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JP6512154B2 - Evaluation method for delayed fracture of metallic materials - Google Patents
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JP6512154B2 - Evaluation method for delayed fracture of metallic materials - Google Patents

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Description

本発明は、金属材料の遅れ破壊評価法に関し、特に、異なる成形様式でも限界拡散性水素量を定義できる簡便な金属材料の遅れ破壊評価法に関するものである。   The present invention relates to a method for evaluating delayed fracture of a metal material, and more particularly, to a method for evaluating the delayed fracture of a metallic material simply by which the amount of critical diffusible hydrogen can be defined even in different forming modes.

自動車における軽量化と衝突安全性の向上の両立を目的として、自動車部品の高強度化が進められている。しかし、鋼板が高強度化されると、材料中に水素が侵入した場合に伸びなどの機械的性質が劣化する「水素脆化」と呼ばれる現象が発生する。これは高強度鋼部品が静的な負荷応力を受けた状態で、ある時間を経過したとき、外見上はほとんど塑性変形を伴うことなく、突然脆性的に破壊する現象として古くから知られており、遅れ破壊とも呼ばれる。   For the purpose of achieving both weight reduction in automobiles and improvement in collision safety, strengthening of automobile parts has been promoted. However, when the steel sheet is strengthened, a phenomenon called "hydrogen embrittlement" occurs in which mechanical properties such as elongation deteriorate when hydrogen penetrates into the material. This has long been known as a phenomenon in which a high strength steel component suddenly and brittlely fractures with virtually no plastic deformation when passing for a certain period of time under static load stress. Also called delayed destruction.

遅れ破壊感受性は材料の強度が高いほど高まり、引張強度1000 MPa以上の超高強度鋼では、水素侵入量が少ない大気腐食環境中でも脆化が生じる可能性がある。そのため、超高強度鋼を実使用するためには、鋼の遅れ破壊評価を正確に把握・理解する必要がある。   The delayed fracture sensitivity increases as the strength of the material increases, and with ultra-high strength steels with a tensile strength of 1000 MPa or more, embrittlement may occur even in an atmospheric corrosive environment where the amount of hydrogen penetration is small. Therefore, in order to actually use ultra-high strength steel, it is necessary to accurately grasp and understand the delayed fracture evaluation of the steel.

鋼のようなBCC金属は水素の固溶度が小さく、鋼中に侵入したほとんどの水素が転位、原子空孔、析出物、結晶粒界などに捕捉されている。 しかし、材料中の水素全てが脆化に影響するのではなく、水素脆化の原因は室温で鋼材中を拡散できる「拡散性水素」であると一般的に解釈されている。例えば、析出物などに強く捕捉された水素は、室温では拡散しない「非拡散性水素」であるため、脆化に影響しないとされている。   The BCC metal such as steel has a low solubility of hydrogen, and most of the hydrogen that has penetrated into the steel is trapped in dislocations, vacancies, precipitates, grain boundaries and the like. However, not all hydrogen in the material affects the embrittlement, and the cause of hydrogen embrittlement is generally interpreted as "diffusive hydrogen" that can diffuse in steel at room temperature. For example, hydrogen which is strongly trapped in precipitates and the like is "non-diffusible hydrogen" which does not diffuse at room temperature, and thus is considered not to affect embrittlement.

そこで、前記拡散性水素の量に基づいて、鋼材の遅れ破壊を評価する方法が提案されている。鋼材が遅れ破壊を起こさない上限の拡散性水素量:[Hc](限界拡散性水素量)と、環境から鋼材中に侵入する侵入水素量:[He]の両者を測定し、[Hc]が[He]よりも大きな鋼材であれば、遅れ破壊が起きないと判定する。すなわち、限界拡散性水素量が高い材料ほど遅れ破壊特性が優れていることを意味する。ここで、「限界拡散性水素量」とは、材料中に水素が存在する状態または水素を添加しながら一定荷重を試験片に負荷し、前記試験片のうち、予め定めた限界時間まで破断が発生しなかった試験片の拡散性水素量である。   Then, the method of evaluating the delayed fracture of steel materials is proposed based on the quantity of the diffusible hydrogen. Measure both the upper limit of diffusible hydrogen content that does not cause delayed fracture of steel materials: [Hc] (limit diffusible hydrogen content) and the amount of invading hydrogen that penetrates into steel materials from the environment: [He], and [Hc] If the steel is larger than [He], it is determined that delayed fracture does not occur. That is, it means that as the material having a higher limit diffusible hydrogen amount is more excellent in delayed fracture characteristics. Here, the “limit diffusible hydrogen content” refers to a state in which hydrogen is present in the material or a constant load is applied to the test piece while adding hydrogen, and the test piece is broken up to a predetermined limit time. It is the amount of diffusible hydrogen of the test piece which did not generate | occur | produce.

限界拡散性水素量は、材料の組織や組成によって異なり、さらに同じ材料でも変形により導入されるひずみによって大きく異なる。自動車用鋼板の分野では、成形の程度により導入されるひずみ量が異なるため、ひずみ量が決まれば限界拡散性水素量が決定できるなど、ひずみ量と限界拡散性水素量との対応が求められている。   The amount of critical diffusive hydrogen varies depending on the structure and composition of the material, and even the same material largely varies depending on the strain introduced by deformation. In the field of automotive steel plates, the amount of strain introduced varies depending on the degree of forming, so that the amount of critical diffusible hydrogen can be determined if the amount of strain is determined, etc. There is.

限界拡散性水素量の測定方法としては、特許文献1に記載されているU曲げボルト締め試験や、特許文献2に記載されている一定荷重引張りによる方法などがある。   As a method of measuring the limit diffusive hydrogen amount, there are a U-bending bolting test described in Patent Document 1, a method by constant load tension described in Patent Document 2, and the like.

特開2005−134152号公報JP 2005-134152 A 特開2009−069008号公報JP, 2009-069008, A 特開2011−033600号公報JP 2011-033600 A

S. Takagi, Y. Toji, M. Yoshino, K.Hasegawa, N.Wada, K.Takai, and Y.Hagihara, Steely Hydrogen Conference Proceedings, 2014, 13-20.S. Takagi, Y. Toji, M. Yoshino, K. Hasegawa, N. Wada, K. Takai, and Y. Hagihara, Steely Hydrogen Conference Proceedings, 2014, 13-20. 高井健一、材料と環境、2011年、Vol.60、p.230〜235.Kenichi Takai, Materials and Environment, 2011, Vol. 60, p. 230-235. 萩原行人ら、鉄と鋼、2011年、Vol.97、No.3、p.143〜151.Hagiwara, Y. et al., Iron and Steel, 2011, Vol. 97, no. 3, p. 143-151.

しかし、限界拡散性水素量は、同一の組織・ひずみ量・荷重であっても試験方法によって測定される値が異なるため、一義的に決定できないという問題があった。そのため、現状では各部材に適した試験方法で限界拡散性水素量を求め、部材毎に限界拡散性水素量を定義する必要がある。例えば、自動車用鋼板では曲げ、絞り、などそれぞれの試験方法で限界拡散性水素量を求める必要がある。   However, the amount of critical diffusive hydrogen can not be uniquely determined because the values measured by the test method are different even with the same structure, amount of strain, and load. Therefore, at present, it is necessary to obtain the limit diffusive hydrogen amount by a test method suitable for each member and to define the limit diffusive hydrogen amount for each member. For example, in steel sheets for automobiles, it is necessary to determine the amount of critical diffusive hydrogen by each test method such as bending and drawing.

さらに、試験方法の中には特別な形成技術を要するカップ絞り試験法や、特許文献3に示す、部材が実環境上で受ける応力を応力解析により推定し、ひずみ量を定量化し、それに相当するひずみを試験片に加えた曲げ試験を行なう方法もあるため、一つの試験に多大な労力と時間が必要である。そのため、異なる成形様式でも限界拡散性水素量を定義できる簡便な試験方法が求められている。   Furthermore, among the test methods, the cup squeeze test method which requires a special forming technique, and the stress to which a member is subjected in an actual environment shown in Patent Document 3 is estimated by stress analysis to quantify the amount of strain, Since there is also a method of conducting a bending test in which strain is applied to a test piece, a great deal of labor and time is required for one test. Therefore, there is a need for a simple test method that can define the amount of critical diffusive hydrogen even in different molding modes.

