JFE 技報 No. 46（2020 年 8 月）p. 89-91

製品・技術紹介2

大型破壊・疲労評価センター（JWI-CIF ）2“JWI-CIF ” JFE Welding Institute - Center for Integrity against Fatigueand Fracture
1． はじめに

2.1

厚鋼板の大型破壊試験設備

近年，船舶やラインパイプをはじめとする大型の鋼構造

厚鋼板について，特に造船分野では，船体の安全性確保物に対し，軽量化，高強度化のみならず，溶接施工性およのため，各種大型試験による船体用鋼板の破壊性能評価をび破壊安全性の要求が高まっている。この要求を背景とし行っている。中でも代表的な試験装置が 80 MN 引張試験装て，JFE スチールでは，新商品の開発とともに，その性能や置である。本装置の最大の特徴は，国内最大級の荷重容量鋼構造物の安全性の検証を行う破壊・疲労分野に関する各（80 MN）とピン間距離（荷重の作用点間の距離：10 m）の種評価技術を開発してきた。

両方を備えていることである。また，付属装置として，脆性当社は，2019 年 2 月 19 日に鉄鋼分野の破壊・疲労に関する研究開発と，同分野の新たなイノベーションの創出を目的
2＊

亀裂伝播停止試験（アレスト試験）を行うための亀裂発生装置（打撃装置）および温度勾配制御装置（冷却・加熱装置）『大型破壊・疲労評価センター（JWI-CIF ）』をスチーとして，を有している。本装置により，厚鋼板の大型試験片のみなル研究所千葉地区（千葉市）に開設した。

らず，実構造物あるいはその一部を再現した構造体に，実本センターは，疲労・破壊分野に関する大型実験設備を船相当の荷重を載荷して脆性破壊試験を実施することがで多数備え国内では圧倒的な規模を誇る，鉄鋼分野におけるきる。本装置は主に試験片寸法が 2 000 mm を超える超広幅世界最大級の施設である。本センターでは，実大溶接鋼構

混成 ESSO 試験，大型構造モデル試験等の実大サイズの破造物の破壊性能評価，新しい実証試験法の開発とともに，壊試験に使用されている。

破壊・疲労のメカニズムの解明を行っている。また，実大また，20 MN 引張試験装置と 12 MN 引張試験装置も保有

試験後の大型試験片や破面も展示し，お客様・大学・研究しており，主に試験片寸法が 500 mm 程度のディープノッチ

機関との共同研究などに活用している。

試験（脆性破壊発生試験），ESSO 試験（温度勾配型脆性亀裂伝播停止試験），CAT 試験（温度平坦型脆性亀裂伝播停

22． JWI-CIF の主な設備止試験）などに用いられている。

2.2

大型鋼構造物の破壊安全性評価は，鋼板から切り出した小型試験片の評価から得られた鋼材特性を用い，破壊力学ラインパイプの大型試験設備

ラインパイプ分野では，パイプライン施工時から供用期的に評価するのが一般的である。しかし，この破壊力学的間で起こり得る様々な破壊現象を模擬した評価が必要であ評価法は過去の膨大な実験データに基づいている場合が多る。例えば，地震地帯の埋設パイプラインでは地震時の液く，新しい鋼材・溶接技術などが開発された場合にそのまま状化等に伴い地盤が変状し，ラインパイプが大きく曲がり座適用できるかは不明である。そのため，実際の構造物に近屈あるいは破断する可能性がある。そのような状況下でのい実物大の構造を用いた実証試験による安全性の確認が必

破壊安全性評価のため，ラインパイプを実物大スケールで要不可欠である。当社は新しい大型試験設備を開発，導入し，曲げ，その変形性能を評価する大型鋼管曲げ試験装置を開

これらの実証試験を行い，造船，パイプライン用を初めとす，発・導入した。本装置は，最大外径 48 インチ（1 219 mm）る多くの新商品の開発・実用化を進めてきた。元々これらの最大長さ 8 000 mm のラインパイプの曲げ変形性能評価が可

大型試験装置は当社各研究拠点に点在していたが，JWI-能な，世界最大級の曲げ試験装置である。

2

CIF に集約することで研究効率の向上を図っている。以下
2

また，海底パイプラインの敷設工法の一つであるリール工法（港でパイプをリールドラムに巻き付けて運搬し，海上でに JWI-CIF が保有する大型試験設備の概要を示す。

巻き戻して敷設する工法）でパイプラインを敷設する際に，ラインパイプが繰り返し曲げられることで座屈する可能性がある。その繰り返し曲げ変形を再現できるリール曲げ試験装
2＊：JWI-CIF ：JFE Welding Institute - Center for Integrity against Fatigueand Fracture の略

置も開発し，ラインパイプ敷設時の安全性評価を行っている。

2020 年 6 月 19 日受付

グ状に切断した試験片の内部から水圧負荷を与えるリング

加えて，ラインパイプの耐圧性能評価のため，製品をリン－ 89 －
Copyright © 2020 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved.

