(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験材となる鋼材を用いて作製した溶接継手の疲労に関する品質が、任意の基準材を用いて作製した溶接継手より優れることを保証する方法であって、
前記基準材、前記試験材および複数の比較材に対して、溶接継手の溶接熱影響部が溶接時に受ける熱履歴を再現した熱処理を施した後、硬度および疲労特性を求める工程と、
前記再現熱処理後の前記基準材と、前記比較材のうちの少なくとも一部とについての硬度および疲労特性から、硬度と疲労特性との間の基準式を導出する工程と、
前記再現熱処理後の前記試験材の硬度および疲労特性と、前記基準式との関係に基づき、前記試験材の品質を保証する工程と、を備える、
鋼材の品質保証方法。
【請求項２】
前記基準材および前記複数の比較材に対応する鋼材を用いて溶接継手を作製して継手疲労試験に供し、各溶接継手の疲労特性を求める工程と、
前記複数の比較材のうちから、溶接継手の疲労特性が前記基準材と同等以下である下等比較材を抽出する工程と、をさらに備え、
前記基準式を導出する工程における、前記比較材のうちの少なくとも一部が、前記下等比較材に対応する鋼材である、
請求項１に記載の鋼材の品質保証方法。
【請求項３】
試験材となる鋼材を用いて作製した溶接継手の疲労特性を推定する方法であって、
基準材および複数の比較材を用いて溶接継手を作製して継手疲労試験に供し、各溶接継手の疲労特性を求める工程と、
前記基準材および前記比較材に対応する鋼材、ならびに、前記試験材に対して、溶接継手の溶接熱影響部が溶接時に受ける熱履歴を再現した熱処理を施した後、硬度および疲労特性を求める工程と、
前記再現熱処理後の前記基準材と、前記比較材のうちの少なくとも一部とについての硬度および疲労特性から、硬度と疲労特性との間の基準式を導出する工程と、
前記再現熱処理後の前記比較材および前記試験材の硬度および疲労特性、ならびに、前記基準式から、各鋼材の溶接継手の疲労特性の指標となる優劣パラメータを求める工程と、
前記再現熱処理後の前記比較材の前記優劣パラメータと、前記比較材に対応する鋼材を用いて作製した前記溶接継手の前記疲労特性とから、疲労特性推定式を導出する工程と、
前記再現熱処理後の前記試験材の前記優劣パラメータと、前記疲労特性推定式とに基づき、前記試験材を用いて作製した溶接継手の疲労特性の推定値を算出する工程と、を備える、
鋼材の疲労特性推定方法。
【請求項４】
前記複数の比較材のうちから、溶接継手の疲労特性が前記基準材と同等以下である下等比較材を抽出する工程、をさらに備え、
前記基準式を導出する工程における、前記比較材のうちの少なくとも一部が、前記下等比較材に対応する鋼材である、
請求項３に記載の鋼材の疲労特性推定方法。
【請求項５】
前記疲労特性推定式を導出する工程において、疲労特性推定誤差をさらに求め、
前記試験材を用いて作製した溶接継手の前記疲労特性の推定値を算出する工程において、前記疲労特性推定誤差に基づき、前記疲労特性の上下限を同時に算出する、
請求項３または請求項４に記載の鋼材の疲労特性推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の品質保証方法および疲労特性推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物、橋梁などの各種溶接鋼構造物、船舶、自動車などの輸送用機械、産業用機械、建築用機械などの各種機械における多くの部位に鋼材（以下、「機械・構造用鋼材」と呼ぶ。）が使用されている。機械・構造用鋼材には、通常、繰返し荷重が負荷されるため、構造物または機械の強度健全性を確保する上で、疲労寿命のような疲労特性に対する注意が必要不可欠である。母材部と比較して疲労強度が圧倒的に弱い溶接部の疲労特性は、特に重要である。
【０００３】
