(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織の２０％以上がベイナイトである鋼材に、−４〜−０．２５の応力比で両振り波形で歪み制御の繰り返し負荷を加えた際の軟化量を基に疲労亀裂進展速度を評価する方法であって、軟化量を応力又は硬度を指標として測定することを特徴とする鋼材の疲労亀裂進展速度評価方法。
ここで、組織の割合は顕微鏡観察したときの組織割合、つまり、面積率のことをいい、応力比とは負荷波形の制御量である歪みについて、最小歪み値を最大歪み値で除した値をいう。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材の疲労亀裂進展寿命を一義的に決定する材料特性、すなわち、鋼材の疲労亀裂進展速度を評価する方法に関し、より詳しくは、組織の２０％以上がベイナイトである鋼材の疲労亀裂進展速度を迅速に効率よく評価する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築、橋梁などの各種構造物や、自動車を初めとする輸送用機械、産業用機械、建設用機械などの各種機械には種々の鋼材が用いられている。前記の構造物や機械には繰り返し荷重が加わるものが少なくないため、その強度健全性を確保する上で疲労特性に対する注意が不可欠である。
【０００３】
従来、構造物や機械の疲労破壊に対しては、疲労亀裂の発生及びその後の疲労亀裂の進展という２つの面からの検討が加えられている。つまり、構造物や機械の幾何学的寸法、使用形態及び荷重経路などによって、疲労亀裂の「発生」に力点を置いた検討と、疲労亀裂の「進展」に力点を置いた検討とが行われている。
【０００４】
しかし、大型で、且つ多数の部位で溶接接合されている所謂「冗長度」の高い構造物や機械については、疲労亀裂の発生を抑制するための工業的且つ有効な手段が極めて限られていることもあり、主として疲労亀裂の進展を抑制するための検討が行われている。つまり、前記のような構造物や機械に対しては、疲労亀裂の発生寿命を長くすることよりも、疲労亀裂の進展速度を遅くすることに重点が置かれている。
【０００５】
鋼材の疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）は、従来、対象とする鋼材に繰り返し荷重を加え、特定の繰り返し負荷数の後に新たに成長した疲労亀裂長さ（以下、亀裂成長長さという）を、前記繰り返し数で除すことによって、繰り返し荷重１回あたりの疲労亀裂進展量として直接測定されてきた。その際、亀裂先端の力学条件が繰り返し荷重を加える前後で大きな変化を生じないようにすることが重要になる。このため、ＡＳＴＭ規格などの材料試験規格においては、亀裂成長長さの上限値を規定して疲労亀裂進展試験前後での応力拡大係数の大きな変動を規制し、更に、亀裂長さの測定精度を確保する観点から、亀裂成長長さの下限値をも規定することが行われている。
【０００６】
一般に、亀裂先端の力学状態を表すために、線形弾性破壊力学に基づく下記▲１▼式で表される応力拡大係数がパラメータとして常用されているが、▲１▼式から明らかなように、応力拡大係数は応力に線形比例して増大し、亀裂長さとともに増大してしまう。したがって、疲労亀裂の進展試験を一定荷重下で実施すれば、亀裂の進展に伴って応力拡大係数は漸増することとなる。このために、亀裂成長長さの上限値の規定が必要となるのである。
【０００７】
Ｋ＝α・σ・ａ0.5  ・・・▲１▼
ここで、Ｋは応力拡大係数、αは無次元の定数、σは応力、ａは亀裂長さである。
【０００８】
前記従来の疲労亀裂進展試験の場合には、被験材、つまり評価しようとする鋼材に対して一定繰り返し数の荷重を加えて疲労亀裂成長量を直接測定するので、その評価精度は極めて高くなる。しかし、評価には極めて多大の労力と時間を要してしまう。
【０００９】
以下、疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）が２×１０-6ｍｍ／サイクルの場合を例に挙げて計算する。
【００１０】
