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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024129993
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】ボルトの水素脆化感受性の評価方法
(51)【国際特許分類】
G01N 3/00 20060101AFI20240920BHJP
G01N 17/00 20060101ALI20240920BHJP
G01N 3/08 20060101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
G01N3/00 T
G01N17/00
G01N3/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023039447
(22)【出願日】2023-03-14
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】390038069
【氏名又は名称】株式会社青山製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(72)【発明者】
【氏名】崎山 裕嗣
(72)【発明者】
【氏名】松井 直樹
(72)【発明者】
【氏名】八木 雄大
(72)【発明者】
【氏名】西村 勇樹
(72)【発明者】
【氏名】中嶋 伸吾
【テーマコード（参考）】
2G050
2G061
【Ｆターム（参考）】
2G050AA01
2G050BA04
2G050BA20
2G050DA01
2G050EA10
2G050EB07
2G050EB10
2G061AA17
2G061AB01
2G061AC10
2G061BA05
2G061CA01
2G061CB02
2G061CC05
2G061DA01
2G061DA14
2G061DA16
2G061EA03
2G061EA10
2G061EB02
(57)【要約】
【課題】塑性域締付けされるボルトの水素脆化感受性を、水素チャージ速度が緩やかな水素チャージ方法と組み合わせて評価可能な評価方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法は、鋼製のボルト、及びナットによって、試験治具を締付ける工程と、水素をボルトにチャージする工程と、を備え、ボルトの締付け軸力を、ボルトの降伏締付け軸力Ｆｙを超えてかつ極限締付け軸力Ｆｕ以下とし、ボルトの頭部に接する試験治具の第一面と、ナットに接する試験治具の第二面とがなす角度を、１．０度以上３．０度以下とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の一態様に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法は、鋼製のボルト、及びナットによって、試験治具を締付ける工程と、水素をボルトにチャージする工程と、を備え、ボルトの締付け軸力を、ボルトの降伏締付け軸力Ｆｙを超えてかつ極限締付け軸力Ｆｕ以下とし、ボルトの頭部に接する試験治具の第一面と、ナットに接する試験治具の第二面とがなす角度を、１．０度以上３．０度以下とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼製のボルト、及びナットによって、試験治具を締付ける工程と、
水素を前記ボルトにチャージする工程と、
を備え、
前記ボルトの締付け軸力を、前記ボルトの降伏締付け軸力Ｆｙを超えてかつ極限締付け軸力Ｆｕ以下とし、
前記ボルトの頭部に接する前記試験治具の第一面と、前記ナットに接する前記試験治具の第二面とがなす角度を、１．０度以上３．０度以下とする
ボルトの水素脆化感受性の評価方法。
水素を前記ボルトにチャージする工程と、
を備え、
前記ボルトの締付け軸力を、前記ボルトの降伏締付け軸力Ｆｙを超えてかつ極限締付け軸力Ｆｕ以下とし、
前記ボルトの頭部に接する前記試験治具の第一面と、前記ナットに接する前記試験治具の第二面とがなす角度を、１．０度以上３．０度以下とする
ボルトの水素脆化感受性の評価方法。
【請求項2】
前記ボルトの前記降伏締付け軸力Ｆｙを起点とした、前記ボルトの前記頭部と前記ナットとの締付け回転角を締付け指標として、前記締付け軸力を管理する
ことを特徴とする請求項１に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
ことを特徴とする請求項１に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
【請求項3】
前記ボルトのスナグ点を起点とした、前記ボルトの前記頭部と前記ナットとの締付け回転角を締付け指標として、前記締付け軸力を管理する
ことを特徴とする請求項１に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
ことを特徴とする請求項１に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
【請求項4】
前記ボルトを試験溶液に浸漬すること、又は前記ボルトを腐食環境に曝露することによって、前記水素を前記ボルトにチャージする
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
【請求項5】
前記ボルトの引張強さを８００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下とする
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
【請求項6】
前記ボルトの炭素当量Ｃｅｑを０．３以上１．０以下とする
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
【請求項7】
前記試験治具が、前記ボルトの軸部を挿通させる通し穴を有し、
前記通し穴の中心軸に垂直な面である基準面と、前記第一面とがなす角度を、実質的に０度とし、
前記基準面と、前記第二面とがなす角度を１．０度以上３．０度以下とする
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
前記通し穴の中心軸に垂直な面である基準面と、前記第一面とがなす角度を、実質的に０度とし、
前記基準面と、前記第二面とがなす角度を１．０度以上３．０度以下とする
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
【請求項8】
前記試験治具が、前記ボルトの軸部を挿通させる通し穴を有し、
前記通し穴の中心軸に垂直な面である基準面と、前記第一面とがなす角度を０度超とし、
前記基準面と、前記第二面とがなす角度を０度超とし、
前記基準面に対する前記第一面の傾斜方向と、前記基準面に対する前記第二面の傾斜方向とがなす角度を３．０度以下とする
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
前記通し穴の中心軸に垂直な面である基準面と、前記第一面とがなす角度を０度超とし、
前記基準面と、前記第二面とがなす角度を０度超とし、
前記基準面に対する前記第一面の傾斜方向と、前記基準面に対する前記第二面の傾斜方向とがなす角度を３．０度以下とする
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ボルトの水素脆化感受性の評価方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ボルトは、被締結材を締付けるために用いられる。締付けによって、ボルトには軸力、即ちボルトの軸部に作用する引張力が加わる。従って、機械構造部品に組み込まれたボルトは、常に引張力を受ける。