従来、機械・構造用鋼材の疲労破壊の防止に関しては、疲労破壊を「疲労き裂の発生」および「疲労き裂の進展」という２つの損傷過程に分けて、種々の検討がなされてきた。その検討に際しては、構造物または機械の幾何学的寸法、使用環境、負荷形態、荷重経路の数などに従って、疲労き裂の発生過程に重点を置く場合と、疲労き裂の進展過程に重点を置く場合とがある。
【０００４】
例えば、寸法の小さな部材で、その部材の破断によって機械・構造物全体の致命的な損害に繋がり、荷重経路が一つしかない場合には、疲労き裂の発生を防止することが重要になる。一方、寸法の大きな部材で、その部材の破断によっては機械・構造物全体の直接かつ致命的な破壊には至らず、荷重経路が複数存在、つまり、その部材単体が破断しても他の部材が代わって荷重を受け持つ場合は、疲労き裂の発生はある程度までは許容でき、その後の疲労き裂の進展を防止することが重要となる。
【０００５】
このように、疲労き裂の発生および疲労き裂の進展は、疲労破壊を知る上で共に重要な特性であるが、通常、疲労き裂の発生をもって疲労破断寿命と見なされ、負荷応力と疲労破断寿命との関係から疲労強度が評価されており、航空機設計などの特殊な場合を除き、疲労き裂進展についてはほとんど考慮されていない。
【０００６】
前述のように、疲労強度に関しては、母材部と溶接部とを比較した場合、圧倒的に溶接部が弱い。そのため、溶接鋼構造物の疲労強度改善のためには、継手部の疲労特性を向上させることが重要となる。例えば、溶接部の疲労設計を変え得る、継手疲労特性に優れた鋼材を実用化するにあっては、溶接継手の疲労特性評価が数多く必要となる。また、継手疲労特性に優れた鋼材を商品化するに当たり、鋼材の品質を直接保証する上でも溶接継手の疲労特性評価を行なう必要がある。
【０００７】
ところで、ある特定の鋼材に対し、継手疲労特性を評価する場合、以下の手順で進められる。
（１）鋼材に対し継手形式に応じて溶接施工を行い、溶接継手（大板）を準備する。
（２）この溶接継手（大板）から、機械加工などの方法により所望の形状・寸法の試験片を採取する。
（３）必要に応じて、試験片の角変形量、または溶接余盛り止端形状の測定を行った後、曲げ矯正などで試験片の掴み部分を同一平面として疲労試験機にチャッキングできるようにして、疲労試験を開始する。
【０００８】
ここで、疲労試験機は、油圧アクチュエーターなどを備えた載荷部分と、荷重・変位などを検出するセンサー部分と、アクチュエーターに取付けられたサーボバルブに適切な電気信号を送るとともに荷重検出器からの信号を受け取り、荷重の実績値が荷重設定値（荷重上限値、荷重下限値）に一致するよう閉ループで制御している制御部分とからなる。必要とされる荷重の制御精度を確保するためには、優れた品質の負荷部分、センサー部分、制御部分が必要で、疲労試験機は一般に高価な装置となる。
【０００９】
さらに、評価対象とする疲労破断寿命の領域にも大きく依存するものの、疲労試験結果を疲労設計に活かすためには、通常、疲労試験には膨大な時間を要することが多い。疲労試験に膨大な時間を要することは、開発計画の初期段階から明らかではあるが、疲労試験を実施するしか継手疲労特性を把握できないと考えられているため、溶接施工法が工業的に活用され始めて以来、このような膨大な時間を要する評価が続けられてきた。
【００１０】
上記の問題を解決するため、特許文献１では、溶接熱影響部の硬度を測定するという簡便な方法により、溶接継手の疲労特性を推定する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１８４２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
母材の平滑材では、母材の引張強度すなわち硬度が上昇すると、それに対応して疲労強度も同時に向上する。この疲労強度における引張強度依存性と同じ傾向は、実継手の溶接熱影響部（ＨＡＺ）が溶接時に受ける熱履歴を再現した熱処理を施した材料（以下の説明において、「再現ＨＡＺ材」ともいう。）においても認められる。すなわち、再現ＨＡＺ材においても、硬度が高いほど疲労特性は良好である。