前記の疲労亀裂進展速度を評価するに当たり、移動式顕微鏡によって信頼性高く且つ精度良く測定できる疲労亀裂成長量の最小値は０．５ｍｍと考えられる。この状況下では被験材に対し繰り返し荷重を少なくとも、（０．５ｍｍ）／（２×１０-6ｍｍ／サイクル）＝２５００００サイクル負荷する必要がある。疲労試験の繰り返し速度は、試験機の能力、試験機と試験片とからなる全体構成の応答性などに支配されるが、仮に標準的な値の１０Ｈｚで試験すれば、２５００００サイクル負荷するのに２５０００秒（約７時間）も要してしまう。つまり、縦軸に疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）をとり、横軸に応力拡大係数範囲（ΔＫ）をとったグラフ上に１つの点をプロットするだけで約７時間もの時間が必要となる。このように、従来の疲労亀裂進展試験には極めて多大の時間と労力とが必要である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みなされたもので、その目的は、鋼材の疲労亀裂進展速度、なかでも組織の２０％以上がベイナイトである鋼材の疲労亀裂進展速度を、迅速に効率よく評価する方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記に示す鋼材の疲労亀裂進展速度評価方法にある。
【００１３】
すなわち、「組織の２０％以上がベイナイトである鋼材に、−４〜−０．２５の応力比で両振り波形で歪み制御の繰り返し負荷を加えた際の軟化量を基に疲労亀裂進展速度を評価する方法であって、軟化量を応力又は硬度を指標として測定することを特徴とする鋼材の疲労亀裂進展速度評価方法」である。ここで、組織の割合は顕微鏡観察したときの組織割合、つまり、面積率のことをいい、応力比とは負荷波形の制御量である歪みについて、最小歪み値を最大歪み値で除した値をいう。
【００１４】
なお、本発明に係る両振り波形は、負荷波形の制御量である歪みの最大値は引張り歪みで正の値、最小値は圧縮歪みで負の値である。
【００１５】
本発明者らは、前記した課題を達成するために鋼材の疲労亀裂進展挙動を詳細に観察し、下記の知見を得た。
【００１６】
（ａ）鋼材の疲労亀裂前方周辺部には、繰り返し荷重が数百〜数万回程度加わった後に亀裂（疲労亀裂）が進展する。
【００１７】
（ｂ）前記（ａ）から、疲労亀裂進展特性を決定している鋼材（鋼材の部位）は、予歪みを受けていない鋼材（つまり受入れままの鋼材）ではなく、正負交番の予歪みを受けた後の鋼材である。
【００１８】
そこで次に、本発明者らは、各種の組織を有する鋼材に繰り返し予歪みを加えて繰り返し応力歪み曲線や硬度を測定し、疲労亀裂進展速度との相関性を検討した。その結果、下記の重要な事項が明らかになった。
【００１９】
（ｃ）繰り返し歪みを受けた際の軟化量（以下、単に「繰り返し軟化量」という）が大きな鋼材ほど疲労亀裂の進展が遅い。
【００２０】
（ｄ）繰り返し軟化量と疲労亀裂進展速度とが相関を有するのは特定の組織割合のベイナイトが含まれている鋼材である。
【００２１】
（ｅ）後述の実施例で示すように、組織におけるベイナイトの割合（面積率）が２０％以上の場合、「繰り返し軟化パラメーター」、例えば（σ15）／（σ1 ）は、通常用いられる応力拡大係数範囲（ΔＫ）が２０ＭＰａ・ｍ0.5 での疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と良い相関を有する。
【００２２】
（ｆ）対象とする鋼材の、対象とする応力拡大係数範囲における疲労亀裂進展速度を従来の手法で測定し、予めその疲労亀裂進展速度と繰り返し軟化量との関係のマスターカーブを作成しておけば、疲労亀裂進展速度の絶対値を評価することができる。
【００２３】
本発明者らは、疲労亀裂先端の応力状態を詳細に数値解析することも行った。その結果下記の次項が確認できた。
【００２４】
（ｇ）繰り返し軟化量の大きい鋼材ほど、その亀裂開口荷重が上昇する。
【００２５】
上記の亀裂開口荷重とは、疲労亀裂先端において外荷重が漸増していくとき、その亀裂が開口し始める荷重のことで、この値未満の荷重では、疲労亀裂先端は閉じている。換言すれば、外的な引張荷重に拘わらず、疲労亀裂先端に実質的に作用する荷重（所謂「有効荷重」）がない、つまり、前記亀裂開口荷重未満である場合、亀裂先端には疲労による損傷が加わることはない。
【００２６】
（ｈ）上記（ｃ）と（ｇ）から、繰り返し軟化量の大きい鋼材の疲労亀裂の進展が遅くなるのは、亀裂開口荷重が高くなることに基づく。
【００２７】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
【００２９】
