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改良オースフォームを適用したSMn443鋼の高サイクル疲労特性

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改良オースフォームを適用した SMn443 鋼の高サイクル疲労特性
High-Cycle Fatigue Properties for Modified-Ausformed SMn443 Steels
物質・材料研究機構 材料研究所 ○古谷佳之 松岡 三郎
1. 緒言
我々のグループでは、改良オースフォームの適用により ODA1)と組織割れを駆逐することにより、実質的
な欠陥寸法を小さくするという発想のもと、高強度鋼の疲労特性向上に取り組んできた 2)。一連の研究は、ば
ね鋼 SUP12 と低合金鋼 SCM440 を対象に行ってきた。SUP12 鋼では、介在物軟質化と改良オースフォームの
組み合わせにより、1800MPa 級材で内部破壊を克服し、1000MPa の疲労限を実現した。SCM440 鋼では、改
良オースフォームのみで 1600MPa 級材では内部破壊の克服に成功し、2000MPa 級材では、内部破壊が生じた
ものの、1010MPa の疲労限を実現した。
本報では、C-Si-Mn の単純組成である SMn443 鋼の改良オースフォーム材について疲労特性を報告し、前報
の結果と比較することにより、微量成分 Cr、Mo の影響を調べる。
2. 実験方法
供試材は SMn443 鋼(0.42C-0.19Si-1.52Mn mass%)である。改良オースフォーム材は、880℃でγ化した後、
770℃まで空冷し、溝ロール圧延で減面率 30% の加工を加えた直後に水冷して作成した。仕上げ寸法φ 12mm
である。焼戻しは電気炉を用いて行い、引張強度 1400MPa を目標として 400℃× 30min、水冷で焼戻した
AF1400 と引張強度 2000MPa を目標として 200℃× 30min、空冷で焼戻した AF2000 の2材種を作成した。比
較材として、素材をφ 12mm まで下加工した後、880℃× 15min、油冷で焼入れし、400℃× 30min、水冷で焼
き戻した QT1400 と 200℃× 30min、空冷で焼戻した QT2000 の2材種も作成した。疲労試験には軸荷重試験
機である油圧サーボ試験機(50Hz)とクラウゼ型の回転曲げ疲労試験機(120Hz)を使用し、試験片はφ3.5mm
の砂時計型に統一した。
3. 実験結果
(1)各材料のビッカース硬さは AF1400 と QT1400 が HV430 程度、AF2000 と QT2000 が HV570 程度であった。
(2)図1に 1400MPa 級材の S-N 曲線を示す。AF1400 と QT1400 とも回転曲げ試験では内部破壊せず、疲労限
は AF1400 が 770MPa、QT1400 が 740MPa となり同程度の疲労強度になった。ただし、QT1400 の軸荷重試験
では内部破壊が生じた。
(3)図2に2000MPa級材のS-N曲線を示す。AF2000とQT2000では疲労強度に明確な差が現れ、疲労限はAF2000
で 950MPa、QT2000 で 740MPa となった。ただし、AF2000 では全て内部破壊だったのに対し、QT2000 では
ほとんどが表面破壊であった。QT2000 は表面破壊特性が非常に悪いことから、焼入れが不十分だった可能性
がある。
参考文献
1) 村上敬宜、野本哲志、植田徹、村上保夫、大堀学、材料、Vol.48-10、(1999)、p1112.
2) 古谷佳之、松岡三郎、CAMP-ISIJ、Vol.15、(2002)、p569.
1200
Stress amplitude, σa (MPa)
1300
●:A F 1 4 00 - R o t at i n g be n d i n g
■:A F 1 40 0 - A x ia l l o ad i n g
○:Q T 1 4 00 - R o t at i n g be n d i n g
□:Q T 14 0 0 - A xi a l lo a d i n g
1100
A
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Stress amplitude, σa (MPa)
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A
A
A
A
1000
900
800
700 Origin of the fatigue crack
Dashed mark : Surface
Non-dashed mark : Internal
(A: Al2O3 inclusion)
600 4
10
2
2
A
105
106
107
Number of cycles to failure, Nf
Fig.1 S-N curves for 1400MPa-class SMs443 steels.
108
A
900
800
700
AA
A
A
A
A
A
A
Origin of the fatigue crack
Dashed mark : Surface
Non-dashed mark : Internal
(A: Al2O3 inclusion)
600 4
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● : A F 20 0 0 - R ot a t i n g B e n g in g
■ : A F 20 0 0 - A xi a l l oa d i n g
○ : Q T 2 00 0 - R o ta t i n g B e n g i ng
□ : Q T 2 00 0 - A x ia l l o ad i n g
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Number of cycles to failure, Nf
Fig.2 S-N curves for 2000MPa-class SMs443 steels.
Yoshiyuki FURUYA (National Institute for Materials Science, 1-2-1 Sengen, Tsukuba-shi, Ibaraki 305-0047)
108
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