【００１３】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、実継手において疲労き裂はＨＡＺから発生するものの、溶接継手の疲労特性は、再現ＨＡＺ材の疲労特性とは全く異なる。つまり、再現ＨＡＺ材では硬度が高いほど疲労特性が良好であったが、実際の溶接継手では逆に、それに対応する再現ＨＡＺ材の硬度が低い方が、溶接継手の疲労特性が良好となる。
【００１４】
特許文献１ではこのような関係性に着目し、再現ＨＡＺ材の硬度に基づいて継手疲労強度の推定を行っている。しかしながら、より高精度な継手疲労強度の推定を行うにあたっては、改善の余地が残されている。
【００１５】
本発明は、簡便かつ迅速な方法により、鋼材の溶接継手における疲労に関する品質を保証する方法および疲労特性を推定する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の鋼材の品質保証方法および疲労特性推定方法を要旨とする。
【００１７】
（１）試験材となる鋼材を用いて作製した溶接継手の疲労に関する品質が、任意の基準材を用いて作製した溶接継手より優れることを保証する方法であって、
前記基準材、前記試験材および複数の比較材に対して、溶接継手の溶接熱影響部が溶接時に受ける熱履歴を再現した熱処理を施した後、硬度および疲労特性を求める工程と、
前記再現熱処理後の前記基準材および前記比較材のうちの少なくとも一部についての硬度および疲労特性から、硬度と疲労特性との間の基準式を導出する工程と、
前記再現熱処理後の前記試験材の硬度および疲労特性と、前記基準式との関係に基づき、前記試験材の品質を保証する工程と、を備える、
鋼材の品質保証方法。
【００１８】
（２）前記基準材および前記複数の比較材に対応する鋼材を用いて溶接継手を作製して継手疲労試験に供し、各溶接継手の疲労特性を求める工程と、
前記複数の比較材のうちから、溶接継手の疲労特性が前記基準材と同等以下である下等比較材を抽出する工程と、をさらに備え、
前記基準式を導出する工程における、前記比較材のうちの少なくとも一部が、前記下等比較材に対応する鋼材である、
上記（１）に記載の鋼材の品質保証方法。
【００１９】
（３）試験材となる鋼材を用いて作製した溶接継手の疲労特性を推定する方法であって、
基準材および複数の比較材を用いて溶接継手を作製して継手疲労試験に供し、各溶接継手の疲労特性を求める工程と、
前記基準材および前記比較材に対応する鋼材、ならびに、前記試験材に対して、溶接継手の溶接熱影響部が溶接時に受ける熱履歴を再現した熱処理を施した後、硬度および疲労特性を求める工程と、
前記再現熱処理後の前記基準材および前記比較材のうちの少なくとも一部についての硬度および疲労特性から、硬度と疲労特性との間の基準式を導出する工程と、
前記再現熱処理後の前記比較材および前記試験材の硬度および疲労特性、ならびに、前記基準式から、各鋼材の溶接継手の疲労特性の指標となる優劣パラメータを求める工程と、
前記再現熱処理後の前記比較材の前記優劣パラメータと、前記比較材に対応する鋼材を用いて作製した前記溶接継手の前記疲労特性とから、疲労特性推定式を導出する工程と、
前記再現熱処理後の前記試験材の前記優劣パラメータと、前記疲労特性推定式とに基づき、前記試験材を用いて作製した溶接継手の疲労特性の推定値を算出する工程と、を備える、
鋼材の疲労特性推定方法。
【００２０】
（４）前記複数の比較材のうちから、溶接継手の疲労特性が前記基準材と同等以下である下等比較材を抽出する工程、をさらに備え、
前記基準式を導出する工程における、前記比較材のうちの少なくとも一部が、前記下等比較材に対応する鋼材である、
上記（３）に記載の鋼材の疲労特性推定方法。
【００２１】
（５）前記疲労特性推定式を導出する工程において、疲労特性推定誤差をさらに求め、