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、鋼材を始めとする各種金属材料において、異なる成形様式でも限界拡散性水素量を定義できる簡便な試験方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and has an object of providing a simple test method capable of defining the amount of critical diffusive hydrogen even in different forming styles in various metal materials including steel materials.

本発明者は、検討の結果、異なる成形様式でも、金属材料の水素脆化に影響する組織に捕捉された水素量は、応力とひずみが同一であれば一義的に決定できることを見出した。   The inventors of the present invention have found that the amount of hydrogen trapped in a tissue that affects hydrogen embrittlement of a metal material can be uniquely determined if stress and strain are the same, as a result of examination.

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は次のとおりである。
1.遅れ破壊を発生させるために試験片としての金属材料に水素を導入する試験片水素導入工程、
前記試験片中の水素量を測定する試験片水素量測定工程、
前記試験片に複数存在する水素捕捉サイトを同定する水素捕捉サイト同定工程、
前記試験片中の各水素捕捉サイトと遅れ破壊の対応関係に基づいて遅れ破壊に影響する組織を同定する遅れ破壊組織同定工程、
前記試験片中に水素が存在する状態または前記試験片に水素を添加しながら、該試験片に一定荷重を負荷し、試験期間中に予め定めた限界時間まで破断が発生しなかった試験片の拡散性水素量を限界拡散性水素量として測定する限界拡散性水素量導出工程、および
前記限界拡散性水素量のうち、遅れ破壊に影響する組織に捕捉された水素量のみを導出する遅れ破壊組織の限界水素量導出工程、
を含む、金属材料の遅れ破壊評価法。
The present invention has been made based on the above findings, and the summary of the invention is as follows.
1. A test piece hydrogen introduction step of introducing hydrogen into a metal material as a test piece to cause delayed fracture,
A test piece hydrogen amount measuring step of measuring the amount of hydrogen in the test piece,
A hydrogen trapping site identification step of identifying a plurality of hydrogen trapping sites present in the test piece;
A delayed fracture tissue identification step of identifying a tissue that affects the delayed fracture based on the correspondence relationship between each hydrogen trapping site in the test piece and the delayed fracture;
A state in which hydrogen is present in the test piece or while adding hydrogen to the test piece, a constant load is applied to the test piece, and the test piece in which breakage does not occur until a predetermined limit time during the test period The critical diffusive hydrogen amount deriving step of measuring the diffusive hydrogen content as the critical diffusive hydrogen amount, and the delayed fracture structure that derives only the hydrogen amount trapped in the tissue affecting the delayed fracture among the critical diffusive hydrogen amounts. Critical hydrogen amount derivation process,
Delayed fracture assessment of metallic materials, including:

2.前記水素量に関する情報から、遅れ破壊に関与する組織に由来した水素の情報を分離して、特に転位に捕捉された水素量により遅れ破壊特性を評価する、前記1に記載の金属材料の遅れ破壊評価法。 2. The delayed fracture characteristics of the metal material according to the above 1, wherein the information on hydrogen originating from the tissue involved in delayed fracture is separated from the information on the amount of hydrogen, and in particular, the delayed fracture characteristics are evaluated by the amount of hydrogen trapped in the dislocation. Evaluation method.

3.前記試験片の厚さが0.1mm以上5.0mm以下である、前記1または2に記載の金属材料の遅れ破壊評価法。 3. The delayed fracture evaluation method of the metal material according to 1 or 2, wherein the thickness of the test piece is 0.1 mm or more and 5.0 mm or less.

4.前記限界拡散性水素量導出工程において、拡散性水素量の測定を昇温脱離分析法によって行う、前記1〜3のいずれか一項に記載の金属材料の遅れ破壊評価法。 4. The method for evaluating delayed fracture of a metal material according to any one of 1 to 3, wherein in the critical diffusive hydrogen amount deriving step, the diffusible hydrogen amount is measured by a temperature programmed desorption analysis method.

5.前記昇温脱離分析法において、昇温範囲:−50℃以上300℃以下の水素量を分析する、前記4に記載の金属材料の遅れ破壊評価法。 5. The delayed fracture evaluation method for a metal material according to 4 above, wherein an amount of hydrogen in a temperature rising range: −50 ° C. or more and 300 ° C. or less is analyzed in the temperature rising desorption analysis method.

本発明によれば、異なる成形様式で応力とひずみが同一であれば限界拡散性水素量を一義的に決定できるため、種々の試験方法を用いる必要がなく、試験が簡便になる。特に、自動車鋼板のような多様な変形様式が存在する部材においては、試験簡便化の効果は大きく、耐水素脆化鋼材の開発が促進されるなど産業上の貢献が極めて顕著である。   According to the present invention, it is possible to unambiguously determine the amount of critical diffusible hydrogen if stress and strain are the same in different molding modes, so that it is not necessary to use various test methods, and the test becomes simple. In particular, in members having various deformation modes such as automobile steel plates, the effect of test simplification is great, and industrial contribution such as promotion of development of a hydrogen embrittlement resistant steel is extremely remarkable.

本発明の一実施形態における鋼材の遅れ破壊評価法のフロー図である。It is a flowchart of the delayed fracture evaluation method of the steel materials in one embodiment of the present invention. 様々な試験片を昇温脱離分析法によって分析した際に得られる水素脱離曲線を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the hydrogen desorption curve obtained when analyzing various test pieces by a temperature programmed desorption analysis method. 遅れ破壊試験の結果と水素量の関係を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows the relationship between the result of a delayed destruction test, and the amount of hydrogen. 水素捕捉サイト同定工程において水素捕捉サイトを同定する手順の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the procedure which identifies a hydrogen capture site in a hydrogen capture site identification process. 遅れ破壊組織同定工程における、未破断材と破断材の各水素脱離ピークに対応する水素量を示す図である。It is a figure which shows the amount of hydrogen corresponding to each hydrogen desorption peak of an unbroken material and a breaking material in a delayed fracture structure identification process. 実施例における限界転位水素量と、比較例における限界拡散性水素量の、ひずみとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the amount of critical dislocation hydrogen in an example, and the amount of critical diffusible hydrogen in a comparative example with distortion.

以下、本発明を実施する方法について具体的に説明する。
本発明の一実施形態における金属材料の遅れ破壊評価法は、図1に示すように、以下の6つの工程を含む。
・ステップS1:試験片水素導入工程
・ステップS2:試験片水素量測定工程
・ステップS3:水素捕捉サイト同定工程
・ステップS4:遅れ破壊組織同定工程
・ステップS5:限界拡散性水素量導出工程
・ステップS6:遅れ破壊組織の限界水素量導出工程
Hereinafter, the method of practicing the present invention will be specifically described.
The delayed fracture evaluation method of the metal material in one embodiment of the present invention includes the following six steps as shown in FIG.
Step S1: Test piece hydrogen introduction step Step S2: Test piece hydrogen amount measurement step Step S3: Hydrogen capture site identification step Step S4: delayed fracture structure identification step Step S5: critical diffusible hydrogen amount derivation step step S6: Process for deriving critical hydrogen content of delayed fracture structure

[試験片]
本発明の遅れ破壊評価法においては、特に限定されることなく、任意の金属材料を試験片として用いることができる。なお、以下の説明では、鋼材を試験片として用いた場合を例として記載しているが、前記金属材料としては、鋼材に限られることなく、Ti、Al、Mgあるいはそれらの金属間化合物など、任意の金属を用いることができる。
[Test pieces]
In the delayed fracture evaluation method of the present invention, any metal material can be used as a test piece without particular limitation. In the following description, although the case where a steel material is used as a test piece is described as an example, the metal material is not limited to the steel material, and Ti, Al, Mg or their intermetallic compounds, etc. Any metal can be used.