【0003】
鋼材に加わる応力は、鋼材の水素脆化の因子の一つである。鋼材の水素脆化の因子は、鋼材に侵入した水素、鋼材に加わる応力、及び鋼材の強度であると考えられている。屋外などの腐食環境で用いられるボルトには、水素が侵入しやすく、さらに引張力が常に加えられている。従って、腐食環境で用いられるボルトには、水素脆化による破壊が生じやすい。ボルトの材料を選定する際には、鋼材の水素脆化感受性が考慮される。
【0004】
非特許文献１には、締結用部品の締付け試験方法が開示されている。この試験は、ボルト及びナットから成る組立品に締付けトルクを着実に作用させて、締付け軸力を発生させ、トルク係数、総合摩擦係数、ねじ面の摩擦係数、座面の摩擦係数、降伏締付け軸力、降伏締付けトルク、締付け回転角及び極限締付け軸力を含む締付け特性値のうちの、一つ以上のものを測定及び／又は決定するものである。
【0005】
非特許文献２には、傾斜ウェッジ法による、雄ねじ成形品及びロッドの残留脆化試験方法が開示されている。この試験では、硬化された長方形の鋼製ウェッジのクリアランスホールに挿入されたねじ成形された物品又はロッドに、相手方のナットを用いた引張によって、応力が加えられる。ウェッジの上面は下面に対して斜めに研磨されている。指定された保持期間が終了した後で、亀裂、ヘッド分離、及び破断等の不具合に関して、各物品を調査する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】ＪＩＳ Ｂ １０８４：２００７
【非特許文献2】ＩＳＯ１０５８７：２０００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来、ボルトは、被締結材に弾性域締付けされることが多かった。弾性域締付けとは、締付けによってボルトが降伏しない範囲の締付けである（図２参照）。従って、ボルトの水素脆化感受性の評価もまた、弾性域締付けによって行われることが通常であった。例えば非特許文献２に開示された試験方法では、物品の極限引張強さ（Ｕｌｔｉｍａｔｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）の７５±２％に等しい荷重が、ナットの締付けによって加えられる。即ち、非特許文献１の試験方法の評価対象は、弾性域締付けされたボルトである。
【0008】
しかしながら近年は、ボルトが被締結材に塑性域締付けされる機会が増大している。塑性域締付けとは、締付けによってボルトが降伏し、極限締付け軸力に達するまでの範囲の締付けである（図２参照）。極限締付け軸力とは、締付けにおいて、ボルトの破壊が起こるまでに、組合せ応力下で発生し得る最大の締付け軸力の値である（図２参照）。なお、締付けにおいて、組合せ応力下で、ボルトの円筒部又は遊びねじ部が降伏するときの締付け軸力の値は、降伏締付け軸力と称される（図２参照）。
【0009】
ボルトの締付け管理方法には主にトルク法と回転角法がある。トルク法とは、締付け軸力を管理するための特性である締付け指標を締付けトルクとする、締付け管理方法である。回転角法とは、締付け指標を締付け回転角とする締付け管理方法である。トルク法は非常に簡便な管理方法であり、弾性域締付けの際の締付け指標手段として工業的によく用いられる。しかしながら、トルク法は塑性域締付けには適さない。なぜなら、トルク法による締付け管理は、ボルトと被締結物における摩擦係数の影響を受けやすく、したがって軸力のばらつきを生じさせやすいからである。トルク法によって塑性域締付けをした場合、ボルトが塑性域締付けされていることが十分に保証されない。塑性域締付けのためには、締付け管理を回転角法で行うことが好適である。
【0010】
このように、好適な締付け指標が相違するので、弾性域締付けに適した評価方法を、塑性域評価方法に単に転用することは難しい。これらの相違点が、評価結果に誤りをもたらす可能性が排除できないからである。現時点で、塑性域締付けされたボルトの水素脆化感受性の評価方法は、ほとんど整備されていない。
【0011】
また、塑性域締付けは、水素脆化が問題とならない部位に配されたボルトに対して適用されることが多い。水素脆化が問題となりうる部位に配されるボルトに塑性域締付けを行う場合、そのボルトを構成する鋼材は、引張強さが低く、水素脆化感受性が低い鋼材である場合が多い。ボルトの水素脆化感受性の評価は、ボルトを脆性破断させることが可能な環境にボルトを晒すことによって行われる。従来の方法によって水素脆化感受性が低いボルトの水素脆化感受性を評価する場合は、多量の水素をボルトにチャージする必要がある。
【0012】
多量の水素をボルトにチャージする手段の一つは、陰極電解法である。陰極電解法は、電気分解反応を利用して水素をボルトにチャージする。陰極電解法は、短時間で多量の水素をボルトにチャージ可能である点で優れる。
【0013】
しかしながら、短時間で多量の水素をボルトにチャージした場合、ボルトの破断箇所における水素濃度が不明確となる。Ｆｉｃｋの拡散法則によれば、短時間で多量の水素をボルトにチャージすることにより、図３に示されるように、ボルトの表層から内部にかけて大きな水素濃度勾配が生じる。しかしながら、ボルト中の水素濃度分布の評価は極めて難しい。例えば、元素濃度分布の評価手段として広く用いられているＥＰＭＡは、水素のような軽元素を検出することができない。水素脆化破断が生じたボルトに導入された水素の量は、ボルトを炉加熱して、ボルト内の水素を炉内に放出させ、炉内の水素ガスを検出することにより測定することが通常である。この測定法は、昇温脱離分析と呼ばれるものである。この測定法によれば、ボルト中の水素の平均濃度しか知ることができない。
【0014】
ボルトの水素脆化感受性の指標の一つとして、破断限界水素濃度、即ち水素脆化割れが発生しない水素濃度の上限値がある。図３のような、表層における水素濃度が高いボルトの表層に割れが発生した場合、ボルトの破断限界水素濃度は、ボルトの表層の水素濃度に基づいて求められるべきである。しかしながら、ボルトの表層の水素濃度を局所的に知ることはできない。一方、ボルトの平均的な水素濃度に基づいてボルトの破断限界水素濃度を求めた場合、ボルトの破断限界水素濃度は、実情よりはるかに低く評価されてしまうのである。
【0015】
以上の事情により、水素をボルトにチャージする方法は、例えば浸漬法又は曝露法などの、水素チャージ速度が緩やかな方法が好ましい。浸漬法では、塩酸などの試験溶液に試験体を浸漬することにより、試験体に組み込まれたボルトに水素をチャージする。曝露法では、屋外などの腐食環境に試験体を曝露することにより、試験体に組み込まれたボルトに水素をチャージする。いずれの方法も、簡易的に実施可能であり、しかもボルトの内部に急峻な水素濃度勾配を生じさせない点で、陰極電解法よりも優れる。
【0016】
しかしながら、浸漬法又は曝露法は、チャージ可能な水素の量が少ない。そのため、浸漬法又は曝露法は、塑性域締付けの対象とされる、引張強さが低いボルトに水素脆化割れを生じさせることが困難である。
【0017】
以上の事情に鑑みて、本発明は、塑性域締付けされるボルトの水素脆化感受性を、水素チャージ速度が緩やかな水素チャージ方法と組み合わせて評価可能な評価方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明の要旨は以下の通りである。
【0019】
（１）本発明の一態様に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法は、鋼製のボルト、及びナットによって、試験治具を締付ける工程と、水素を前記ボルトにチャージする工程と、を備え、前記ボルトの締付け軸力を、前記ボルトの降伏締付け軸力Ｆｙを超えてかつ極限締付け軸力Ｆｕ以下とし、前記ボルトの頭部に接する前記試験治具の第一面と、前記ナットに接する前記試験治具の第二面とがなす角度を、１．０度以上３．０度以下とする。