2

大型破壊・疲労評価センター（JWI-CIF ）エキスパンジョン試験装置および外部から水圧負荷を与えるリングコラプス試験装置を開発した。これらの大径ラインパイプ用水圧試験装置により，内圧作用時の降伏応力の測定，深海パイプライン等の外圧負荷時のコラプス（圧潰）の発生限界の評価を行うことができる。

2.3

疲労試験設備Distance between
crevice pins 10 m

疲労試験分野では，最大荷重容量が 50 kN, 100 kN および1 000 kN クラスの疲労試験機を計 5 台保有している。この試験機は，材料の疲労試験に限らず，鋼構造物の溶接部を含めた構造体の疲労試験も可能である。また，溶接鋼構造

写真 1 80 MN 大型引張試験装置

体の信頼性確保のため，溶接継手の疲労寿命向上を目的に

Photo 1 80 MN large-scale tensile testing machine

溶接継手の疲労亀裂の発生と伝播を抑制する新たなピーニング施工技術を開発し，実施工できる環境も整備した。
LNG など液化ガスの貯蔵タンクに用いられる材料には，Pipe specimen
length 8 m

極低温環境下での供用信頼性が要求される。特に，船舶向けタンクでは，波浪による変形に加え，タンク内容物であるLNG の揺動が繰返し生じることによる疲労損傷が懸念される。従来，低温用材料の極低温下での疲労評価は，丸棒試
験片など小型試験片を恒温槽内で冷却する方法で行われてきた。しかし，恒温槽の寸法制約などから疲労損傷が問題となる溶接継手の試験は困難であった。これに対し，当社

Arm length 6 m

は溶接継手の試験片に対応可能な恒温槽および冷却装置を作製し，極低温環境下での疲労破壊に対する安全性を実証

写真 2 大型鋼管曲げ試験装置による曲げ試験事例する技術を開発した。

2.4

Photo 2 Pipe bending test by large-scalepipe bending machine

Fracture Sample Museum

破壊・疲労現象およびその評価技術についてご理解いただくため，“Fracture Sample Museum” を同センター内に併ても，脆性亀裂を船体の途中で停止させて壊滅的な破壊を設した。本施設では，メガコンテナ船の一部を再現した大防ぐ必要がある。このため，脆性亀裂のアレスト性能は極め型構造破壊試験や一般的な材料の小型・中型破壊試験であて重要である。最近のコンテナ船の上部構造に用いられるる ESSO 試験，CTOD 試験，ディープノッチ試験等の破面鋼板の板厚は 100 mm に達するため，引張試験装置には大サンプルを展示している。展示室内の実物の試験サンプル

きい試験荷重容量が求められる。また，本装置のピン間距を用いて破壊挙動をご説明することで，お客様に当社の技離を 10 m としているため，脆性亀裂発生と同時に生じる応術開発理念や安全性評価技術をより深くご理解いただくこ

力波の試験体への干渉を防止でき，実船と同等の条件でのとを目指している。

長大脆性亀裂のアレスト性能が評価可能である。当社は，また，各種大型破壊試験を間近に見学できる見学室など，大型引張試験設備を用いて構造アレスト技術

1）や高強度極2）

お客様や共同研究者との技術交流を推進できる環境を整え，厚高アレスト鋼を開発新製品や新技術の開発に必要なアイデア等を創出できる場安全航行に貢献している。

し実船に適用することで，船舶の次に，ラインパイプの変形性能評価に用いられている大として活用している。

型鋼管曲げ試験装置を写真 2 に示す。埋設パイプラインには，

23． JWI-CIF の活用事例について

地震時の液状化に伴う地盤流動，地すべり，断層のずれや不連続凍土地帯における融解，凍上の繰り返しによる地盤

2

JWI-CIF が保有する大型引張試験装置の活用事例を示す。

変状が影響する可能性が指摘されている。このような地域

80 MN 引張試験装置の外観を写真 1 に示す。80 MN 引張試に敷設されるラインパイプには，地盤変状下でも座屈や破験装置は，主として造船分野向けの厚鋼板および溶接構造壊を生じないことが求められる。当社では，従来のラインパ物の脆性亀裂伝播停止性能（アレスト性能）の評価に用いイプよりも高い変形性能を有する HIPER を開発するとともられる。船体では，万一脆性亀裂が発生，伝播し長大化しに，大径鋼管曲げ試験装置を用いて HIPER の変形性能が従JFE 技報 No. 46（2020 年 8 月）®

－ 90 －

2

大型破壊・疲労評価センター（JWI-CIF ）3）来のラインパイプの 2 倍以上であることを明らかにした 。

参考文献
1）半田恒久，村上善明，伊木聡，豊田昌信，木治昇，猪瀬幸太郎，すみ
肉溶接を用いた大型コンテナ船向け脆性亀裂伝播停止技術．JFE 技報．

この試験結果により HIPER の高い安全性を実証し，地震地帯や不連続凍土地帯のパイプラインプロジェクトに数多くご

2020, no. 46, p. 15-21.
2）長谷和邦，半田恒久，衞藤太紀．脆性亀裂伝播停止性能に優れたコン採用いただいている。

2テナ船用極厚 YP460 N/mm 級鋼．JFE 技報．2014, no. 33, p. 13-18.
3）伊木聡，村岡隆二，正村克身．ラインパイプの安全性評価技術．JFE

4． おわりに技報．2012, no. 29, p. 34-40.

2

2019 年 2 月の開所以降，JWI-CIF では充実した試験設備〈問い合わせ先〉(2021年10月～)
JFE スチール 厚板セクター部や見学施設を活用し，社外との技術交流会や共同研究を多数実施してきた。今後も本センターを一層活用し，付加価値の高い鉄鋼製品の開発と鋼構造物の評価技術の提供を通TEL：03-3597-3183 FAX：03-3597-4567
ホームページ：http://www.jfe-steel.co.jp/products/atuita/index.html
Email：t-atsuitasec@jfe-steel.co.jp

じて社会の安心・安全に貢献していく所存である。

－ 91 －

JFE 技報 No. 46（2020 年 8 月）
Copyright © 2020 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved. 禁無断転載