前記試験材を用いて作製した溶接継手の前記疲労特性の推定値を算出する工程において、前記疲労特性推定誤差に基づき、前記疲労特性の上下限を同時に算出する、
上記（３）または（４）に記載の鋼材の疲労特性推定方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、溶接熱影響部の硬度および疲労寿命を測定するという簡便な方法により、溶接継手の疲労特性を迅速に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】再現ＨＡＺ材の硬度と疲労寿命との関係を示した図である。
【図２】再現熱処理の熱サイクルを説明するための図である。
【図３】回転曲げ疲労特性の測定に用いる試験片の形状の一例を示した図である。
【図４】荷重非伝伝達型十字継手の継手疲労試験片の寸法・形状の例を示す図である。
【図５】基準ＳＮ線図の作成方法を説明するための図である。
【図６】継手材の疲労寿命延伸率の算出方法を説明するための図である。
【図７】再現ＨＡＺ材の硬度と疲労寿命との関係を示した図である。
【図８】比較再現ＨＡＺ材の優劣パラメータの値と、対応する比較継手材の疲労寿命延伸率との関係を示した図である。
【図９】試験再現ＨＡＺ材の硬度と疲労寿命との関係を示した図である。
【図１０】試験再現ＨＡＺ材の優劣パラメータの値と、疲労特性推定式とに基づき、試験材を用いて作製した溶接継手の疲労特性の推定値を算出する方法を説明するための図である。
【図１１】試験材における疲労寿命延伸率の推定値と実験値とを比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
上述のように、溶接継手の疲労特性は、それに対応する再現ＨＡＺ材の硬度が低い方が良好となる。そして、本発明者らがさらに検討を重ねた結果、溶接継手の疲労特性は、再現ＨＡＺ材の硬度に加えて、再現ＨＡＺ材の疲労特性にも強く依存していることを見出した。
【００２５】
図１は、各種鋼材を用いた再現ＨＡＺ材における、硬度と疲労寿命との関係の一例を示した図である。図１から分かるように再現ＨＡＺ材の硬度と疲労寿命との間には、正の相関関係が存在することが分かる。その一方で、その傾向から外れてくる鋼材（グラフにおいて左上の領域にプロットされる試料）が存在している。このように、同レベルの硬度であっても、より高い疲労寿命を示す鋼材は、実継手の疲労特性にも優れることが分かった。
【００２６】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明について詳しく説明する。
【００２７】
本発明に係る鋼材の品質保証方法は、試験材となる鋼材を用いて作製した溶接継手の疲労に関する品質が、任意の基準材を用いて作製した溶接継手より優れることを保証するものである。また、本発明に係る鋼材の疲労特性推定方法は、試験材となる鋼材を用いて作製した溶接継手の疲労特性を推定する方法である。すなわち、品質保証または疲労特性推定の対象となる試験材は、具体的には、機械・構造用鋼材のうち溶接に供される鋼材（溶接用鋼）である。
【００２８】
また、鋼材の化学組成についても特に制限は設けず、例えば、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：０．７％以下、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．３％以下、残部Ｆｅおよび不回避的不純物からなる化学組成を有する鋼材を用いることができる。なお、以下に説明する例においては、上記の範囲の組成を有する鋼材を各種用いている。
【００２９】
ここで、突合せ溶接部が疲労損傷する例は極めて少ない。これは、継手形状が影響していると考えられ、具体的には断面形状の変化が少なく、かつ変化が緩やかであるためと考えられる。それに比べ、十字継手またはガセット継手などの隅肉溶接継手が構造物全体の疲労強度を律則している場合が多い。そのため、本発明は、隅肉溶接継手の疲労特性を把握するのに特に有用である。