（２）上記（１）に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトの前記降伏締付け軸力Ｆｙを起点とした、前記ボルトの前記頭部と前記ナットとの締付け回転角を締付け指標として、前記締付け軸力を管理する。
（３）上記（１）に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトのスナグ点を起点とした、前記ボルトの前記頭部と前記ナットとの締付け回転角を締付け指標として、前記締付け軸力を管理する。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトを試験溶液に浸漬すること、又は前記ボルトを腐食環境に曝露することによって、前記水素を前記ボルトにチャージする。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトの引張強さを８００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下とする。
（６）上記（１）～（５）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトの炭素当量Ｃｅｑを０．３０以上１．００以下とする。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記試験治具が、前記ボルトの軸部を挿通させる通し穴を有し、前記通し穴の中心軸に垂直な面である基準面と、前記第一面とがなす角度を、実質的に０度とし、前記基準面と、前記第二面とがなす角度を１．０度以上３．０度以下とする。
（８）上記（１）～（７）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記試験治具が、前記ボルトの軸部を挿通させる通し穴を有し、前記通し穴の中心軸に垂直な面である基準面と、前記第一面とがなす角度を０度超とし、前記基準面と、前記第二面とがなす角度を０度超とし、前記基準面に対する前記第一面の傾斜方向と、前記基準面に対する前記第二面の傾斜方向とがなす角度を３．０度以下とする。
（２）上記（１）に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトの前記降伏締付け軸力Ｆｙを起点とした、前記ボルトの前記頭部と前記ナットとの締付け回転角を締付け指標として、前記締付け軸力を管理する。
（３）上記（１）に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトのスナグ点を起点とした、前記ボルトの前記頭部と前記ナットとの締付け回転角を締付け指標として、前記締付け軸力を管理する。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトを試験溶液に浸漬すること、又は前記ボルトを腐食環境に曝露することによって、前記水素を前記ボルトにチャージする。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトの引張強さを８００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下とする。
（６）上記（１）～（５）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記ボルトの炭素当量Ｃｅｑを０．３０以上１．００以下とする。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記試験治具が、前記ボルトの軸部を挿通させる通し穴を有し、前記通し穴の中心軸に垂直な面である基準面と、前記第一面とがなす角度を、実質的に０度とし、前記基準面と、前記第二面とがなす角度を１．０度以上３．０度以下とする。
（８）上記（１）～（７）のいずれか一項に記載のボルトの水素脆化感受性の評価方法では、好ましくは、前記試験治具が、前記ボルトの軸部を挿通させる通し穴を有し、前記通し穴の中心軸に垂直な面である基準面と、前記第一面とがなす角度を０度超とし、前記基準面と、前記第二面とがなす角度を０度超とし、前記基準面に対する前記第一面の傾斜方向と、前記基準面に対する前記第二面の傾斜方向とがなす角度を３．０度以下とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、塑性域締付けされるボルトの水素脆化感受性を、水素チャージ速度が緩やかな水素チャージ方法と組み合わせて評価可能な評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法の概略図である。
【図2】締付け回転角θと締付け軸力Ｆとの関係を示すグラフである。
【図3】陰極電解法によって鋼材に生じた水素濃度勾配の概念図である。
【図4】分離型治具を用いたボルトの水素脆化感受性の評価方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明の一態様に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法は、鋼製のボルト１１、及びナット１２によって、試験治具１３を締付ける工程と、水素をボルト１１にチャージする工程と、を備え、ボルト１１の締付け軸力Ｆを、ボルト１１の降伏締付け軸力Ｆｙを超えてかつ極限締付け軸力Ｆｕ以下とし、ボルト１１の頭部１１１に接する試験治具１３の第一面１３１と、ナット１２に接する試験治具１３の第二面１３２とがなす角度を、１．０度以上３．０度以下とする。以下、本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法を、図１等を参照しながら詳細に説明する。
【0023】
（１．締付け）
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、図１に示されるように、評価対象である鋼製のボルト１１、及びナット１２によって、試験治具１３を締付ける。ボルト１１は、頭部１１１及び軸部１１２を有する。軸部１１２には、おねじが形成されている。試験治具１３は例えば図１に示されるような、硬質材料から構成される略直方体形状の物体である。また、図４に示されるように、試験治具１３を、本体部及び複数のくさび部から構成されるものとしてもよい。試験治具１３には、例えば、ボルト１１の軸部１１２を挿通させるための通し穴１３Ｈが設けられる。
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、図１に示されるように、評価対象である鋼製のボルト１１、及びナット１２によって、試験治具１３を締付ける。ボルト１１は、頭部１１１及び軸部１１２を有する。軸部１１２には、おねじが形成されている。試験治具１３は例えば図１に示されるような、硬質材料から構成される略直方体形状の物体である。また、図４に示されるように、試験治具１３を、本体部及び複数のくさび部から構成されるものとしてもよい。試験治具１３には、例えば、ボルト１１の軸部１１２を挿通させるための通し穴１３Ｈが設けられる。
【0024】
試験治具１３の通し穴１３Ｈの径は、ボルト１１の軸部１１２の径より大きく、かつ、ボルト１１の頭部１１１の径及びナット１２の外径より小さい値とする。ボルト１１の軸部１１２を通し穴１３Ｈに挿通させ、次いで、軸部１１２の先端にナット１２を組み付けて回転させることにより、試験治具１３が締付けられる。以下、便宜的に、試験治具１３におけるボルト１１の頭部１１１に接する面を第一面１３１と称し、試験治具１３におけるナット１２に接する面を第二面１３２と称する。