前記試験片は、耐遅れ破壊性を評価するための見本・基準となるデータを得るためのものであるため、多様な条件で成形加工して作成することが好ましい。さらに前記試験片としては、水素捕捉サイトとして機能し得る構造、例えば、転位、結晶粒界、原子空孔、析出物、炭化物、異相界面などを、少なくとも1種導入した鋼材を用いることが好ましい。例えば、転位を導入した試験片を作成するには、圧延の圧下率を増減させる方法などがある。   Since the test piece is used to obtain data serving as a sample / reference for evaluating delayed fracture resistance, it is preferable to form and process the test piece under various conditions. Furthermore, as the test piece, it is preferable to use a steel material into which at least one of a structure capable of functioning as a hydrogen trapping site, for example, dislocation, grain boundary, atomic vacancy, precipitate, carbide, heterophase interface, etc. is introduced. For example, there is a method of increasing or decreasing the rolling reduction ratio in order to create a test piece in which dislocation is introduced.

前記試験片の形状および寸法は、特に限定されず、使用する分析法や分析装置に応じて適宜調整すれば良い。なお、試験片の厚さが5.0mmを超えると、水素捕捉サイト同定工程(ステップS3)において水素捕捉サイトの同定が困難になる場合があるため、試験片の厚さは5.0mm以下とすることが好ましい。また、試験片厚さが0.1mm未満であると、遅れ破壊組織同定工程(ステップS4)および限界拡散性水素量導出工程(ステップS5)において、一定荷重負荷試験を行うことが困難になる場合があるため、試験片の厚さは0.1mm以上とすることが好ましい。よって、試験片厚さは0.1mm以上5.0mm以下が好ましい。さらに、試験片が十分に薄い場合、試験片からの水素の放出は、捕捉サイトから脱離した水素が速やかに試験片外へ脱離する「脱離律速過程」となり、水素脱離ピーク温度に対する拡散の影響を除外することができる。このような観点からは、試験片の厚さを0.3mm以下とすることがより好ましい。   The shape and size of the test piece are not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the analysis method and analyzer to be used. If the thickness of the test piece exceeds 5.0 mm, it may be difficult to identify the hydrogen capture site in the hydrogen capture site identification step (step S3), so the thickness of the test piece is 5.0 mm or less It is preferable to do. Moreover, when it becomes difficult to perform a constant load test in the delayed fracture structure identification step (step S4) and the critical diffusive hydrogen amount deriving step (step S5) if the thickness of the test specimen is less than 0.1 mm. Because of this, the thickness of the test piece is preferably 0.1 mm or more. Therefore, the thickness of the test piece is preferably 0.1 mm or more and 5.0 mm or less. Furthermore, if the test piece is sufficiently thin, the release of hydrogen from the test piece is a "delimited rate-controlled process" in which hydrogen desorbed from the capture site is quickly desorbed out of the test piece, and the hydrogen desorption peak temperature The effects of diffusion can be ruled out. From such a viewpoint, it is more preferable to set the thickness of the test piece to 0.3 mm or less.

[ステップS1:試験片水素導入工程]
試験片水素導入工程においては、試験片の水素補足サイトに水素を十分に補足させるために試験片としての鋼材に水素を導入する。この際、前記試験片としては、上述したように様々な成形加工が施された複数の試験片を用いることが好ましい。導入された水素は、試験片中に存在する水素捕捉サイトに捕捉される。
[Step S1: Test piece hydrogen introduction step]
In the test piece hydrogen introduction step, hydrogen is introduced into a steel material as a test piece in order to cause the hydrogen capture site of the test piece to sufficiently capture hydrogen. At this time, as the test piece, it is preferable to use a plurality of test pieces subjected to various forming processes as described above. The introduced hydrogen is captured at the hydrogen capture site present in the test piece.

水素の導入には、鋼材に水素を導入できる方法であれば、任意の方法を用いることができる。好適に用いることが出来る水素導入方法としては、試験片を塩酸等の酸溶液に浸漬する酸浸漬法、電解液中で試験片を陰極、白金等を陽極とし、陰極と陽極の間に電流を流すことにより溶液を電気分解し、その際に発生した水素を鋼材中に導入する陰極チャージ法、中性塩化物水溶液の散布と温度、湿度を制御した環境で乾湿を繰り返すことによって鋼材に腐食を発生させ、腐食反応に起因して発生する水素を鋼材中に導入する複合サイクル法、試験片を実際の大気環境下に設置し、自然環境下で生じる腐食反応に起因して発生する水素を鋼材中に導入する大気暴露法等が挙げられる。ただし、複合サイクル法と大気暴露法は、水素の導入に要する時間が長期間にわたるとともに、腐食反応によって鋼材中に侵入する水素量が0.1〜0.9質量ppm程度と微量であるため、形成される水素捕捉サイトに十分に水素が満たされない場合がある。したがって、試験時間の短縮および鋼材中の水素量制御の観点からは、試験片に対する水素の導入方法として酸浸漬法または陰極チャージ法を用いることが好ましい。   For the introduction of hydrogen, any method can be used as long as hydrogen can be introduced into the steel material. As a hydrogen introducing method which can be suitably used, an acid immersion method in which a test piece is immersed in an acid solution such as hydrochloric acid, a test piece as a cathode in an electrolytic solution, platinum as an anode and a current between the cathode and the anode. The solution is electrolyzed by flowing, and the cathode charge method in which the hydrogen generated at that time is introduced into the steel material, corrosion of the steel material is repeated by repeated application of neutral chloride aqueous solution and drying and wetting in a controlled temperature and humidity environment. Combined cycle method of generating hydrogen and introducing hydrogen generated due to corrosion reaction into steel materials, installing test pieces under actual atmospheric environment, and generating hydrogen caused due to corrosion reaction occurring under natural environment steel materials The air exposure method etc. which are introduced in can be mentioned. However, in the combined cycle method and the atmospheric exposure method, the time required for introducing hydrogen is extended for a long time, and the amount of hydrogen entering the steel material due to the corrosion reaction is as small as about 0.1 to 0.9 mass ppm, There are cases where the formed hydrogen capture site is not sufficiently filled with hydrogen. Therefore, from the viewpoint of shortening the test time and controlling the amount of hydrogen in the steel, it is preferable to use the acid immersion method or the cathode charge method as a method of introducing hydrogen to the test piece.

試験片中の水素は拡散によって試験片外へ脱離する可能性があるため、水素導入後は迅速に液体窒素中などの極低温中に試験片を保管し、鋼材からの水素脱離を抑制することが好ましい。   Since hydrogen in the test piece may be released out of the test piece by diffusion, the test piece is stored rapidly in a cryogenic temperature such as in liquid nitrogen after hydrogen introduction, and hydrogen desorption from the steel material is suppressed It is preferable to do.

[ステップS2:試験片水素量測定工程]
試験片水素量測定工程では、上記試験片水素導入工程において水素が導入された試験片中の水素量を測定する。水素量の測定には、鋼材中の水素を測定できる方法であれば、任意の方法を用いることができる。好適に使用できる水素量測定方法としては、例えば、試験片の温度を上昇させて鋼材中の水素を脱離させる昇温脱離分析法(TDA)や、試験片を透過してくる水素量から鋼材中の水素濃度を求める電気化学的水素透過法などが挙げられる。中でも、試験片の事前準備が容易であり、非特許文献2に示されているように、水素脱離ピークと水素捕捉サイトを関連づけることができる昇温脱離分析法を用いることが好ましい。
[Step S2: Test Piece Hydrogen Amount Measurement Step]
In the test piece hydrogen amount measurement step, the amount of hydrogen in the test piece to which hydrogen is introduced in the test piece hydrogen introduction step is measured. For the measurement of the amount of hydrogen, any method can be used as long as it can measure hydrogen in the steel material. As a method of measuring the amount of hydrogen that can be suitably used, for example, a temperature-induced desorption analysis (TDA) in which the temperature of the test piece is increased to desorb hydrogen in the steel material, or from the amount of hydrogen permeating the test piece The electrochemical hydrogen permeation method etc. which ask for hydrogen concentration in steel materials are mentioned. Above all, it is preferable to use a thermal desorption analysis method in which the preparation of the test piece is easy and the hydrogen desorption peak and the hydrogen trapping site can be correlated as shown in Non-patent Document 2.