【００３０】
本発明に係る鋼材の品質保証方法における各工程について説明する。
【００３１】
まず、基準材、試験材および複数の比較材を用意し、それぞれの鋼材に対して、溶接継手の溶接熱影響部が溶接時に受ける熱履歴を再現した熱処理を施す。基準材は任意の鋼材で構わないが、基準材に対する優劣を評価するため、優劣の基準としたい鋼材を選択することが好ましい。
【００３２】
隅肉溶接は、突合せ溶接に比べ溶接入熱が低いことが多く、通常、１．２ｋＪ／ｍｍ程度である。したがって、上記の熱処理における加熱は、例えば、１．２ｋＪ／ｍｍの熱を付与するのがよい。この熱処理を実施する装置には、特に制約はないが、例えば、誘導加熱機能とＨｅガス冷却機能を備えた装置を用いることができる。熱処理の熱サイクルについては、特に制約はないが、例えば図２にその一例を示すように、３０〜４５℃／ｓの加熱速度で１２００〜１４００℃の温度域まで加熱し、２〜１０秒保持した後、３０〜５０℃／ｓの冷却速度で冷却する熱サイクルであればよい。
【００３３】
続いて、上記の再現熱処理を施した後の基準材、試験材および比較材（以下の説明において、それぞれ「基準再現ＨＡＺ材」、「試験再現ＨＡＺ材」および「比較再現ＨＡＺ材」という。）について、硬度および疲労特性を求める。
【００３４】
再現ＨＡＺ材の硬度を測定する方法について特に制約はないが、例えば、ビッカース硬さを測定することができる。そして、溶接熱影響部の硬度としてよく観察されるＨｖ３００〜４００での圧痕寸法が対角線長さで６８〜７９μｍであることから、例えば、ビッカース硬度測定での押付け荷重を１ｋｇｆ（９８Ｎ）に設定するのがよい。また、硬度の測定はＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に準じて実施し、補正して求めることが好ましい。さらに精度向上のためには、測定は３点以上で実施することが好ましい。また、前記測定方法が実施できない等の特別な事情がある場合は、他の測定方法を用いることを妨げない。
【００３５】
また、再現ＨＡＺ材の疲労特性を測定する方法についても特に制約はないが、例えば、回転曲げ疲労特性を測定することができる。具体的には、回転曲げ疲労特性は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７４（１９７８）に準じて実施し、図３に形状の一例を示すように、試験片の直径ｄは６ｍｍ、曲げモーメントは４２０ＭＰａとすることができる。再現熱処理を施した部分は、母材よりも硬度が上昇する場合が多い。そのため、平滑試験片を用いて再現熱処理部と母材とを対等に評価すると、母材側で破断する可能性がある。そこで、破壊起点を再現熱処理部に限定するため、試験片の再現熱処理部に環状切欠きを設けることが望ましい。
【００３６】
再現ＨＡＺ材の硬度および疲労特性の測定値が得られた後、基準再現ＨＡＺ材および比較再現ＨＡＺ材のうちの少なくとも一部についての硬度および疲労特性から、硬度と疲労特性との間の基準式を導出する。
【００３７】
図１には、基準再現ＨＡＺ材および比較再現ＨＡＺ材の硬度と疲労特性との関係が示されている。例えば、図１に示す例においては、比較再現ＨＡＺ材のうちの一部の鋼材において、硬度と疲労寿命との間に、正の相関関係が認められる。この傾向と基準再現ＨＡＺ材の測定値に基づき、図１に示すような基準式を引くことが可能となる。
【００３８】
そして、試験再現ＨＡＺ材の硬度および疲労特性と、基準式との関係に基づき、試験材を用いて作製した溶接継手の疲労特性が、基準材を用いて作製した溶接継手より優れるかどうかの判定を行う。具体的には、試験再現ＨＡＺ材の硬度および疲労特性の測定値をグラフ上にプロットした時に、基準式より上の領域にプロットされた場合は基準材より品質が優れ、下の領域にプロットされた場合は基準材より品質が劣ると判定することができる。上記判定結果に基づいて試験材の品質を保証することができる。