【0025】
（締付け軸力Ｆ）
締付けによって、ボルト１１の軸部１１２には引張力が与えられ、且つ、試験治具１３には圧縮力が与えられる。軸部１１２に作用する引張力、及び試験治具１３に作用する圧縮応力は、締付け力と称される。また、軸部１１２に作用する引張力は、締付け軸力Ｆと称される。本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、ボルト１１の締付け軸力Ｆを、ボルト１１の降伏締付け軸力Ｆｙを超えてかつ極限締付け軸力Ｆｕ以下とする。
締付けによって、ボルト１１の軸部１１２には引張力が与えられ、且つ、試験治具１３には圧縮力が与えられる。軸部１１２に作用する引張力、及び試験治具１３に作用する圧縮応力は、締付け力と称される。また、軸部１１２に作用する引張力は、締付け軸力Ｆと称される。本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、ボルト１１の締付け軸力Ｆを、ボルト１１の降伏締付け軸力Ｆｙを超えてかつ極限締付け軸力Ｆｕ以下とする。
【0026】
ボルト１１の降伏締付け軸力Ｆｙとは、締付けにおいて、組合せ応力下で、ボルト１１の円筒部又は遊びねじ部が降伏するときの締付け軸力Ｆの値である。降伏締付け軸力Ｆｙを超える締付け軸力Ｆは、ボルト１１を塑性変形させる。従って、締付け軸力Ｆを降伏締付け軸力Ｆｙ超とすることにより、塑性域締付けされたボルト１１の水素脆化感受性を評価することができる。
【0027】
極限締付け軸力Ｆｕとは、締付けにおいて、ボルト１１の破壊が起こるまでに、組合せ応力下で発生し得る最大の締付け軸力Ｆの値である。極限締付け軸力Ｆｕを生じさせる回転角θｕを越えてボルト１１を回転させると、ボルト１１が延性破断する。この場合、ボルト１１の水素脆化感受性の評価を実施することができない。締付け軸力Ｆを極限締付け軸力Ｆｕ以下とすることにより、ボルト１１の回転角がθｕを超過することを回避して、ボルト１１の延性破断を回避することができる。締付け回転角θを、極限締付け軸力Ｆｕを生じさせる回転角θｕ以下に設定してもよい。また、締付け軸力Ｆを、極限締付け軸力Ｆｕ未満としてもよい。
【0028】
ボルト１１の締付け軸力Ｆは、上述の範囲内で自由に設定することができる。ボルト１１の破断を一層促進する観点からは、締付け軸力Ｆを可能な限り極限締付け軸力Ｆｕに近づけることが好ましい。一方、ボルト１１の延性破壊を確実に回避する観点からは、締付け軸力Ｆを降伏締付け軸力Ｆｙに近づけることが好ましい。また、ボルト１１が用いられる製品において、ボルト１１に適用される締付け軸力が明らかであれば、その締付け軸力を試験力として採用すればよい。
【0029】
ボルト１１の降伏締付け軸力Ｆｙ、及び極限締付け軸力Ｆｕは、非特許文献１に開示された締付け試験によって特定することができる。ボルト１１の締付け軸力Ｆは、締付けトルク、締付け回転角、及びトルク勾配等の締付け指標を用いて管理することができる。図２に、締付け回転角を締付け指標とした場合の、締付け回転角θと締付け軸力Ｆとの関係を示すグラフ、即ちθ－Ｆ曲線を示す。例えば、ボルト１１のθ－Ｆ曲線に基づいて、ボルト１１の締付け軸力Ｆをボルト１１の降伏締付け軸力Ｆｙを超えてかつ極限締付け軸力Ｆｕ以下とするために適切な締付け回転角θを特定することができる。
【0030】
（試験治具１３の第一面１３１及び第二面１３２がなす角度）
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、試験治具１３の第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を、１．０度以上３．０度以下とする。図１に例示された試験治具１３において、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度とは、一点鎖線Ｘ及び一点鎖線Ｙがなす角度である。これにより、試験治具１３に締付けられたボルト１１の頭部１１１及びナット１２は若干の角度をなし、ボルト１１には曲げ応力が加えられる。曲げ応力は、ボルト１１の水素脆化を促進する。
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、試験治具１３の第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を、１．０度以上３．０度以下とする。図１に例示された試験治具１３において、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度とは、一点鎖線Ｘ及び一点鎖線Ｙがなす角度である。これにより、試験治具１３に締付けられたボルト１１の頭部１１１及びナット１２は若干の角度をなし、ボルト１１には曲げ応力が加えられる。曲げ応力は、ボルト１１の水素脆化を促進する。
【0031】
塑性域締付け用のボルト１１の材料は、例えば引張強さ１３００ＭＰａ以下の、水素脆化感受性が低い鋼材とされることが多い。塑性域締付け用のボルト１１に水素脆化割れを生じさせて、その水素脆化感受性を評価するためには、通常は陰極電解法などの、多量の水素を短時間でチャージする方法が用いられる。しかしながら、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を１．０度以上とすることにより、浸漬法及び曝露法などの、水素チャージ速度が緩やかな方法によって水素脆化割れを生じさせることができる。第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を１．１度以上、１．２度以上、１．５度以上、又は１．８度以上としてもよい。
【0032】
ボルト１１の水素脆化を促進する観点からは、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度は大きいほど好ましい。しかしながら、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度が大きいほど、塑性域締付けにおける締付け軸力Ｆの管理が難しくなる。なぜなら、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を拡大すると、スナグ点及び降伏締付け軸力Ｆｙの特定が難しくなるからである。以下、その理由について、締付け指標を締付け回転角とした場合を例に挙げながら説明する。
【0033】
スナグ点とは、θ－Ｆ曲線において、スナグトルクを作用させる点のことである。スナグトルクとは、座面を試験治具１３の第一面１３１及び第二面１３２に密着させるために必要な締付けトルクのことである。締付け回転角がスナグ点に至るまでは、θ－Ｆ曲線の傾きは緩やかである。締付け回転角がスナグ点を超えると、ボルト１１の弾性域締付けが開始し、θ－Ｆ曲線の傾きが増大する。
【0034】
本発明者らは、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度と、ボルト１１のθ－Ｆ曲線の形状との関係を調査した。その結果、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度が大きくなるほど、座面を試験治具１３の第一面１３１及び第二面１３２に密着させるために必要な締付け回転角が増大し、θ－Ｆ曲線においてスナグ点が右に移動することを知見した。その一方で、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度は、降伏締付け軸力Ｆｙが生じる点にはほとんど影響しないことも本発明者らは知見した。第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を大きくすると、図２に破線で示されているように、スナグ点に対応する締付け回転角θ０と、降伏締付け軸力Ｆｙに対応する締付け回転角θｙとの差が小さくなった。