試験片中に導入した水素が逃散することを防止するために、試験片水素量測定工程は、試験片水素導入工程終了後、速やかに実施することが好ましい。上述したように液体窒素中に試験片を浸漬した場合は、液体窒素から取り出した後、速やかに試験片水素量測定工程を実施することが好ましい。   In order to prevent the hydrogen introduced into the test piece from escaping, it is preferable to carry out the test piece hydrogen amount measurement step immediately after the test piece hydrogen introduction step. As described above, when the test piece is immersed in liquid nitrogen, it is preferable to immediately carry out the test piece hydrogen amount measuring step after taking it out of the liquid nitrogen.

試験片中の水素量の測定に昇温脱離分析法を用いる場合、試験片から放出される水素を定量する方法としては、例えば、ガスクロマトグラフィを用いることができる。定量にガスクロマトグラフィを用いた昇温脱離分析法の装置としては、例えば、昇温式水素分析装置〈ガスクロマトグラフタイプ〉(JTF−20A)が挙げられる。   In the case of using a thermal desorption analysis to measure the amount of hydrogen in a test piece, gas chromatography can be used as a method of quantifying hydrogen released from the test piece, for example. As an apparatus of the temperature programmed desorption analysis method using gas chromatography for the determination, for example, a temperature rising hydrogen analyzer <gas chromatograph type> (JTF-20A) may be mentioned.

昇温脱離分析法を用いる場合の測定条件としては、昇温速度を25℃/h以上400℃/h以下とすることが好ましい。これは、昇温速度が25℃/h未満であると、拡散性水素の測定に非常に時間がかかって効率が悪化し、昇温速度が400℃/hを超えると、水素脱離ピークを分離できない場合があるからである。なお、測定効率の観点からは、昇温速度を50℃/h以上200℃/h以下とすることがより好ましい。また、拡散性水素の定量は、室温〜300℃までの温度範囲で試験片から放出される水素の全量(積分値)を対象とするとすることが好ましい。なお、拡散性水素の一部は室温以下から脱離するものもあるため、−50℃〜300℃までの温度範囲で放出される水素の全量(積分値)とすることがより好ましい。   As measurement conditions in the case of using a temperature programmed desorption analysis method, it is preferable to set a temperature rising rate to 25 ° C./h or more and 400 ° C./h or less. This is because if the heating rate is less than 25 ° C./h, measurement of diffusible hydrogen takes a very long time and the efficiency deteriorates, and if the heating rate exceeds 400 ° C./h, the hydrogen desorption peak is It is because it may be impossible to separate. From the viewpoint of measurement efficiency, it is more preferable to set the heating rate to 50 ° C./h or more and 200 ° C./h or less. In addition, it is preferable that quantitative determination of diffusible hydrogen be performed on the total amount (integrated value) of hydrogen released from the test piece in a temperature range of room temperature to 300 ° C. In addition, since some diffusible hydrogen desorbs from room temperature or less, it is more preferable to set it as the total amount (integrated value) of hydrogen discharge | released in the temperature range to -50 degreeC-300 degreeC.

[ステップS3:水素捕捉サイト同定工程]
水素捕捉サイト同定工程では、試験片に複数存在する水素捕捉サイトを同定する。本工程における水素捕捉サイトの同定方法を、図2の例を参照しながら説明する。
[Step S3: Hydrogen Capture Site Identification Step]
In the hydrogen capture site identification step, a plurality of hydrogen capture sites present in the test piece are identified. The method of identifying the hydrogen trapping site in this step will be described with reference to the example of FIG.

図2は、様々な試験片を昇温脱離分析法によって分析した際に得られる水素脱離曲線を示す模式図である。図2中、左側に示した3つのピークは、圧下率が異なる圧延によってひずみを付与した3つの試験片における水素脱離ピークを示しており、圧下率の増大とともにピークが大きくなっている。圧延によって増大する主な欠陥は転位であるため、この水素脱離ピークは転位に捕捉された水素に起因すると同定される。また、図2中、右側に示した3つのピークは、結晶粒径が異なる3つの試験片における水素脱離ピークを示しており、結晶粒径が細かくなるほどピークが大きくなっている。結晶粒微細化によって増大する捕捉サイトは粒界であると推察されるため、この水素脱離ピークは粒界に捕捉された水素に起因すると同定される。   FIG. 2 is a schematic view showing hydrogen desorption curves obtained when various test pieces are analyzed by thermal desorption analysis. In FIG. 2, three peaks shown on the left side show hydrogen desorption peaks in three test pieces to which strain is applied by rolling at different reduction ratios, and the peaks become larger as the reduction ratio increases. Since the main defect that is increased by rolling is dislocation, this hydrogen desorption peak is identified as attributed to hydrogen trapped in the dislocation. Further, three peaks shown on the right side in FIG. 2 indicate hydrogen desorption peaks in three test pieces having different crystal grain sizes, and the peaks become larger as the crystal grain size becomes finer. Since the capture site increased by grain refinement is presumed to be a grain boundary, this hydrogen desorption peak is identified as originating from hydrogen trapped at the grain boundary.

このように、昇温脱離分析法によって得られる、水素捕捉サイトに対応した水素脱離ピーク温度と温度幅のデータは、遅れ破壊を評価するための見本・基準となるデータとなる。その後の解析を容易にするためには水素脱離ピークを正規分布(ガウス関数)でフィッティングすることが好ましい。   As described above, the data of the hydrogen desorption peak temperature and the temperature width corresponding to the hydrogen trapping site obtained by the temperature programmed desorption analysis method become data serving as a sample / reference for evaluating delayed fracture. In order to facilitate the subsequent analysis, it is preferable to fit the hydrogen desorption peak with a normal distribution (Gaussian function).

また、昇温脱離分析法によって得られる水素脱離速度と温度のグラフでは、図2のように異なる温度域に複数の水素脱離ピークが観察される場合がある。水素脱離ピークの脱離温度は各欠陥と水素との結合エネルギーに依存するため、水素脱離ピークが複数存在する場合は、複数の水素捕捉サイトが存在することになる。   Further, in the graph of hydrogen desorption rate and temperature obtained by the temperature programmed desorption analysis method, a plurality of hydrogen desorption peaks may be observed in different temperature ranges as shown in FIG. Since the desorption temperature of the hydrogen desorption peak depends on the binding energy of each defect and hydrogen, when there are a plurality of hydrogen desorption peaks, there will be a plurality of hydrogen trapping sites.

[[水素脱離曲線のフィッティング]]
前述のように、水素脱離曲線に現れる水素脱離ピークの温度は、水素捕捉サイトによって異なるため、水素脱離ピークから水素捕捉サイトの同定が可能である。しかし、水素脱離ピークは一定の温度の幅を有するため、各々の水素脱離ピークの温度帯が近い場合、水素脱離曲線がそれぞれの水素脱離ピークの重ね合わせとして測定される場合がある。その場合は、非特許文献3に示すように既に得られた水素脱離ピークと水素捕捉サイトが対応付けられた正規分布の重ね合わせとして水素脱離曲線をフィッティングすることが好ましい。水素脱離曲線がそれぞれの水素脱離ピークの重ね合わせとして測定された場合においても、正規分布としてフィッティングすることによって各水素脱離ピークの水素量を数値的に算出可能である。
[[Fitting of hydrogen desorption curve]]
As described above, since the temperature of the hydrogen desorption peak appearing in the hydrogen desorption curve differs depending on the hydrogen trapping site, it is possible to identify the hydrogen trapping site from the hydrogen desorption peak. However, since the hydrogen desorption peak has a constant temperature range, the hydrogen desorption curve may be measured as the superposition of the respective hydrogen desorption peaks when the temperature zones of the respective hydrogen desorption peaks are close. . In that case, it is preferable to fit the hydrogen desorption curve as superposition of the normal distribution in which the hydrogen desorption peak and the hydrogen trapping site are already obtained as shown in Non-Patent Document 3. Even when the hydrogen desorption curve is measured as superposition of the respective hydrogen desorption peaks, it is possible to numerically calculate the hydrogen amount of each hydrogen desorption peak by fitting as a normal distribution.

