는 고강도강에서는 수소의 침입을 억제하는 조직이 적기 때문이라고 생각되고 있습니다.

환경

사례 : 해양 환경에서의 부식과 수소 취화 해양 환경에서는 염분과 습기에 의해 강재의 부식이 촉진되고 동시에 수소가 발생하기 쉬워집니다. 부식과 수소 취화가 상호 작용하여 지연 파괴의 위험이 증가합니다.

지연 파괴의 특징: 조용한 위협

시간 의존성: 지연 파괴는 응력 인가 후 몇 시간에서 수개월, 때로는 몇 년 후에 발생할 수 있습니다.

취성 파괴: 지연 파괴는 거의 소성 변형 없이 발생하기 때문에 사전에 예측하기가 어렵습니다.

고강도 재료에서 발생 : 지연 파괴는 주로 고강도 강에서 발생합니다.

요약: 지연 파괴를 방지하기 위해

지연 파괴는 수소 취성뿐만 아니라 다양한 요인이 복잡하게 얽혀 발생하는 현상입니다. 지연 파괴를 방지하기 위해,

수소 취화 대책 : 재료 개량, 표면 처리, 수소 침입 방지 등

잔류 응력 감소: 적절한 열처리, 응력 제거 가공 등

응력 집중 완화 : 설계 궁리, 표면 마무리 개선 등

적절한 재료 선택 : 사용 환경에 따라 재료 강도 및 내식성 선택

환경제어:방식 대책, 수소 발생원의 제거 등

이러한 대책을 종합적으로 실시하는 것이 중요합니다.

迟发性骨折的原因：更详细的举例说明

延迟断裂是高强度钢在看似安全的应力作用下经过一段时间后突然发生脆性断裂的现象。主要原因是“氢脆”，但也涉及其他因素。下面，我们将通过具体的例子来详细解释延迟故障的原因。

1、氢脆：腐蚀钢铁材料的“隐形敌人”

氢脆是进入钢材的氢原子降低材料的强度和延展性的现象。高强度钢由于其微观结构特征而容易产生氢脆，这是延迟断裂的主要原因。

案例1：螺栓断裂 有报告称，高强度螺栓在远低于设计载荷的应力下使用几个月后突然断裂。观察断裂面，发现断裂面呈脆性，这是氢脆的特征，推测其原因是在表面处理过程中进入螺栓的氢气。

案例2：焊接件裂纹焊接件由于焊接时的热量和变形，容易积聚残余应力和氢气，容易产生延迟断裂。特别是在高强度钢的焊接结构中，如果焊后氢处理不充分，延迟断裂的风险就会增加。

2、复杂因素：加速氢脆的“帮凶”

除了氢脆之外，以下因素共同作用，进一步增加了延迟断裂的风险。

残余应力

案例研究：钢板弯曲后的裂纹 有时，钢板因弯曲而在内部产生残余应力，与氢脆相结合，导致延迟断裂。特别是对于高强度钢，如果弯曲后的去应力退火不充分，则延迟断裂的风险会增加。

应力集中

例： 裂纹从缺口处扩展，应力集中容易发生在缺口、孔等形状变化的部位，成为裂纹的起点。氢的存在加速了这些应力集中区域的裂纹扩展，导致延迟断裂。

材料强度

例：高强度钢和低强度钢的比较 在相同环境下比较高强度钢和低强度钢时，高强度钢往往更容易发生延迟断裂。这被认为是因为高强度钢具有较少的抑制氢渗透的结构。

环境

案例研究：海洋环境中的腐蚀与氢脆在海洋环境中，盐分和水分会加速钢材的腐蚀，同时容易产生氢气。腐蚀和氢脆的相互作用增加了延迟断裂的风险。

延迟毁灭的特点：无声的威胁

时间依赖性：延迟性骨折可能在施加应力后数小时、数月甚至数年发生。

脆性断裂：延迟断裂发生时塑性变形很小，因此难以提前预测。

发生在高强度材料中：延迟断裂主要发生在高强度钢中。

摘要：防止延迟销毁

延迟断裂是一种现象，其发生不仅是由于氢脆，而且是由于各种因素的复杂相互作用而发生的。为了防止延迟销毁，

防止氢脆的措施：材料改进、表面处理、防止氢侵入等。

减少残余应力：适当的热处理、消除应力加工等。

减少应力集中：改进设计、提高表面光洁度等。

合适的材料选择：根据使用环境选择材料的强度和耐腐蚀性

环境控制：防腐措施、去除氢源等。

全面落实这些措施十分重要。