本発明が対象とする鋼材、すなわち、本発明の方法が適用できる鋼材は、繰り返し歪み下で軟化の程度を評価することから、繰り返し歪みを受けた際に軟化する鋼材であることが必要である。組織中のベイナイトが２０％未満の鋼材では、繰り返し歪みを受けても軟化せず却って硬化するか、軟化してもその程度が小さいので、後述の実施例で示すように、「繰り返し軟化パラメーター」、例えば（σ15）／（σ1 ）は通常用いられる応力拡大係数範囲（ΔＫ）が２０ＭＰａ・ｍ0.5 での疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と相関を有さない。したがって、対象とする鋼材は、組織の２０％以上をベイナイトとした。なお、組織の２０％以上がベイナイトでありさえすれば良いので、ベイナイト以外の組織はフェライト、パーライト、マルテンサイト、オーステナイトなど何でもよい。こうした鋼材としては、例えば、フェライトとベイナイトの２相組織からなるものや、フェライト、ベイナイトとマルテンサイトの３相組織からなるものが挙げられる。勿論、ベイナイト１００％の組織、つまり、ベイナイト単相組織であっても構わない。
【００３０】
鋼材に負荷する歪み波形は、鋼材の繰り返し軟化量（例えば、後述の繰り返し軟化パラメーター）を評価するために引張と圧縮が交番される両振り波形とする必要がある。しかし、両振り波形であっても、その応力比が−４未満又は−０．２５を超える場合には、後述の実施例で示すように、「繰り返し軟化パラメーター」、例えば（σ15）／（σ1 ）は通常用いられる応力拡大係数範囲（ΔＫ）が２０ＭＰａ・ｍ0.5 での疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と良い相関を有さない。したがって、両振り波形の応力比を−４〜−０．２５とした。なお、応力比は−２〜−０．５とすることが好ましい。
【００３１】
なお、負荷する歪み波形は、一定歪み振幅波形でも、漸増・漸減波形でもよいが、その歪み範囲、すなわち歪みの最大値から最小値を差し引いた値が、評価しようとしている鋼材の疲労亀裂先端の応力拡大係数と対応するように、例えば、下記▲２▼式のように設定することが好ましい。
【００３２】
歪み範囲（％）＝０．１２×応力拡大係数範囲（ＭＰａ・ｍ0.5）・・・▲２▼
すなわち、通常用いられる応力拡大係数範囲（ΔＫ）が２０ＭＰａ・ｍ0.5 における疲労亀裂進展速度を評価する場合には、例えば、▲２▼式から歪み範囲として２．４％とすればよい。この場合、歪み波形が完全両振り波形（つまり応力比で−１）であれば、最大歪みが＋１．２％、最小歪みが−１．２％となる。
【００３３】
繰り返し速度、すなわち鋼材に負荷する歪み波形の周波数には特に制約はない。しかし、繰り返し速度が速すぎると内部発熱が外部に十分拡散せず鋼材自身の温度が上昇する場合があるので、１Ｈｚ以下とすることが好ましい。
【００３４】
繰り返し軟化量を評価する試験温度は、鋼材の疲労亀裂進展特性を評価する温度にあわせることが望ましい。
【００３５】
負荷方法は歪み制御という観点から軸力とすることが望ましいが、特に軸力に限る必要はなく曲げでもよい。
【００３６】
なお、組織の２０％以上がベイナイトである鋼材に、既に述べた条件で繰り返し負荷を加えた場合の鋼材の軟化特性は、時間に対して過渡的に表れるものである。このため、鋼材の疲労亀裂進展速度を評価するためには、繰り返し軟化量の飽和値を使用するのが評価精度として最も高いものとなる。しかし、本発明の目的である迅速且つ効率的な疲労亀裂進展速度の評価の点からは、前記飽和値を用いるよりも適当な時期において繰り返し軟化試験を打切り、その時点までの繰り返し軟化挙動から前記飽和値を推定することが望ましい。
【００３７】
繰り返し軟化量の具体的な評価パラメーターとしては、負荷開始直後の最大歪み時の応力（ここではこの応力をσ1 と呼ぶ）に対し、繰り返し軟化試験終了時の第ｎサイクルの最大歪み時の応力（σn ）を用いて、（σn）−（σ1）又は、（σn）／（σ1）などを用いることが望ましい。
【００３８】
上記の繰り返し軟化量の評価パラメーターには、応力値以外にビッカース硬度（Ｈｖ）などの各種硬度値を用いることもできる。例えば、受け入れままの鋼材硬度（ここではＨｖ0 とする）に対し、繰り返し軟化試験終了時の第ｎサイクルの鋼材硬度（Ｈｖn ）を比較し、（Ｈｖn）−（Ｈｖ0）や（Ｈｖn）／（Ｈｖ0）を指標として用いてもよい。
【００３９】