水素脱離曲線をいくつかの正規分布の水素脱離ピークとしてフィッティングする際には、例えば、Microsoft(登録商標)社のExcel(登録商標)等の表計算ソフトウェア上で、任意の温度とピーク温度およびピーク幅を決定し、実際の水素脱離曲線と一致するようにフィッティングすることができる。また、自動でフィッティングを行うことができるソフトウェアを用いてもよい。なお、正規分布としてフィッティングする場合は、必ずしも完全に一致させる必要はなく、評価結果に悪影響を及ぼさない程度の差異は許容される。   When fitting a hydrogen desorption curve as several normally distributed hydrogen desorption peaks, any temperature and peak temperature may be used, for example, on spreadsheet software such as Microsoft® Excel®. And peak width can be determined and fitted to match the actual hydrogen desorption curve. Alternatively, software that can automatically perform fitting may be used. In addition, when fitting as a normal distribution, it is not necessary to make it completely correspond, and the difference of the grade which does not have a bad influence on an evaluation result is accept | permitted.

上記方法を用いれば、転位、結晶粒界、原子空孔、析出物、炭化物、異相界面などの鋼材中の各種の水素捕捉サイトを同定することが可能であり、各水素捕捉サイトに起因する水素脱離ピークの水素量を独立して測定・算出可能である。   By using the above method, it is possible to identify various hydrogen trapping sites in steel materials such as dislocations, grain boundaries, atomic vacancies, precipitates, carbides, heterophase interfaces, etc. The amount of hydrogen of the desorption peak can be measured and calculated independently.

昇温脱離分析法における水素脱離ピーク温度と温度幅は、測定する時の昇温速度および試験片の板厚、表面被覆、めっき等の表面状態に依存する。そのため既知の水素脱離ピーク温度と温度幅のデータを用いて水素捕捉サイトの同定を行う場合は、昇温速度および試験片の板厚、表面被覆、めっき等の表面状態が同一の鋼材を使用することが好ましい。   The hydrogen desorption peak temperature and temperature width in the temperature programmed desorption analysis method depend on the temperature rising rate at the time of measurement and the surface condition of the plate thickness of the test piece, surface coating, plating and the like. Therefore, when identifying hydrogen trapping sites using known hydrogen desorption peak temperature and temperature width data, steel materials with the same temperature conditions such as temperature rise rate, plate thickness of test pieces, surface coating, plating, etc. are used It is preferable to do.

[ステップS4:遅れ破壊組織同定工程]
遅れ破壊組織同定工程では、試験片中の各水素捕捉サイトと遅れ破壊の対応関係に基づいて遅れ破壊に影響する組織(以下、「遅れ破壊組織」ともいう)を同定する。例えば、遅れ破壊試験(材料中に水素が存在する状態または水素を添加しながら、一定荷重を試験片に負荷し、前記試験片のうち、予め定めた限界時間までの破断の有無を確認する試験)において、破断した試験片と未破断の試験片の水素量を測定する。両試験片の水素量を前述のような方法を用いて水素捕捉サイトの組織毎に分離し、比較をすることで遅れ破壊組織を推測することができる。
[Step S4: Delayed fracture tissue identification process]
In the delayed fracture tissue identification step, a tissue that influences delayed fracture (hereinafter also referred to as “delayed fracture tissue”) is identified based on the correspondence between each hydrogen capture site in the test piece and the delayed fracture. For example, a delayed fracture test (a test in which a constant load is applied to a test piece while hydrogen is present in a material or in the presence of hydrogen, and the presence or absence of breakage of the test piece to a predetermined limit time is confirmed) Measure the hydrogen content of the broken test piece and the unbroken test piece. It is possible to estimate the delayed fractured structure by separating the hydrogen content of both test pieces for each tissue of the hydrogen capture site using the method as described above and comparing them.

図3を参照しながら試験片中の遅れ破壊組織を同定する方法を説明する。図3は、遅れ破壊試験において破断した試験片と未破断の試験片の水素量を測定し、水素捕捉サイトの組織毎に分離し、各捕捉サイトに捕捉された水素量を比較したグラフである。なお、この試験片の主な捕捉サイトは転位とマルテンサイト組織界面の二つであり、両試験片のひずみ量と荷重の負荷応力は同じであり、導入された水素量のみが異なる。未破断材と破断材の水素量を比較すると、未破断材はマルテンサイト組織界面にのみ水素が捕捉されていることがわかる。一方で、破断材は転位にも水素が捕捉されている。すなわち、転位に水素が捕捉されることで材料が脆化しやすくなると考えられ、本試験片の遅れ破壊に影響する組織は転位であると推定できる。   A method for identifying delayed fractured tissue in a test piece will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the amount of hydrogen in a broken test piece and a non-broken test piece in the delayed fracture test, and separating the hydrogen trapping site by tissue and comparing the amount of hydrogen trapped in each trapping site . The main capture sites of this test piece are two, dislocation and martensitic structure interface, the strain amount of the test piece and the load stress of the load are the same, and only the introduced hydrogen amount is different. Comparing the amount of hydrogen between the unbroken material and the broken material, it can be seen that the unbroken material has hydrogen trapped only at the martensitic structure interface. On the other hand, in the fracture material, hydrogen is also trapped in dislocations. That is, it is considered that the material is easily embrittled by the capture of hydrogen in dislocations, and the structure that affects the delayed fracture of the present test piece can be estimated to be dislocations.

上記の例では、転位が脆化に影響する捕捉サイトであるが、他の試験片の場合は他の組織が脆化に影響する組織である場合もある。また、脆化に影響する組織が複数の場合もあるが、前述の方法を用いて、水素捕捉サイトの水素量と、遅れ破壊発生の有無を対応付けることで、その他の脆化に影響する組織を推定することが可能である。このように、これまでは水素量の大小のみで遅れ破壊の有無が評価されていたが、本発明の方法を用いることで脆化に影響する組織のみの水素量に基づいて遅れ破壊を評価できる。   In the above example, dislocations are capture sites that affect embrittlement, but in the case of other specimens, other tissues may be tissues that affect embrittlement. In addition, there may be a plurality of tissues that affect embrittlement, but using the method described above, by correlating the amount of hydrogen at the hydrogen capture site with the presence or absence of delayed fracture, the other tissues that affect embrittlement are It is possible to estimate. Thus, although the presence or absence of delayed fracture has been evaluated based on only the amount of hydrogen so far, the method of the present invention can be used to evaluate delayed fracture based on the amount of hydrogen of only a tissue that affects embrittlement. .

なお、同じ種類の材料からなる複数の試料片について評価を行う場合、同種の材料では遅れ破壊組織も同じであるため、一度遅れ破壊組織を同定した後は、ステップS1〜S4を省略し、ステップS5以降のみを実施することも可能である。   When evaluating a plurality of sample pieces of the same type of material, since the delayed fractured tissue is the same for the same kind of material, steps S1 to S4 are omitted after the delayed fractured tissue is identified once, and the steps are performed. It is also possible to implement only S5 or later.

[ステップS5:限界拡散性水素量導出工程]
限界拡散性水素量導出工程では、試験片中に水素が存在する状態または前記試験片に水素を添加しながら、該試験片に一定荷重を負荷し、試験期間中に予め定めた限界時間まで破断が発生しなかった試験片の拡散性水素量を限界拡散性水素量として測定する。本工程によって、ある負荷応力での鋼の破断に至る限界拡散性水素量を求めることができる。
[Step S5: Process of Deriving Critical Diffusible Hydrogen Amount]
In the critical diffusive hydrogen amount deriving step, a constant load is applied to the test piece while hydrogen is present in the test piece or in a state where hydrogen is present in the test piece, and the test piece is broken up to a predetermined limit time. The amount of diffusible hydrogen of the test piece which did not generate is measured as the amount of diffusible hydrogen. By this process, the amount of critical diffusible hydrogen leading to the fracture of the steel under a certain applied stress can be determined.

限界拡散性水素量の測定は、例えば、特許文献1および特許文献2に記載されているような、U曲げボルト締め試験や、単軸引張などの一定荷重引張りによる方法で行うことができる。鋼材中の水素量の測定は、試験片の温度を上昇させて鋼材中の水素を脱離させる昇温脱離分析法や、試験片を透過してくる水素から鋼材中の水素濃度を測定する電気化学的水素透過法などがあるが、試験片の事前準備が容易であり、水素脱離ピークと水素捕捉サイトの対応が可能である昇温脱離分析法が好ましい。昇温脱離分析法の好適な態様は、試験片水素量測定工程の説明で述べたものと同様である。   The measurement of the amount of critical diffusive hydrogen can be performed, for example, by a U-bending bolting test as described in Patent Document 1 and Patent Document 2 or a method using constant load tension such as uniaxial tension. The amount of hydrogen in the steel is measured by thermal desorption analysis, which raises the temperature of the test piece to desorb the hydrogen in the steel, and measures the hydrogen concentration in the steel from the hydrogen that permeates the test piece. Although there are electrochemical hydrogen permeation methods and the like, a thermal desorption analysis method is preferred, in which the preparation of the test piece is easy and the correspondence between the hydrogen desorption peak and the hydrogen trapping site is possible. Preferred embodiments of the thermal desorption analysis method are the same as those described in the description of the test piece hydrogen amount measurement step.