【0035】
締付け回転角θがθ０～θｙの範囲内にあるとき、ボルト１１は弾性域締付けされている。そのため、締付け回転角θがθ０～θｙの範囲内にあるとき、締付け軸力Ｆは締付け回転力θに比例し、図２に示される締付け回転角θ－締付け軸力Ｆの関係を示すグラフは略直線形状となる。換言すると、締付け回転角θ－締付け軸力Ｆの関係を示すグラフに含まれる直線部分が弾性域締付けに対応し、直線部分の両端が、θ０及びθｙである。そのため、スナグ点及び降伏締付け軸力Ｆｙを特定する際には、まずグラフに含まれる直線部分に沿って補助線を引き、次いでその補助線とグラフとの交点を特定することが一般的である。
【0036】
ボルト１１のθ－Ｆ曲線に含まれる直線部分が短くなると、上述の補助線を引くことが難しくなる。その結果、スナグ点及び降伏締付け軸力Ｆｙの測定値の信頼性が低下する。この問題は、締付け軸力を締付け回転力によって管理する場合のみならず、締付け軸力を締付けトルクによって管理する場合にも生じる。本発明者らの実験結果によれば、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度が３．０度を超過すると、スナグ点及び降伏締付け軸力Ｆｙの測定結果のばらつきが著しくなった。従って、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を３．０度とする。第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を２．８度以下、２．５度以下、又は２．０度以下としてもよい。
【0037】
（２．水素チャージ）
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、水素をボルト１１にチャージする。これにより、ボルト１１に水素脆化割れを生じさせることができる。これにより、ボルト１１に水素脆化割れを生じさせる条件を特定することができる。ボルト１１に水素脆化割れを生じさせる条件とは、例えば締付け軸力Ｆ、第一面１３１及び第二面１３２の角度、水素チャージ条件、侵入水素量、及び水素脆化割れが生じるまでの時間等である。そして、これらの条件に基づいて、ボルト１１の水素脆化感受性を評価することができる。
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、水素をボルト１１にチャージする。これにより、ボルト１１に水素脆化割れを生じさせることができる。これにより、ボルト１１に水素脆化割れを生じさせる条件を特定することができる。ボルト１１に水素脆化割れを生じさせる条件とは、例えば締付け軸力Ｆ、第一面１３１及び第二面１３２の角度、水素チャージ条件、侵入水素量、及び水素脆化割れが生じるまでの時間等である。そして、これらの条件に基づいて、ボルト１１の水素脆化感受性を評価することができる。
【0038】
もっとも、本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法において、ボルト１１を破断させることは必須ではない。例えば、後述する破断限界水素量によってボルト１１の水素脆化感受性を評価する場合、複数の試験片のうち一部を破断させればよい。また、ボルト１１の使用環境を模擬した条件下で水素脆化割れが生じなかったボルト１１を、水素脆化感受性に優れたボルト１１とみなしてもよい。
【0039】
（作用効果）
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、ボルト１１を塑性域締付けする。従って、塑性域締付けされたボルト１１の水素脆化感受性を評価することができる。
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、ボルト１１を塑性域締付けする。従って、塑性域締付けされたボルト１１の水素脆化感受性を評価することができる。
【0040】
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、試験治具１３の第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を１．０度以上とする。これにより、ボルト１１に曲げ応力を導入して、ボルト１１に水素脆化割れが生じやすくすることができる。この場合、ボルト１１に水素脆化割れを生じさせるのに必要な水素量を減少させることができることに加え、ねじ部の塑性変形量を増加させることによって、同じ水素チャージ条件でも侵入する水素量を増加させることができる。従って、ボルト１１の内部の水素濃度勾配を減少させて、破断限界水素濃度を正確に知ることができる。加えて、水素脆化感受性が低いボルト１１にも、水素脆化割れを生じさせることができる。
【0041】
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、試験治具１３の第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を３．０度以下とする。これにより、ボルト１１の降伏締付け軸力Ｆｙの測定値の信頼性を向上させて、ボルト１１の締付け軸力Ｆの管理を容易にし、また、試験結果のばらつきを抑制することができる。
【0042】
以上、本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法の最も基本的な態様について説明した。次に、ボルトの水素脆化感受性の評価方法の一層好ましい態様について、以下に説明する。
【0043】
（締付け指標）
締付け軸力Ｆを管理するための特性は、締付け指標と呼ばれる。締付け指標の例は、締付けトルク、締付け回転角θ、及びトルク勾配などである。締付けトルクとは、締付けにおいて、ナット１２又は頭部１１１に作用させるトルクのことである。締付け回転角θとは、締付け力を生じさせるための、ボルト１１の頭部１１１とナット１２との相対回転角のことである。トルク勾配とは、締付け回転角θに対する締付けトルクの勾配のことである。締付けトルク、締付け回転角θ、及びトルク勾配を締付け指標として締付け管理を行う方法は、それぞれトルク法、回転角法、及びトルク勾配法と称される。
締付け軸力Ｆを管理するための特性は、締付け指標と呼ばれる。締付け指標の例は、締付けトルク、締付け回転角θ、及びトルク勾配などである。締付けトルクとは、締付けにおいて、ナット１２又は頭部１１１に作用させるトルクのことである。締付け回転角θとは、締付け力を生じさせるための、ボルト１１の頭部１１１とナット１２との相対回転角のことである。トルク勾配とは、締付け回転角θに対する締付けトルクの勾配のことである。締付けトルク、締付け回転角θ、及びトルク勾配を締付け指標として締付け管理を行う方法は、それぞれトルク法、回転角法、及びトルク勾配法と称される。
【0044】
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、締付け指標は特に限定されないが、これを締付け回転角θとすることが好適である。図２に示されるように、塑性域ではθ－Ｆ勾配が小さい。従って、締付け軸力Ｆを精度よく管理する観点からは、締付け回転角θを利用することが好ましい。
【0045】
締付け回転角θを締付け指標として締付け管理を行う場合、締付け回転角θの起点を、例えばボルト１１のスナグ点とすることができる。この場合、ボルト１１のスナグ点における締付け回転角θを０度と定義すればよい。締付けの際には、まずボルト１１をスナグ点まで締付けて、次いで、目標締付け回転角θまでボルト１１を締付ければよい。