【００３９】
より客観的かつ精度の高い基準式を得るためには、以下の手順に従って基準式を導出することがより好ましい。
【００４０】
まず、基準材および複数の比較材に対応する鋼材を用いて溶接継手を作製する。なお、基準材等に対応する鋼材とは、基準材等と同一の化学組成と母材鋼板組織を有する鋼材はもちろんのこと、基準材等と疲労強度特性との関係で実質的に同一の化学成分と母材鋼板組織を有する鋼材をも含むものとする。
【００４１】
溶接継手としては、例えば、図４に示すような荷重非伝達十字継手を用いることができる。主板と同材質のリブ板を用意し、主板の表裏面にリブ板を設置し疲労試験時に影響しない位置で主板とリブ板とを仮付け溶接する。その後、母材強度に対応した溶接材料を選択する。溶接方法、溶接条件は評価対象としている溶接構造物で採用されている溶接に合致させるのが望ましい。
【００４２】
溶接方法としては、例えば炭酸ガスシールドのアーク溶接法を採用することができる。また、溶接条件として、疲労特性が問題となることが多い小入熱条件として、１．５ｋＪ／ｍｍ程度を採用することができる。継手の溶接長さは５００〜１０００ｍｍ程度がハンドリングしやすい。溶接継手から短冊状に試験片を加工した。試験片の寸法は、使用する疲労試験機の荷重容量と、板厚等から制約を受けるが、試験片平行部の溶接長さは、例えば、３０ｍｍとすることができる。
【００４３】
そして、基準材および複数の比較材に対応する鋼材を用いて作製した溶接継手（以下の説明において、それぞれ「基準継手材」および「比較継手材」という。）を継手疲労試験に供し、疲労特性を求める。
【００４４】
ここで、疲労特性は、例えば、繰返し負荷応力とその応力での疲労破断寿命との関係で評価することができる。この応力のパラメータとして、通常は、繰返し応力波形の中で、最大応力σｍａｘから、繰返し応力波形の中の最小応力σｍｉｎを差引いた、応力範囲Δσ（＝σｍａｘ−σｍｉｎ）で表示されることが、特に、溶接継手の場合には多い。溶接残留応力が付与される溶接継手においては、最大応力σｍａｘおよび最小応力σｍｉｎの個々の絶対値より相対的な差が重要となるためである。
【００４５】
継手疲労試験条件については、試験片平行部の溶接長さを３０ｍｍとする場合、該溶接長さは比較的短く、試験片の加工途中で継手に存在していた溶接残留応力が解放されていると考えられるため、繰返し応力で解放分を補填することが好ましい。具体的には、繰返し応力の最大応力σｍａｘを３５０ＭＰａで一定とし、応力範囲Δσの設定のため、最小応力を種々変化させることが好ましい。疲労試験には、例えば電気油圧式閉ループ疲労試験機を用いればよい。荷重制御下で疲労試験を実施し、最大荷重時の変位が試験開始時に比べ１ｍｍ増加した瞬間を疲労破断寿命と定義することができる。
【００４６】
上記の継手疲労試験により基準継手材および比較継手材の疲労特性を比較する。ここで、疲労特性を比較するに際しては、所定の応力範囲Δσでの基準継手材および比較継手材の疲労破断寿命を比較してもよい。しかしながら、試験結果のばらつきの影響を低減するためには、まず複数の基準継手材における継手疲労試験結果から、図５に示すような基準ＳＮ線図を作成した後、各比較継手材について、異なる３つ以上の応力範囲Δσでの疲労破断寿命を求め、図６に示すように、上記の基準ＳＮ線と比較することによって、基準継手材に対する疲労寿命延伸率を算出することができる。図６に示す例では、応力範囲Δσを１００ＭＰａ、１３０ＭＰａおよび１６０ＭＰａとした際の疲労破断寿命がそれぞれ基準ＳＮ線の１．７倍、２．８倍および２．５倍となったため、当該比較継手材の疲労寿命延伸率はその平均値である２．３３と算出される。
【００４７】
そして、継手疲労試験に供した比較継手材のうちから、前記疲労寿命延伸率が１．０以下になるものを、溶接継手の疲労特性が基準材と同等以下である下等比較材として抽出する。そして、上述の再現ＨＡＺ材の硬度と疲労特性との間の基準式を導出するに際しては、該下等比較材に対応する鋼材の再現ＨＡＺ材の硬度および疲労特性の測定値を用いればよい。