[ステップS6:遅れ破壊組織の限界水素量導出工程]
遅れ破壊組織の限界水素量導出工程では、限界拡散性水素量導出工程(ステップS5)において得られた限界拡散性水素量から、遅れ破壊組織同定工程(ステップS4)によって同定された遅れ破壊組織に捕捉された水素量のみを抽出する。本工程によって、遅れ破壊に影響する組織の限界水素量が求められる。すなわち、ある応力下で材料の遅れ破壊組織にどの程度水素が侵入した場合に遅れ破壊が引き起こされるかが求められる。なお、試験片中の脆化に影響する組織が複数ある場合は、その水素量の総量を限界水素量とすることが好ましい。
[Step S6: Process of Deriving Critical Hydrogen Amount of Delayed Fracture Structure]
In the critical hydrogen content deriving process of the delayed fracture structure, the delayed diffusive texture identified in the delayed fracture structure identification process (step S4) is obtained from the critical diffusible hydrogen content obtained in the critical diffusible hydrogen content deriving process (step S5). Extract only the amount of captured hydrogen. By this process, the limit hydrogen amount of the tissue that affects the delayed fracture is obtained. That is, how much hydrogen penetrates into the delayed fracture structure of the material under a certain stress is required to cause delayed fracture. In addition, when there exist multiple structures which affect the embrittlement in a test piece, it is preferable to make the total amount of the amount of hydrogen into a limit hydrogen amount.

遅れ破壊組織に捕捉された水素量のみを抽出する方法は、特に限定されず、任意の方法とすることができる。例えば、限界拡散性水素量導出工程(ステップS5)において、拡散性水素量の測定を昇温脱離分析法によって行った場合は、昇温脱離分析法によって得られる水素脱離曲線(水素脱離速度−温度)を用いて行うことができる。具体的には、限界拡散性水素量導出工程(ステップS5)において得られた水素脱離曲線に対して、前述の「水素脱離曲線のフィッティング」を適用し、捕捉サイト毎の水素脱離ピークに分離する。その後、遅れ破壊組織同定工程(ステップS4)で決定された遅れ破壊組織に捕捉された組織の水素量を算出する。この値が本試験片における限界水素量であり、この値を用いて他のひずみ量や他の鋼種と比較することが本発明の特徴である。   The method for extracting only the amount of hydrogen trapped in the delayed fractured tissue is not particularly limited, and may be any method. For example, in the critical diffusive hydrogen amount deriving step (step S5), when the measurement of the diffusible hydrogen amount is performed by a thermal desorption analysis method, a hydrogen desorption curve (hydrogen It can be carried out using the release rate-temperature). Specifically, the above-mentioned "fitting of the hydrogen desorption curve" is applied to the hydrogen desorption curve obtained in the critical diffusive hydrogen amount deriving step (step S5), and the hydrogen desorption peak for each capture site is obtained. To separate. Thereafter, the amount of hydrogen in the tissue captured by the delayed fractured tissue determined in the delayed fractured tissue identification step (step S4) is calculated. This value is the limit hydrogen amount in the present test piece, and it is a feature of the present invention to use this value to compare with other strain amounts and other steel types.

さらに本発明者は種々の検討を行った結果、異なる成形様式でも、鋼材の水素脆化に影響する組織にだけ捕捉された水素量は、応力とひずみが同一であれば、遅れ破壊を引き起こす限界水素量が同値であることを見出した。すなわち、応力とひずみが同一であれば異なる成形様式でも同一の限界水素量を定義できるため、課題である種々の方法で限界拡散性水素量を求め、材料毎に定義する必要がなく、試験が簡便になることが特徴である。   Furthermore, as a result of various studies by the inventor, the amount of hydrogen trapped only in the structure that affects hydrogen embrittlement of steel materials is a limit that causes delayed fracture if stress and strain are the same, even in different forming modes. It was found that the amount of hydrogen was the same value. That is, since the same limit hydrogen amount can be defined even in different forming styles as long as stress and strain are the same, it is not necessary to obtain the limit diffusible hydrogen amount by various methods which is a task, and to define for each material. It is characterized by being simple.

応力とひずみが同一であれば、異なる成形様式でも同一の限界水素量を決定できるため、限界拡散性水素量導出工程(ステップS5)では、ひずみ量の算出や試験片の加工が簡便である単軸引張による限界水素量の測定を行うことが好ましい。しかし、本発明は単軸引張試験法での限界水素量算出に限ったものではなく、U曲げやボルト締め試験など、材料中に水素が存在する状態または水素を添加しながら、一定荷重を試験片に負荷し、予め定めた限界時間まで破断が発生しなかった試験片の水素量から限界水素量を算出できる方法であれば、如何なる方法も利用することができる。   If the stress and strain are the same, the same limit hydrogen amount can be determined even in different forming styles. Therefore, in the critical diffusive hydrogen amount deriving step (step S5), it is simple to calculate the strain amount and to process the test piece. It is preferable to measure the limit hydrogen amount by axial tension. However, the present invention is not limited to the calculation of the limit hydrogen amount in the uniaxial tension test method, and tests a constant load while hydrogen is present or hydrogen is added to the material, such as a U-bending or bolting test. Any method can be used as long as it is a method of loading the piece and calculating the limit amount of hydrogen from the amount of hydrogen of the test piece which did not generate breakage until a predetermined limit time.

次に、実施例に基づいて、さらに具体的に説明する。本実施例では、試験片として、TS:1180MPa級フェライト−マルテンサイト鋼(DP鋼)を、参考試験片としてフェライト鋼(IF鋼)を、それぞれ用いた。前記試験片および参考試験片の厚さは0.3mmとした。これらの試験片にひずみを真ひずみで0〜0.5付与した。   Next, based on an example, it explains still more concretely. In this example, a TS: 1180 MPa grade ferrite-martensitic steel (DP steel) was used as a test piece, and a ferritic steel (IF steel) was used as a reference test piece. The thickness of the test piece and the reference test piece was 0.3 mm. Strains of 0 to 0.5 were applied to these test pieces in true strain.

試験片水素導入工程(ステップS1)における水素導入は、陰極チャージ法により行った。前記陰極チャージは、3質量%NaCl+3質量% NHSCN溶液中、電流密度:30A/mで24時間電解することにより行い、これにより、上記試験片に水素を導入した。試験片中の水素は拡散によって試験片外へ脱離する可能性があるため、水素導入後は迅速に液体窒素の極低温中に試験片を保管した。 Hydrogen introduction in the test piece hydrogen introduction step (step S1) was performed by the cathode charge method. The cathode charge was performed by electrolysis for 24 hours at a current density of 30 A / m 2 in a 3 mass% NaCl + 3 mass% NH 4 SCN solution, whereby hydrogen was introduced to the test piece. Since hydrogen in the test piece may be released to the outside of the test piece by diffusion, the test piece was stored quickly in the cryogenic temperature of liquid nitrogen after hydrogen introduction.

試験片水素量測定工程(ステップS2)では、昇温脱離分析法を用いた。昇温脱離分析には、低温型昇温式水素分析装置を用いた。昇温脱離分析は200℃/hの昇温速度で−50℃から300℃までの温度範囲で行った。その際は、試験片中に導入した水素が逃散することを防止するために、液体窒素中に凍結したサンプルを速やかに低温型昇温式水素分析装置で測定した。   In the test piece hydrogen amount measurement step (step S2), a temperature programmed desorption analysis method was used. For the temperature programmed desorption analysis, a low temperature type temperature rising hydrogen analyzer was used. Thermal desorption analysis was performed at a temperature rising rate of 200 ° C./h in a temperature range of −50 ° C. to 300 ° C. In that case, in order to prevent the hydrogen introduced into the test piece from escaping, the sample frozen in liquid nitrogen was promptly measured by a low-temperature temperature rising hydrogen analyzer.