繰り返し軟化量の大きい鋼材ほど疲労亀裂の進展が遅いという関係に基づき、上記の繰り返し軟化量（評価パラメーター）を用いて、鋼材の疲労亀裂進展速度を間接的に評価することができる。したがって、同一鋼材の部位による疲労亀裂進展速度の大小関係のみを評価する場合には、既に述べた条件で各部位に対して繰り返し軟化試験を実施するだけでよい。
【００４０】
一方、疲労亀裂進展速度の絶対値を評価する場合には、対象となる鋼材を用いて、予め先行試験を行い、繰り返し軟化量と疲労亀裂進展速度との相関を明らかにし、疲労亀裂進展速度評価のためのマスターカーブを準備する必要がある。しかし、マスターカーブを作成しておきさえすれば、これを用いて繰り返し軟化量から大量に生産される鋼材の疲労亀裂進展速度を迅速且つ効率的に評価することができる。
【００４１】
次に、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
繰り返し歪みを受けた際に軟化する本発明例に係る鋼材として、フェライトとベイナイトの２相組織を有するもの（以下、フェライト−ベイナイト鋼材という）、フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相組織を有するもの（以下、フェライト−ベイナイト−マルテンサイト鋼材という）、ベイナイト単相組織を有するもの（以下、ベイナイト単相鋼材という）を準備した。なお、フェライト−ベイナイト鋼材及びフェライト−ベイナイト−マルテンサイト鋼材におけるベイナイトの割合（面積率）はいずれも２０％以上であることを確認した。一方、比較例としてフェライト単相組織の鋼材（以下、フェライト単相鋼材という）及び、フェライトとパーライトの混合組織を有する鋼材（以下、フェライト−パーライト鋼材という）を準備した。
【００４３】
上記各種鋼材のうちフェライト−ベイナイト鋼材、フェライト−ベイナイト−マルテンサイト鋼材及びベイナイト単相鋼材の具体的な化学組成は、いずれも重量％で、Ｃ：０．０５〜０．１６％、Ｓｉ：０．０３〜０．６５％、Ｍｎ：０．６〜１．５％、Ｐ：０．００１〜０．０１６％、Ｓ：０．００１〜０．０３２％、Ｎｂ：０．０１５〜０．０４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．０３８％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００８〜０．０３５％である。
【００４４】
フェライト−ベイナイト鋼材については熱間圧延した後、８００℃から通常の方法で５００〜２８０℃まで加速冷却を行った。フェライト−ベイナイト−マルテンサイト鋼材については、熱間圧延後、通常の方法で７００℃から室温まで冷却媒体に水を用いて加速冷却した。又、ベイナイト鋼材については、熱間圧延後、通常の方法で８４０℃から４８０℃まで冷却媒体に水を用いて加速冷却した。
【００４５】
比較例として用いた鋼材の具体的な化学組成は、フェライト単相鋼材の場合が、重量％で、Ｃ：０．１３〜０．１５％、Ｓｉ：０．２２〜０．２８％、Ｍｎ：１．０５〜１．３３％、Ｐ：０．００３〜０．００５％、Ｓ：０．００１〜０．００４％％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１６〜０．０２２％で、又、フェライト−パーライト鋼材の場合が、重量％で、Ｃ：０．１２〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０〜０．２５％、Ｍｎ：０．８５〜１．１５％、Ｐ：０．００７〜０．０１４％、Ｓ：０．００３〜０．０１０％、Ｔｉ：０．００１〜０．００３％、Ｃｕ：０．０１８〜０．０２１％、Ｎｉ：０．０１０〜０．０２５％、Ｃｒ：０．０２〜０．０４％、Ｍｏ：０．００８〜０．０１２％、Ｖ：０．０２〜０．０３％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２〜０．０３％である。
【００４６】
フェライト単相鋼材については、熱間圧延した後、大気中に放置して徐冷した。又、フェライト−パーライト鋼材については、熱間圧延した後、水を冷却媒体としてスプレー冷却した。
【００４７】
上記の各種鋼材に対して、片振り又は両振り波形の歪み制御で繰り返し負荷を加えた場合の鋼材の軟化特性を調査する試験（以下、繰り返し軟化試験という）及び疲労亀裂進展試験を行った。
【００４８】