【0046】
一方、締付け回転角θの起点を、ボルト１１の降伏締付け軸力Ｆｙとしてもよい。この場合、ボルト１１の降伏締付け軸力Ｆｙにおける締付け回転角θを０度と定義すればよい。締付けの際には、まずボルト１１を降伏締付け軸力Ｆｙまで締付けて、次いで、目標締付け回転角θまでボルト１１を締付ければよい。
【0047】
弾性域においては、トルク法によっても良好な精度で締付け軸力Ｆを管理可能である。また、トルク法は、回転角法よりも迅速かつ簡易的にボルト１１を締付けることができる。降伏締付け軸力Ｆｙ未満の弾性域ではトルク法を採用し、降伏締付け軸力Ｆｙ以上の塑性域では回転角法を採用することにより、締付け軸力Ｆの管理の精度、及び締付け効率の両方を高めることができる。
【0048】
（水素チャージ手段）
水素をボルト１１にチャージする手段は、好ましくは浸漬法、又は曝露法である。浸漬法及び曝露法によれば、ボルト１１に水素をチャージする速度が緩やかとなる。そのため、浸漬法及び曝露法は、ボルト１１内に急峻な水素濃度勾配を生じさせない。破断限界水素濃度を求める際に、浸漬法及び曝露法は特に好ましい。また、浸漬法及び曝露法は、陰極電解法よりも実施手順が簡便であるという利点も有する。加えて、陰極電解法では、水素の気泡が試験片に付着して、試験片への水素チャージが妨げられるという問題がある。浸漬法及び暴露法では、このような問題が生じにくい。
水素をボルト１１にチャージする手段は、好ましくは浸漬法、又は曝露法である。浸漬法及び曝露法によれば、ボルト１１に水素をチャージする速度が緩やかとなる。そのため、浸漬法及び曝露法は、ボルト１１内に急峻な水素濃度勾配を生じさせない。破断限界水素濃度を求める際に、浸漬法及び曝露法は特に好ましい。また、浸漬法及び曝露法は、陰極電解法よりも実施手順が簡便であるという利点も有する。加えて、陰極電解法では、水素の気泡が試験片に付着して、試験片への水素チャージが妨げられるという問題がある。浸漬法及び暴露法では、このような問題が生じにくい。
【0049】
水素チャージ手段を浸漬法とする場合、試験治具１３にボルト１１及びナット１２を締付けることによって得られる試験体１を、試験溶液に浸漬すればよい。試験溶液は、例えば塩酸やチオシアン酸アンモニウム溶液である。試験溶液の濃度、及び試験溶液の温度は特に限定されない。例えば試験溶液のチオシアン酸アンモニウムの濃度を３０％としてもよい。例えば試験溶液の温度を５０℃としてもよい。
【0050】
水素チャージ手段を曝露法とする場合、試験体１を腐食環境に曝露すればよい。腐食環境とは、例えば低緯度の海浜地帯等である。また、乾湿繰り返しサイクル試験（ＣＣＴ）等によって試験片に水素をチャージしてもよい。ボルト１１の使用場所が既知である場合、ボルト１１の使用場所に試験体１を曝露してもよい。
【0051】
一方、水素をボルト１１にチャージする手段を、浸漬法、又は曝露法以外の手段としてもよい。例えば、試験片の優劣の評価基準として、試験片の破断までの時間を用いることがある。この場合、試験期間を短縮するために、陰極電解法によって水素をボルト１１にチャージしてもよい。陰極電解法によれば、短時間で多量の水素をボルト１１にチャージすることができる。水素脆化割れが生じた時点での鋼材中の水素量が水素脆化感受性の評価指標とされない場合は、陰極電解法を用いることができる。
【0052】
なお、ボルト１１及びナット１２を試験治具１３に締付けてから水素チャージを行う場合、試験治具１３を、例えば図４に例示されるようなものとしてもよい。図４に例示される試験治具１３は、その側面に開口部１３３を有する。開口部１３３は、ボルト１１の軸部１１２が挿入される通し穴１３Ｈと、試験治具１３の外部とを連通している。開口部１３３を介して、ボルト１１の軸部１１２は水素チャージ環境に曝露される。図４に例示される試験治具１３によれば、締付け後のボルト１１に容易に水素をチャージすることができる。当然のことながら、図１に例示される一体型の試験治具に、開口部１３３を設けてもよい。
【0053】
（ボルト１１の引張強さ）
鋼製のボルト１１の強度は特に限定されない。あらゆる種類の鋼製のボルト１１に対して本実施形態に係る水素脆化感受性の評価方法を適用することができる。一方、引張強さ８００ＭＰａ未満のボルト１１においては、水素脆化割れが生じるおそれが小さい。また、引張強さ１４００ＭＰａ超のボルト１１は、水素脆化が懸念される適用部位において、塑性域締付けに供される機会が少ない。従って、本実施形態に係る水素脆化感受性の評価方法は、引張強さ８００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下のボルト１１に適用されることが好適である。ボルト１１の引張強さを８２０ＭＰａ以上、８５０ＭＰａ以上、又は９００ＭＰａ以上としてもよい。ボルト１１の引張強さを１３５０ＭＰａ以下、１３００ＭＰａ以下、又は１２５０ＭＰａ以下としてもよい。
鋼製のボルト１１の強度は特に限定されない。あらゆる種類の鋼製のボルト１１に対して本実施形態に係る水素脆化感受性の評価方法を適用することができる。一方、引張強さ８００ＭＰａ未満のボルト１１においては、水素脆化割れが生じるおそれが小さい。また、引張強さ１４００ＭＰａ超のボルト１１は、水素脆化が懸念される適用部位において、塑性域締付けに供される機会が少ない。従って、本実施形態に係る水素脆化感受性の評価方法は、引張強さ８００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ以下のボルト１１に適用されることが好適である。ボルト１１の引張強さを８２０ＭＰａ以上、８５０ＭＰａ以上、又は９００ＭＰａ以上としてもよい。ボルト１１の引張強さを１３５０ＭＰａ以下、１３００ＭＰａ以下、又は１２５０ＭＰａ以下としてもよい。
【0054】
（ボルト１１の炭素当量Ｃｅｑ）
鋼製のボルト１１の炭素当量Ｃｅｑは特に限定されない。炭素当量Ｃｅｑとは、鋼の焼入れ性の指標であり、ＪＩＳ Ｇ ３１３６：２０２２に開示された以下の式によって算出可能である。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４
上記式において、元素記号は、ボルト１１の化学成分に含まれる元素の単位質量％での含有量である。一般に、炭素当量が高いほど、水素脆化感受性が高い。
鋼製のボルト１１の炭素当量Ｃｅｑは特に限定されない。炭素当量Ｃｅｑとは、鋼の焼入れ性の指標であり、ＪＩＳ Ｇ ３１３６：２０２２に開示された以下の式によって算出可能である。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４
上記式において、元素記号は、ボルト１１の化学成分に含まれる元素の単位質量％での含有量である。一般に、炭素当量が高いほど、水素脆化感受性が高い。
【0055】
あらゆる種類の鋼製のボルト１１に対して本実施形態に係る水素脆化感受性の評価方法を適用することができる。一方、Ｃｅｑが０．３０未満のボルト１１においては、水素脆化割れが生じることがほとんどない。また、Ｃｅｑが１．００超のボルト１１は、水素脆化が懸念される環境において塑性域締付けに供される機会が少ない。従って、本実施形態に係る水素脆化感受性の評価方法は、Ｃｅｑが０．３０以上１．００以下のボルト１１に適用されることが好適である。ボルト１１のＣｅｑを０．３５以上、０．４０以上、又は０．４５以上としてもよい。ボルト１１のＣｅｑを０．９５以下、０．９０以下、又は０．８５以下としてもよい。
【0056】
（第一面１３１及び／又は第二面１３２と、基準面Ｓとがなす角度）