【００４８】
図７に示すように、図中の白プロットが下等比較材に対応する鋼材の再現ＨＡＺ材の測定結果を示したものである。これらの鋼材の測定結果に基づき例えば最小二乗法により近似直線を引く。そして、基準ＨＡＺ材のプロットを通過し、上記の近似直線と傾きが同一である直線を基準式とすることができる。
【００４９】
次に、本発明に係る鋼材の疲労特性推定方法における各工程について説明する。
【００５０】
まず、基準継手材および複数の比較継手材を継手疲労試験に供し、各溶接継手の疲労特性を求める。そして、基準再現ＨＡＺ材、比較再現ＨＡＺ材および試験再現ＨＡＺ材について硬度および疲労特性を求める。その後、基準再現ＨＡＺ材および比較再現ＨＡＺ材のうちの少なくとも一部についての硬度および疲労特性から、硬度と疲労特性との間の基準式を導出する。これらの工程については、上述の品質保証方法における工程と同様である。
【００５１】
疲労特性推定方法においては、さらに、上述の工程によって求められた、比較再現ＨＡＺ材の硬度および疲労特性ならびに基準式から、優劣パラメータを求める。
【００５２】
優劣パラメータは各鋼材の溶接継手の疲労特性の指標となるものであり、基準式からのずれの程度によって表現されるものである。具体的には、各再現ＨＡＺ材の疲労特性の測定値を、当該再現ＨＡＺ材の硬度を基準式に代入することによって求められる疲労特性の値で除することによって求めることができる。すなわち、図７に示すグラフ上においては、左上に行くほど優劣パラメータの値は高くなる。
【００５３】
このようにして求められた比較再現ＨＡＺ材の優劣パラメータの値と、対応する比較継手材の疲労特性との関係から、疲労特性推定式を導出する。この時、比較継手材の疲労特性としては、例えば、上述の疲労寿命延伸率で代表させることができる。図８は、比較再現ＨＡＺ材の優劣パラメータの値と、対応する比較継手材の疲労寿命延伸率との関係を示した図である。図８から分かるように、比較再現ＨＡＺ材の優劣パラメータの値と、対応する比較継手材の疲労寿命延伸率との間には良好な正の相関関係が認められる。上記の関係から、例えば最小二乗法を用いることによって、疲労特性推定式を導出することができる。
【００５４】
図９は、試験再現ＨＡＺ材の硬度と疲労寿命との関係を示した図である。試験再現ＨＡＺ材についても同様にして、硬度および疲労特性ならびに基準式から、優劣パラメータを求める。そして、図１０に示されるように、試験再現ＨＡＺ材の優劣パラメータの値と、上述の工程によって導出された疲労特性推定式とに基づき、試験材を用いて作製した溶接継手の疲労特性の推定値を算出する。
【００５５】
上記の推定方法によって算出される推定値の精度を検証するため、実際に試験材に対応する鋼材を用いて溶接継手を作製して継手疲労試験に供し、各溶接継手の疲労特性を求めた。図１１は、試験材における疲労寿命延伸率の推定値と実験値とを比較した図である。図１１から明らかなように、再現ＨＡＺ材の特性から継手疲労特性を実用的な精度で推定できていることが分かる。
【００５６】
なお、疲労特性推定式を導出するに際して、図８に示しているように、プロットのばらつきに基づき疲労特性推定誤差をさらに求めておけば、試験材を用いて作製した溶接継手の疲労特性の推定値を算出する際に、疲労特性の上下限を同時に算出することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、溶接熱影響部の硬度および疲労寿命を測定するという簡便な方法により、溶接継手の疲労特性を迅速に知ることができるため、鋼材の溶接継手における疲労特性の保証および推定に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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