繰り返し軟化試験は、前記鋼材のそれぞれから、直径が１０ｍｍで平行部長さが３０ｍｍの丸棒試験片を採取し、室温大気中、片振り又は両振りで行った。すなわち、前記試験片の平行部にゲージ長さが２５ｍｍの高精度伸び計を装着し、この伸び計をセンサーとして試験片に歪み制御の軸力負荷を行った。試験機は電気油圧式閉ループ型疲労試験機を用い、歪み波形は漸増・漸減タイプのインクリメンタル・ステップ波形とした。なお、繰り返し負荷波形の応力比は−８〜０．７５の間で種々変化させた。繰り返し速度は内部発熱の抑制も考慮し０．２５Ｈｚとした。歪み漸増の後の歪み範囲は２．４％とした。この歪み値は、通常用いられる応力拡大係数範囲（ΔＫ）が２０ＭＰａ・ｍ0.5 であることから設定した。漸増過程では１２波で最大歪みに達し、漸減過程では１２波で歪み零となるようにした。この漸増、漸減過程を一組として、この一組を以下では「ブロック」という単位で表すことにする。
【００４９】
１ブロック目の最大歪みに対応する応力をσ1 、１５ブロック目の最大歪みに対応する応力をσ15と定義し、（σ15／σ1 ）の値を繰り返し軟化パラメータとして測定した。以下の説明においては、前記の歪み波形を「基準歪み波形」ということにする。
【００５０】
疲労亀裂進展試験も室温大気中で行った。その試験条件は、荷重制御によるｓｉｎ波形で応力比０．１にて行い、疲労亀裂長さは表面にて金属顕微鏡を用いて測定した。試験片形状は所謂「ＣＴ試験片」とし、応力拡大係数範囲（ΔＫ）が２０ＭＰａ・ｍ0.5 での疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）を求めた。
【００５１】
図１に、本発明例に係るフェライト−ベイナイト鋼材、フェライト−ベイナト−マルテンサイト鋼材及びベイナイト単相鋼材のうち組織におけるベイナイトの割合（面積率）が６０％超〜１００％の場合について、上記疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と繰り返し軟化パラメータ（σ15／σ1 ）との関係を整理して示す。
【００５２】
図２に、本発明例に係るフェライト−ベイナイト鋼材、フェライト−ベイナト−マルテンサイト鋼材及びベイナイト単相鋼材のうち組織におけるベイナイトの割合が２０〜６０％の場合について、応力比が−４〜−０．２５の範囲で、上記疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と繰り返し軟化パラメータ（σ15／σ1 ）との関係を整理して示す。
【００５３】
又、図３に比較例であるフェライト単相鋼材及びフェライト−パーライト鋼材について、応力比が−４〜−０．２５の範囲で、同様に疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と繰り返し軟化パラメータ（σ15／σ1 ）との関係を整理して示す。
【００５４】
図１から、組織の６０％超〜１００％がベイナイトで、且つ、応力比が−４〜−０．２５の両振りの場合には、繰り返し軟化パラメータの広い領域に亘って、（σ15／σ1 ）と疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）は極めて良い相関関係を有し、繰り返し軟化パラメータ（繰り返し軟化量）から疲労亀裂進展速度が評価できることが明らかである。更に、図２から、組織の２０〜６０％がベイナイトである鋼材の場合にも、図１に示した組織の６０％超〜１００％がベイナイトである鋼材の場合と同様に、応力比が−４〜−０．２５の場合に、繰り返し軟化パラメータ（σ15／σ1 ）の広い領域に亘って、（σ15／σ1 ）と疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）は極めて良い相関関係を有していることが明らかである。
【００５５】
一方、図３から、比較例の鋼材の場合には、応力比が−４〜−０．２５の両振りの場合にも、繰り返し軟化パラメータ（繰り返し軟化量）と疲労亀裂進展速度との間には明確な相関が認められず、したがって、繰り返し軟化パラメータを用いても疲労亀裂進展速度の評価はできないことが明らかである。
【００５６】