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を上述の範囲内とする必要がある。この要件が満たされる限り、当該角度を、第一面１３１及び第二面１３２に自由に配分することができる。以下、ボルト１１の軸部１１２を挿通させる通し穴の中心軸Ａに垂直な任意の面を、基準面Ｓと定義する。そして、基準面Ｓを用いて、第一面１３１及び第二面１３２の好ましい角度について説明する。
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法では、第一面１３１と第二面１３２とがなす角度を上述の範囲内とする必要がある。この要件が満たされる限り、当該角度を、第一面１３１及び第二面１３２に自由に配分することができる。以下、ボルト１１の軸部１１２を挿通させる通し穴の中心軸Ａに垂直な任意の面を、基準面Ｓと定義する。そして、基準面Ｓを用いて、第一面１３１及び第二面１３２の好ましい角度について説明する。
【0057】
図１に例示される試験治具１３においては、頭部１１１側の面である第一面１３１のみが基準面Ｓに対して傾斜しており、第二面１３２と基準面Ｓとがなす角度は実質的に０度とされている。ボルト１１に曲げ応力を作用させる役目は、全て第一面１３１が担っている。
【0058】
一方、図４に例示される試験治具１３のように、ナット１２側の面である第二面１３２のみが基準面Ｓに対して傾斜していてもよい。即ち、第一面１３１と基準面Ｓとがなす角度を０度とし、第二面１３２と基準面Ｓとがなす角度を上述の範囲内としてもよい。この場合、ボルト１１に曲げ応力を作用させる役目は、全て第二面１３２が担っている。
【0059】
本発明者らの調査によれば、角度の配分は、破断位置に影響を及ぼす。ボルト１１の頭部１１１の側の面である第一面１３１を傾斜させた場合、ボルト１１の水素脆化割れは、ボルト１１の首下部で生じた。ボルトの首下部とは、ボルト１１の軸部１１２における頭部１１１付近の領域のことである。一方、ナット１２の側の面である第二面１３２を傾斜させた場合、ボルト１１の水素脆化割れは、首下部以外の部分、例えば軸部１１２に設けられたねじ部で生じた。
【0060】
機械部品に組付けられたボルト１１に、実使用環境で水素脆化割れが生じる場合、破断箇所はボルト１１の軸部１１２の首下部以外の部分であることが多い。従って、ナット１２の側の面である第二面１３２を傾斜させることにより、ボルト１１の水素脆化感受性の評価条件を、実使用環境に一層近づけることができる。
【0061】
第一面１３１及び第二面１３２の両方を、基準面Ｓに対して傾斜させてもよい。例えば、基準面Ｓと第一面１３１とがなす角度を０度超、０．３度以上、０．５度以上、又は１．０度以上とし、且つ、基準面Ｓと第二面１３２とがなす角度を０度超、０．３度以上、０．５度以上、又は１．０度以上としてもよい。
【0062】
なお、第一面１３１及び第二面１３２の両方を基準面Ｓに対して傾斜させる場合、基準面Ｓに対する第一面１３１の方向と、基準面Ｓに対する第二面１３２の傾斜方向とを可能な限り一致させることが好ましい。基準面Ｓに対する第一面１３１の傾斜方向とは、第一面１３１と基準面Ｓとの交線に垂直な方向のことである。基準面Ｓに対する第二面１３２の傾斜方向とは、第二面１３２と基準面Ｓとの交線に垂直な方向のことである。
【0063】
第一面１３１及び第二面１３２の傾斜方向が一致している場合、第一面１３１及び第二面１３２がなす角度は、第一面１３１及び基準面Ｓがなす角度、及び第二面１３２及び基準面Ｓがなす角度の和と一致する。この場合、第一面１３１及び第二面１３２がなす角度の管理が容易となる。
【0064】
例えば、図４に例示される試験治具１３は、本体部１３Ｃと、第一くさび部１３Ａと、第二くさび部１３Ｂとを有する。本体部１３Ｃの上面及び下面は、基準面Ｓと平行である。第一くさび部１３Ａの上面は第一面１３１として機能する。第一くさび部１３Ａの上面は、第一くさび部１３Ａの下面と若干の角度をなしてもよい。第二くさび部１３Ｂの下面は第二面１３２として機能する。第二くさび部１３Ｂの下面は、第二くさび部１３Ｂの上面と若干の角度をなしてもよい。このような試験治具１３において、第一面１３１及び第二面１３２の傾斜方向が一致している場合、第一くさび部１３Ａの上面及び下面が角度と、第二くさび部１３Ｂの上面及び下面がなす角度との和が、第一面１３１及び第二面１３２がなす角度と一致する。従って、第一面１３１及び第二面１３２の傾斜方向を一致させることにより、試験条件の管理が容易となる。
【0065】
ただし、図４に例示されるような分離型の試験治具１３にボルト１１及びナット１２を締付ける際に、第一面１３１及び第二面１３２の傾斜方向が若干ずれる場合がある。例えば、基準面Ｓに対する前記第一面１３１の傾斜方向と、前記基準面Ｓに対する前記第二面１３２の傾斜方向とがなす角度を約３．０度以下の範囲内とすることは許容される。
【0066】
以上、本発明の実施の形態ついて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下に、本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法の一層好適な例について説明する。
【0067】
（ナット１２の材質）
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法において、ナット１２は水素脆化感受性の評価対象ではない。ナット１２は、ボルト１１に締付け軸力Ｆを作用させるための手段である。従って、ボルト１１とは異なり、ナット１２の材質は鋼材に限定されない。チタンなどの任意の材料を、ナット１２に適用することができる。
本実施形態に係るボルトの水素脆化感受性の評価方法において、ナット１２は水素脆化感受性の評価対象ではない。ナット１２は、ボルト１１に締付け軸力Ｆを作用させるための手段である。従って、ボルト１１とは異なり、ナット１２の材質は鋼材に限定されない。チタンなどの任意の材料を、ナット１２に適用することができる。
【0068】
（水素脆化感受性を評価する値）
水素脆化感受性を評価するための値の種類は特に限定されない。水素脆化感受性を評価するための値の一例として、破断限界水素量が挙げられる。鋼材の破断限界水素量とは、当該鋼材が遅れ破壊を起こさない水素濃度の上限値である。鋼材に侵入した水素量が破断限界水素量を下回っている間は、鋼材には水素脆化に起因する破断が生じない。従って、鋼材の破断限界水素量が大きいほど、鋼材の水素脆化感受性は低い。
水素脆化感受性を評価するための値の種類は特に限定されない。水素脆化感受性を評価するための値の一例として、破断限界水素量が挙げられる。鋼材の破断限界水素量とは、当該鋼材が遅れ破壊を起こさない水素濃度の上限値である。鋼材に侵入した水素量が破断限界水素量を下回っている間は、鋼材には水素脆化に起因する破断が生じない。従って、鋼材の破断限界水素量が大きいほど、鋼材の水素脆化感受性は低い。
【0069】
破断限界水素量は、複数の試験片それぞれに対して、様々な水素チャージ条件を適用して評価試験することによって特定可能である。この評価試験によって、一部の試験片に脆性破断を生じさせる。そして、脆性破断が生じなかった試験片に侵入した水素量を特定する。水素侵入量の最大値を、試験片の破断限界水素量とみなす。
【0070】
また、破断限界応力を、水素脆化感受性を評価する値として採用してもよい。鋼材の破断限界応力とは、当該鋼材が遅れ破壊を起こさない応力の上限値である。破断限界応力は、複数の試験片それぞれに対して、様々な締付け軸力を適用して評価試験をすることによって特定可能である。脆性破断が生じなかった試験片に加えられた締付け軸力の最大値を、試験片の破断限界応力とみなす。あるいは、ボルト１１が破断するまでの時間を、水素脆化感受性を評価する値として採用してもよい。
【0071】
（試験治具１３の構成）