限界拡散性水素量導出工程(ステップS5)における限界拡散性水素量の導出は、単軸引張試験法とカップ絞り試験法の二種の試験法で行った。単軸引張試験片のひずみは圧延で付与し、カップ絞り試験は絞りによりひずみを付与した。カップ絞りのひずみ量は有限要素法により算出した。単軸引張試験法とカップ絞り試験法の破壊起点応力が900MPaとなるように設定し、単軸引張試験では荷重を2.6kNとした。   Derivation of the limit diffusible hydrogen amount in the limit diffusible hydrogen amount deriving step (step S5) was performed by two types of test methods of the uniaxial tensile test method and the cup reduction test method. The strain of the uniaxial tensile test specimen was applied by rolling, and the cup squeeze test applied strain by squeezing. The amount of strain in the cup reduction was calculated by the finite element method. The fracture starting point stress in the uniaxial tensile test method and the cup drawing test method was set to 900 MPa, and the load was 2.6 kN in the uniaxial tensile test.

限界拡散性水素量導出工程(ステップS5)における水素導入条件は、陰極水素チャージ法の場合は3質量%NaCl+3g/L NHSCN溶液中で1〜10A/mとし、塩酸浸漬ではpH1〜4の溶液中で水素を導入した。まず本荷重で遅れ破壊が発生する程度に水素を導入し、この条件から徐々に水素導入条件を減少させ、100時間以上でも破壊が発生しない条件で導入された試験片の水素量を昇温脱離分析法によって測定し、破壊限界の水素量を有する試験片からの水素脱離曲線を得た。 The hydrogen introduction conditions in the critical diffusive hydrogen amount deriving step (step S5) are 1 to 10 A / m 2 in 3% by mass NaCl + 3 g / L NH 4 SCN solution in the cathodic hydrogen charging method, and pH 1 to 4 in hydrochloric acid immersion The hydrogen was introduced in the solution of First, hydrogen is introduced to the extent that delayed fracture occurs under this load, the hydrogen introduction condition is gradually reduced from this condition, and the hydrogen amount of the specimen introduced under the condition that destruction does not occur even for 100 hours or more is increased by heating The hydrogen desorption curve was obtained from a test piece having a hydrogen content at the fracture limit, which was measured by desorption analysis.

前記昇温脱離分析には、低温型昇温式水素分析装置を用いた。昇温脱離分析は200℃/hの昇温速度で−50℃から300℃までの温度範囲で行った。   A low temperature type temperature rising hydrogen analyzer was used for the temperature rising desorption analysis. Thermal desorption analysis was performed at a temperature rising rate of 200 ° C./h in a temperature range of −50 ° C. to 300 ° C.

次に、破壊限界の水素量を有する試験片からの水素脱離曲線を、Microsoft(登録商標)社のExcel(登録商標)等の表計算ソフトウェア上で、いくつかの正規分布でフィッティングし、その中で遅れ破壊に影響する組織からの水素量のみを抽出した。最後に、得られた遅れ破壊に影響する組織からの水素量とひずみ量の関係を、単軸引張試験法とカップ絞り試験法の二種で比較した。なお、本発明はこれに限るものでなく、その他の鋼材および水素添加方法においても評価可能な遅れ破壊評価法である。   Next, a hydrogen desorption curve from a test piece having a hydrogen content at the limit of destruction is fitted with several normal distributions on spreadsheet software such as Microsoft (registered trademark) Excel (registered trademark), Among them, only the amount of hydrogen from the tissue affecting the delayed destruction was extracted. Finally, the relationship between the amount of hydrogen and the amount of strain from the structure that affects the delayed fracture obtained was compared in the uniaxial tension test method and the cup reduction test method. The present invention is not limited to this, and is a delayed fracture evaluation method that can be evaluated also with other steel materials and hydrogenation methods.

図4に、水素捕捉サイト同定工程(ステップS3)において水素捕捉サイトを同定した手順を示す。図4(a)は、フェライト鋼(IF)における水素脱離曲線である。フェライト鋼では、圧延によりPeak Aが急激に上昇することから、Peak Aは「転位」の水素脱離ピークであると同定した。また、水素量は少ないものの、第2のピーク(Peak B)が存在し、Peak Bの大きさは圧延により増大した。このPeak Bは低温で焼き戻す(200℃)ことで消滅することから、熱的に不安定な欠陥とされる「空孔クラスター」あると同定した。このように熱処理等によって水素捕捉サイトを増減させることによって、水素捕捉サイトを同定することも可能である。   FIG. 4 shows the procedure for identifying the hydrogen capture site in the hydrogen capture site identification step (step S3). FIG. 4 (a) is a hydrogen desorption curve in a ferritic steel (IF). In the ferritic steel, Peak A was identified as the “dislocation” hydrogen desorption peak because Peak A was rapidly raised by rolling. Although the amount of hydrogen was small, a second peak (Peak B) was present, and the size of Peak B was increased by rolling. Since this Peak B disappears by being tempered (200 ° C.) at a low temperature, it was identified as a “vacancy cluster” which is regarded as a thermally unstable defect. Thus, it is also possible to identify a hydrogen capture site by increasing or decreasing the hydrogen capture site by heat treatment or the like.

次いで、図4(b)に示すように、同定された水素脱離ピークのそれぞれをガウス関数でフィッティングすることにより、水素脱離曲線を二つの水素脱離ピークに分離した。   Next, as shown in FIG. 4 (b), the hydrogen desorption curve was separated into two hydrogen desorption peaks by fitting each of the identified hydrogen desorption peaks with a Gaussian function.

次に、IF鋼の測定によって得られたこれらの情報を基にDP鋼における水素脱離曲線を解析する。図4(c)はDP鋼における水素脱離曲線であり、IF鋼の測定によって得られた二つの水素脱離ピークでフィッティングすると図4(d)のようになる。この時、IF鋼とDP鋼では組織が異なるため、IF鋼の水素脱離ピークだけではDP鋼のピークを再現できないが、図4(e)に示すように、その差分がDP鋼特有の水素捕捉サイトに起因する水素脱離ピークとなる。このIF鋼には存在しない捕捉サイトは、フェライト−マルテンサイト鋼の二相組織で顕著であることから、「マルテンサイト組織とフェライト組織の界面」であると同定される(以下、マルテンサイト組織界面と記す)。このようにひずみを付与した1180MPa級フェライト−マルテンサイト鋼には、少なくとも転位、マルテンサイト組織界面、空孔クラスターが水素捕捉サイトとして存在した。   Next, the hydrogen desorption curve in DP steel is analyzed based on the information obtained by measurement of IF steel. FIG. 4 (c) is a hydrogen desorption curve in DP steel, and fitting with two hydrogen desorption peaks obtained by measurement of IF steel is as shown in FIG. 4 (d). At this time, since the structures of IF steel and DP steel are different, the hydrogen desorption peak of IF steel can not reproduce the DP steel peak alone, but as shown in FIG. 4 (e), the difference is hydrogen specific to DP steel It becomes a hydrogen desorption peak due to the capture site. Since the capture sites not present in this IF steel are prominent in the dual phase structure of the ferrite-martensitic steel, they are identified as "the interface between the martensitic structure and the ferrite structure" (hereinafter, the martensitic structure interface Note). At least a dislocation, a martensitic structure interface, and a vacancy cluster are present as hydrogen capture sites in the strained 1180 MPa class ferrite-martensitic steel.