図４に、一例として、前記フェライト−ベイナイト鋼材のうち、化学組成が、重量％で、Ｃ：０．０９％、Ｓｉ：０．４４％、Ｍｎ：０．９９％、Ｐ：０．００４％、Ｓ：０．００１％、Ｎｂ：０．０１２％、Ｔｉ：０．０３％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２２％の鋼材（組織におけるベイナイトの割合は約７０％）の繰り返し歪み波形の応力比と繰り返し軟化パラメータ（σ15／σ1 ）との関係を整理して示す。
【００５７】
前記鋼材の本来の繰り返し軟化量は、応力比が−１の場合に得られる０．８５である。図４から、両振り波形の応力比が−４〜−０．２５の場合、繰り返し軟化パラメータ（σ15／σ1 ）は本来の軟化パラメータ量である０．８５とほぼ等しい値となって、繰り返し軟化パラメータ（繰り返し軟化量）から疲労亀裂進展速度が評価できることがわかる。なお、繰り返し軟化挙動をより明確に評価するためには、応力比の範囲は−２〜−０．５とすることが好ましいことも明らかである。
【００５８】
（実施例２）
本発明例に係るフェライト−ベイナイト鋼材として、化学組成が、重量％で、Ｃ：０．０５〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜０．５％、Ｍｎ：０．８５〜１．０％、Ｐ：０．００１〜０．０１６％、Ｓ：０．００１〜０．０３２％、Ｎｂ：０．０１５〜０．０４５％、ｓｏｌ・Ａｌ：０．００８〜０．０３５％のものを準備し、前記実施例１における場合と同一条件で繰り返し軟化試験と疲労亀裂進展試験を行った。
【００５９】
なお、前記の鋼材は、熱間圧延した後、８００℃から通常の方法で４５０℃まで加速冷却を行ったもので、組織におけるベイナイトの割合は約４０〜６０％であった。
【００６０】
図５に、応力比が−４〜−０．２５の範囲で、疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と繰り返し軟化パラメータ｛（Ｈｖ15）−（Ｈｖ0 ）｝との関係を整理して示す。なお、Ｈｖ硬度測定の荷重は１０ｋｇｆとした。
【００６１】
図５から、本発明例に係る鋼材の場合には、応力比が−４〜−０．２５の場合に、繰り返し軟化パラメータ｛（Ｈｖ15）−（Ｈｖ0 ）｝の広い領域に亘って、｛（Ｈｖ15）−（Ｈｖ0 ）｝と疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）は極めて良い相関関係を有し、繰り返し軟化パラメータ（繰り返し軟化量）から疲労亀裂進展速度が評価できることが明らかである。
【００６２】
（実施例３）
前記実施例１の図４に係るフェライト−ベイナイト鋼材に、繰り返し負荷波形の応力比を種々変えて繰り返し軟化試験を行った。繰り返し軟化試験の条件は、前記実施例１における基準歪み波形の場合と同一である。なお、既に述べたように、前記鋼材におけるベイナイトの割合（面積率）は約７０％であった。
【００６３】
図６に、繰り返し歪み波形の応力比と繰り返し軟化パラメータ｛（Ｈｖ15）−（Ｈｖ0 ）｝との関係を整理して示す。なお、本実施例においてもＨｖ硬度測定の荷重は１０ｋｇｆとした。
【００６４】
図６から、両振り波形の応力比が−４〜−０．２５の場合に繰り返し軟化パラメータ｛（Ｈｖ15）−（Ｈｖ0 ）｝の値が応力比−１の場合とほぼ同じ値になり、材料評価条件として適切なことが明らかである。つまり、繰り返し軟化パラメータ（繰り返し軟化量）から疲労亀裂進展速度が評価できる。
【００６５】
なお、繰り返し軟化挙動をより明確に評価するためには、応力比の範囲は−２〜−０．５とすることが好ましいことも明らかである。
【００６６】
（実施例４）
本発明例に係るフェライト−ベイナイト鋼材として、化学組成が、重量％で、Ｃ：０．０８％、Ｓｉ：０．４％、Ｍｎ：１．０％、Ｐ：０．００１％、Ｓ：０．００２％、Ｎｂ：０．０２％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２％、及び、Ｃ：０．１０％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：０．８５％、Ｐ：０．００１％、Ｓ：０．００２％、Ｎｂ：０．０３％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２％で、熱間圧延した後の加速冷却の開始温度と停止温度を変化させて組織を変えた２種類の鋼材を準備し、前記実施例１における場合と同一条件で繰り返し軟化試験と疲労亀裂進展試験を行った。なお、前記２種類の鋼材におけるベイナイトの割合（面積率）は２５％と７０％であった。
【００６７】