試験治具１３の構成は、その第一面１３１及び第二面１３２がなす角度が上述の範囲内とされている限り、特に限定されない。最も単純な試験治具１３は、図１に例示されるような、１つの硬質材料から構成される治具である。このような一体型治具には、ボルト１１の軸部１１２を挿通させるための通し穴１３Ｈ、及びボルト１１の軸部１１２を水素チャージ環境に露出させるための開口部１３３が設けられていてもよい。このような一体型治具は、取り扱いが簡便である点で好ましい。
試験治具１３の構成は、その第一面１３１及び第二面１３２がなす角度が上述の範囲内とされている限り、特に限定されない。最も単純な試験治具１３は、図１に例示されるような、１つの硬質材料から構成される治具である。このような一体型治具には、ボルト１１の軸部１１２を挿通させるための通し穴１３Ｈ、及びボルト１１の軸部１１２を水素チャージ環境に露出させるための開口部１３３が設けられていてもよい。このような一体型治具は、取り扱いが簡便である点で好ましい。
【0072】
試験治具１３の別の好適な例は、図４に例示される、複数の硬質材料から構成される分離型治具である。図４に例示される試験治具１３は、
板状の第一くさび部１３Ａと、
板状の第二くさび部１３Ｂと、
略直線状の本体通し穴１３ＣＨが設けられた本体部１３Ｃと、
を有し、
第一くさび部１３Ａには、その厚さ方向に沿って形成された第一通し穴１３ＡＨが設けられ、
第二くさび部１３Ｂには、その厚さ方向に沿って形成された第二通し穴１３ＢＨが設けられ、
本体部１３Ｃの、本体通し穴１３ＣＨの第一端に位置する表面に、第一くさび部１３Ａが重ねられ、
本体部１３Ｃの、本体通し穴１３ＣＨの第二端に位置する表面に、第二くさび部１３Ｂが重ねられ、
第一通し穴１３ＡＨ、第二通し穴１３ＢＨ、及び本体通し穴１３ＣＨは、１つの略直線状の通し穴１３Ｈを形成し、
本体部１３Ｃにおいて、本体通し穴１３ＣＨの第一端及び第二端それぞれに位置する２つの表面は、本体通し穴１３ＣＨの中心軸Ａに垂直であり、
第一くさび部１３Ａにおいて、第一通し穴１３ＡＨの両端に位置する２つの表面が、０度以上３度以下の角度をなし、
第二くさび部１３Ｂにおいて、第二通し穴１３ＢＨの両端に位置する２つの表面が、０度以上３度以下の角度をなし、
第一くさび部１３Ａの２つの表面がなす角度と、第二くさび部１３Ｂの２つの表面がなす角度の和は、１．０度以上３．０度以下である。
板状の第一くさび部１３Ａと、
板状の第二くさび部１３Ｂと、
略直線状の本体通し穴１３ＣＨが設けられた本体部１３Ｃと、
を有し、
第一くさび部１３Ａには、その厚さ方向に沿って形成された第一通し穴１３ＡＨが設けられ、
第二くさび部１３Ｂには、その厚さ方向に沿って形成された第二通し穴１３ＢＨが設けられ、
本体部１３Ｃの、本体通し穴１３ＣＨの第一端に位置する表面に、第一くさび部１３Ａが重ねられ、
本体部１３Ｃの、本体通し穴１３ＣＨの第二端に位置する表面に、第二くさび部１３Ｂが重ねられ、
第一通し穴１３ＡＨ、第二通し穴１３ＢＨ、及び本体通し穴１３ＣＨは、１つの略直線状の通し穴１３Ｈを形成し、
本体部１３Ｃにおいて、本体通し穴１３ＣＨの第一端及び第二端それぞれに位置する２つの表面は、本体通し穴１３ＣＨの中心軸Ａに垂直であり、
第一くさび部１３Ａにおいて、第一通し穴１３ＡＨの両端に位置する２つの表面が、０度以上３度以下の角度をなし、
第二くさび部１３Ｂにおいて、第二通し穴１３ＢＨの両端に位置する２つの表面が、０度以上３度以下の角度をなし、
第一くさび部１３Ａの２つの表面がなす角度と、第二くさび部１３Ｂの２つの表面がなす角度の和は、１．０度以上３．０度以下である。
【0073】
図４に例示される試験治具１３は、重ねられた第一くさび部１３Ａ、第二くさび部１３Ｂ、および本体部１３Ｃを有する。第一通し穴１３ＡＨ、第二通し穴１３ＢＨ、及び本体通し穴１３ＣＨは、試験治具１３を貫通する直線状の通し穴１３Ｈを形成する。板状の第一くさび部１３Ａの２つの表面は０度以上３度以下の角度をなし、板状の第二くさび部１３Ｂの２つの表面も０度以上３度以下の角度をなす。これにより、試験治具１３の通し穴１３Ｈの第一端に位置する第一くさび部１３Ａの表面と、試験治具１３の通し穴１３Ｈの第二端に位置する第二くさび部１３Ｂの表面とがなす角度を、１．０度以上３．０度以下とすることができる。なお、試験治具１３の通し穴１３Ｈの第一端に位置する第一くさび部１３Ａの表面が、上述した試験治具１３の第一面１３１であり、試験治具１３の通し穴１３Ｈの第二端に位置する第二くさび部１３Ｂの表面が、上述した試験治具１３の第二面１３２である。第一くさび部１３Ａ及び第二くさび部１３Ｂを交換することにより、試験治具１３の第一面１３１及び第二面１３２がなす角度を様々に調整することができる。
【0074】
図４に例示される試験治具１３において、本体部１３Ｃに、本体通し穴１３ＣＨと本体部１３Ｃの外部とを連通する開口部１３３がさらに設けられていてもよい。開口部１３３は、ボルト１１の軸部１１２を水素チャージ環境に露出させて、ボルト１１への水素チャージを促進する。
【0075】
図４に例示される試験治具１３において、第一くさび部１３Ａにおいて、第一通し穴１３ＡＨの両端に位置する２つの表面が、０度超３．０度以下の角度をなし、第二くさび部１３Ｂにおいて、第二通し穴１３ＢＨの両端に位置する２つの表面が、０度超３．０度以下の角度をなし、試験治具１３が、第一くさび部１３Ａの２つの表面の傾斜方向と、第二くさび部１３Ｂの２つの表面の傾斜方向とがなす角度を１．０度超３．０度以下とするように、第一くさび部１３Ａ、第二くさび部１３Ｂ、及び本体部１３Ｃの相対位置を固定する位置決め手段をさらに有してもよい。これにより、第一面１３１及び第二面１３２がなす角度の管理が容易となる。
【実施例0076】
実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。
【0077】
以下に示す条件で、ボルトを試験治具に締付け、浸漬試験を行い、破断の有無を判定した。
【0078】
・試験片の形状及び材質：全長７５ｍｍのＭ１２ボルト、ＳＣＭ４３５（ＨＶ３６０）
・試験軸力：極限締付軸力（１００ｋＮ）
・水素チャージ方法：４０％チオシアン酸水溶液に９６ｈの浸漬
・水素チャージ温度：５０℃
・試験軸力：極限締付軸力（１００ｋＮ）
・水素チャージ方法：４０％チオシアン酸水溶液に９６ｈの浸漬
・水素チャージ温度：５０℃
【0079】
〔評価結果〕
評価結果を表１に示す。
評価結果を表１に示す。
【0080】
【表1】
【0081】
試験番号１と２では、ボルトの頭部に接する前記試験治具の第一面と、ナットに接する試験治具の第二面とがなす角度が１．０°以上３．０°以下であったため、ボルトを破断させることができた。
【0082】
試験番号３と４では、ボルトの頭部に接する前記試験治具の第一面と、ナットに接する試験治具の第二面とがなす角度が１．０°未満であったため、ボルトを破断させることができなかった。
【符号の説明】
【0083】
１ 試験体
１１ ボルト
１１１ 頭部
１１２ 軸部
１２ ナット
１３ 試験治具
１３Ｈ 通し穴
１３１ 第一面
１３２ 第二面
１３３ 開口部
１３Ａ 第一くさび部
１３ＡＨ 第一通し穴
１３Ｂ 第二くさび部
１３ＢＨ 第二通し穴
１３Ｃ 本体部
１３ＣＨ 本体通し穴
Ａ 通し穴の中心軸
Ｓ 基準面
Ｆ 締付け軸力
Ｆｙ 降伏締付け軸力
Ｆｕ 極限締付け軸力
θ 締付け回転角
１１ ボルト
１１１ 頭部
１１２ 軸部
１２ ナット
１３ 試験治具
１３Ｈ 通し穴
１３１ 第一面
１３２ 第二面
１３３ 開口部
１３Ａ 第一くさび部
１３ＡＨ 第一通し穴
１３Ｂ 第二くさび部
１３ＢＨ 第二通し穴
１３Ｃ 本体部
１３ＣＨ 本体通し穴
Ａ 通し穴の中心軸
Ｓ 基準面
Ｆ 締付け軸力
Ｆｙ 降伏締付け軸力
Ｆｕ 極限締付け軸力
θ 締付け回転角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】