次に、遅れ破壊組織同定工程(ステップS4)について説明する。上記のDP鋼に対して、3質量%NaCl+3g/L NHSCN溶液中において電流密度0.5〜5A/mで水素を発生させ、1125kNを付与する定荷重試験を行った。その結果、電流密度0.5A/mでは破断しなかったが、5A/mでは破断した。図5に、前述と同様の条件で昇温脱離分析を行ってこれら試験片の水素量を測定し、各水素脱離ピークに対応する水素量を算出した結果を示す。未破断材と破断材の水素量を比較すると、未破断材はマルテンサイト組織界面にのみ水素が捕捉されていることがわかる。一方で、破断材は転位に多くの水素が捕捉されている。すなわち、転位に水素が捕捉されることで材料が脆化しやすくなると考えられ、試験片の遅れ破壊に影響する組織は転位であると推定できる。この結果に基づき、転位に捕捉された水素量を抽出した。以下、この値を「限界転位水素量」と呼ぶ。 Next, the delayed fracture tissue identification step (step S4) will be described. The DP steel described above was subjected to a constant load test of generating 1125 kN by generating hydrogen at a current density of 0.5 to 5 A / m 2 in a 3 mass% NaCl + 3 g / L NH 4 SCN solution. As a result, it did not break at a current density of 0.5 A / m 2 but at 5 A / m 2 . FIG. 5 shows the results of calculating the amount of hydrogen in these test pieces by performing thermal desorption analysis under the same conditions as described above, and calculating the amount of hydrogen corresponding to each hydrogen desorption peak. Comparing the amount of hydrogen between the unbroken material and the broken material, it can be seen that the unbroken material has hydrogen trapped only at the martensitic structure interface. On the other hand, the fracture material has a large amount of hydrogen trapped at dislocations. That is, it is considered that the material is easily embrittled by the capture of hydrogen in dislocations, and the structure that affects the delayed fracture of the test piece can be estimated to be dislocations. Based on this result, the amount of hydrogen trapped in the rearrangement was extracted. Hereinafter, this value is referred to as "limit dislocation hydrogen content".

比較のために、上記実施例と同様の試験片について、従来の方法で限界拡散性水素量を測定した(比較例)。図6に、上記実施例における限界転位水素量と、比較例における限界拡散性水素量の、ひずみとの関係を示す。   For comparison, the limit diffusible hydrogen amount was measured by the conventional method on the same test piece as the above example (comparative example). FIG. 6 shows the relationship between the amount of critical dislocation hydrogen in the above example and the amount of critical diffusible hydrogen in the comparative example with respect to strain.

図6から分かるように、比較例においては、カップ絞り法と単軸引張では付与したひずみは同値であっても、限界拡散性水素量は異なる。一方、上述のようにして本発明の方法で求めた「限界転位水素量」は、ひずみによらず約0.5質量ppmであった。すなわち、この実施例において試験片として用いた鋼材は、転位に捕捉された水素量が0.5質量ppm以下の場合は破断しないことになる。さらに、実施例においては、カップ絞り法における限界転位水素量と単軸引張試験法における限界転位水素量は一致するため、どちらか一方の荷重負荷方法でも同一に評価可能である。なお、一般的にはカップ絞り法は特別な装置が必要なため、単軸引張試験法で評価することが簡便であり、好ましい。   As can be seen from FIG. 6, in the comparative example, the amount of critical diffusible hydrogen is different even if the applied strain is the same in the cup drawing method and uniaxial tension. On the other hand, the “limit dislocation hydrogen content” determined by the method of the present invention as described above was about 0.5 mass ppm regardless of strain. That is, the steel material used as a test piece in this example will not break when the amount of hydrogen trapped in dislocation is 0.5 mass ppm or less. Furthermore, in the examples, since the critical dislocation hydrogen content in the cup drawing method and the critical dislocation hydrogen content in the uniaxial tensile test method coincide with each other, the same evaluation can be performed using either one of the load loading methods. In addition, since a cup drawing method generally requires a special device, it is convenient to evaluate by a uniaxial tension test method and is preferable.

以上のように、本発明の方法では、応力とひずみが同一であれば、異なる成形様式でも同一の限界水素量を定義できる。そのため、それぞれの試験方法で限界拡散性水素量を求める必要がなく、試験が簡便化可能である。さらに、実環境で入りうる水素とひずみ量の関係が分かれば、遅れ破壊発生の有無が予測可能となり、材料設計の指針となる効果も考えられる。   As described above, in the method of the present invention, if the stress and strain are the same, the same limit hydrogen amount can be defined even in different forming modes. Therefore, it is not necessary to determine the amount of critical diffusive hydrogen in each test method, and the test can be simplified. Furthermore, if the relationship between hydrogen and strain that can enter in a real environment is known, the presence or absence of delayed fracture can be predicted, and the effect of guiding material design can also be considered.

Claims (5)

遅れ破壊を発生させるために試験片としての金属材料に水素を導入する試験片水素導入工程、
前記試験片中の水素量を測定する試験片水素量測定工程、
前記試験片に複数存在する水素捕捉サイトを同定する水素捕捉サイト同定工程、
前記試験片中の各水素捕捉サイトと遅れ破壊の対応関係に基づいて遅れ破壊に影響する組織を同定する遅れ破壊組織同定工程、
前記試験片中に水素が存在する状態または前記試験片に水素を添加しながら、該試験片に一定荷重を負荷し、試験期間中に予め定めた限界時間まで破断が発生しなかった試験片の拡散性水素量を限界拡散性水素量として測定する限界拡散性水素量導出工程、および
前記限界拡散性水素量のうち、遅れ破壊に影響する組織に捕捉された水素量のみを導出する遅れ破壊組織の限界水素量導出工程、を含み、
前記遅れ破壊組織同定工程では、遅れ破壊試験を行って、破断した試験片と破断しなかった試験片の水素量を測定し、該水素量を水素捕捉サイトの組織ごとに分離し、比較することによって遅れ破壊に影響する組織を同定する、金属材料の遅れ破壊評価法。
A test piece hydrogen introduction step of introducing hydrogen into a metal material as a test piece to cause delayed fracture,
A test piece hydrogen amount measuring step of measuring the amount of hydrogen in the test piece,
A hydrogen trapping site identification step of identifying a plurality of hydrogen trapping sites present in the test piece;
A delayed fracture tissue identification step of identifying a tissue that affects the delayed fracture based on the correspondence relationship between each hydrogen trapping site in the test piece and the delayed fracture;
A state in which hydrogen is present in the test piece or while adding hydrogen to the test piece, a constant load is applied to the test piece, and the test piece in which breakage does not occur until a predetermined limit time during the test period The critical diffusive hydrogen amount deriving step of measuring the diffusive hydrogen content as the critical diffusive hydrogen amount, and the delayed fracture structure that derives only the hydrogen amount trapped in the tissue affecting the delayed fracture among the critical diffusive hydrogen amounts. look free limit hydrogen amount derivation step, and
In the delayed fracture tissue identification step, a delayed fracture test is performed to measure the amount of hydrogen of the broken test piece and the non-broken test piece, and the hydrogen amount is separated for each structure of the hydrogen capture site and compared. A delayed fracture evaluation method for metallic materials that identifies the tissue that affects the delayed fracture.
前記水素量に関する情報から、遅れ破壊に関与する組織に由来した水素の情報を分離して、特に転位に捕捉された水素量により遅れ破壊特性を評価する、請求項1に記載の金属材料の遅れ破壊評価法。   2. The delay of the metallic material according to claim 1, wherein information of hydrogen originating from tissues involved in delayed destruction is separated from the information related to the amount of hydrogen, and in particular, the delayed fracture characteristics are evaluated by the amount of hydrogen trapped in dislocations. Failure assessment method. 前記試験片の厚さが0.1mm以上5.0mm以下である、請求項1または2に記載の金属材料の遅れ破壊評価法。   The delayed fracture evaluation method of the metal material according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the test piece is 0.1 mm or more and 5.0 mm or less. 前記限界拡散性水素量導出工程において、拡散性水素量の測定を昇温脱離分析法によって行う、請求項1〜3のいずれか一項に記載の金属材料の遅れ破壊評価法。   The method for evaluating delayed fracture of a metal material according to any one of claims 1 to 3, wherein in the critical diffusive hydrogen amount deriving step, the amount of diffusible hydrogen is measured by a thermal desorption analysis method. 前記昇温脱離分析法において、昇温範囲:−50℃以上300℃以下の水素量を分析する、請求項4に記載の金属材料の遅れ破壊評価法。   The method for evaluating delayed fracture of a metal material according to claim 4, wherein an amount of hydrogen in a temperature rising range: -50 ° C to 300 ° C is analyzed in the temperature rising desorption analysis method.
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