図７に本発明例に係る上記２種類のフェライト−ベイナイト鋼材について、応力比が−４〜−０．２５の範囲で、それぞれ疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と繰り返し軟化パラメータ（σ15／σ1 ）との関係を整理して示す。なお、白丸（○）がベイナイト２５％、黒丸（●）がベイナイト７０％の場合を示す。
【００６８】
図７から、フェライト−ベイナイト鋼材の場合、組織の２０％以上がベイナイトでありさえすれば、応力比が−４〜−０．２５の場合に、（σ15／σ1 ）と疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）は極めて良い相関関係を有し、繰り返し軟化パラメータ（繰り返し軟化量）から疲労亀裂進展速度が評価できることが明らかである。
【００６９】
すなわち、予め先行試験を行い、図７のように繰り返し軟化量と疲労亀裂進展速度との相関を求めて、疲労亀裂進展速度評価のためのマスターカーブを作成しておきさえすれば、その後は、前記のマスターカーブを用いて繰り返し軟化量から鋼材の疲労亀裂進展速度の絶対値を迅速且つ効率的に評価することができる。
【００７０】
なお、本実施例４では、フェライト−ベイナイト鋼材の場合について例示したが、組織の２０％以上がベイナイトである鋼材においては、フェライト−ベイナイト鋼材に限らず、応力比が−４〜−０．２５の場合に、（σ15／σ1 ）と疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）は極めて良い相関関係を有し、繰り返し軟化パラメータ（繰り返し軟化量）から疲労亀裂進展速度の絶対値が評価できる。つまり、繰り返し軟化パラメータ（繰り返し軟化量）から疲労亀裂進展速度の絶対値が評価できる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、繰り返し歪みを受けた際に軟化する鋼材の疲労亀裂進展速度を迅速に効率よく評価できるので、繰り返し荷重が加わる各種の構造物や機械の強度健全性を確保する上で極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】フェライト−ベイナイト鋼材、フェライト−ベイナイト−マルテンサイト鋼材及びベイナイト単相鋼材のうち、組織の６０％超〜１００％がベイナイトである鋼材の繰り返し軟化パラメーター（σ15／σ1 ）と疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）の関係を示す図である。
【図２】フェライト−ベイナイト鋼材、フェライト−ベイナイト−マルテンサイト鋼材及びベイナイト単相鋼材のうち、組織の２０〜６０％がベイナイトである鋼材について、応力比が−４〜−０．２５の範囲での繰り返し軟化パラメーター（σ15／σ1 ）と疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）との関係を示す図である。
【図３】フェライト−パーライト鋼材、フェライト単相鋼材について、応力比が−４〜−０．２５の範囲での繰り返し軟化パラメーター（σ15／σ1 ）と疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）との関係を示す図である。
【図４】フェライト−ベイナイト鋼材の繰り返し軟化試験において、応力で表示した繰り返し軟化パラメーター（σ15／σ1 ）に及ぼす歪み波形応力比の影響を示す図である。
【図５】組織の約４０〜６０％がベイナイトであるフェライト−ベイナイト鋼材について、応力比が−４〜−０．２５の範囲での繰り返し軟化パラメーター（Ｈｖ15−Ｈｖ0 ）と疲労亀裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）との関係を示す図である。
【図６】繰り返し軟化試験において、硬度で表示した繰り返し軟化パラメーター（Ｈｖ15−Ｈｖ0 ）に及ぼす歪み波形応力比の影響を示す図である。
【図７】疲労亀裂進展速度を、繰り返し軟化パラメーター（σ15／σ1 ）から評価するためのマスターカーブを示す図である。
【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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