金属の疲労破壊に起因する事故を防ぐ
2020/02/21
国立研究開発法人 物質・材料研究機構(NIMS)・〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1
Scienceand Technology of Advanced Materials誌プレスリリース
配信元:国立研究開発法人物質・材料研究機構(NIMS)・〒305-0047茨城県つくば市千現1-2-1
Tsukuba,Japan 21February 2020
金属の疲労破壊に起因する事故を防ぐ
(Tsukuba,21 February 2020) 日本産業界の安心、安全を支える物材機構50年にわたる金属疲労、クリープ試験の成果
Title:Catalog of NIMS fatigue data sheets / Catalog of NIMS creep datasheets
引用:Scienceand Technology of Advanced Materials Vol. 20 (2019) p. 1055
本誌リンクhttps://doi.org/10.1080/14686996.2019.1680574
物質・材料研究機構(物材機構、NIMS)は、日本で生産される各種金属構造材料の応力下での寿命を評価するために、過去半世紀にわたって、それらの長時間にわたる疲労およびクリープ試験をおこなってきた。
金属材料は繰り返して応力にさらされると疲労破壊を起こし、また、高温で一定応力を加え続けられるとクリープ変形を起こし、破壊へとつながることは良く知られる。1985年の御巣鷹山への日航機墜落事故、1994年の韓国聖水大橋崩落事故、1998年のドイツ高速列車ICEの車輪破壊事故、2002年の中華航空機空中分解事故といったいずれも多数の犠牲を伴う事故、最近では2007年のエキスポランド・ジェットコースター横転(車輪破損)事故など、いずれも金属の疲労破壊によるものである。このような疲労破壊事故を防ぐためには、それら材料の寿命を評価し、適切な検査時期の設定、材料の交換が行われなくてはならない。物材機構の疲労およびクリープ試験のデータはそれを支える重要な役割を果たしている。
Scienceand Technology of AdvancedMaterialsに発表された、物材機構、古谷佳之らによるレビュー論文、Catalogof NIMS fatigue data sheets および、澤田浩太らによるレビュー論文Catalogof NIMS creep data sheets で、それぞれ得られた主要な成果を紹介している。
1966年、物材機構の前身、金属材料技術研究所は、耐熱鋼および合金が高温下、10万時間(約11.4年)で破断するに要する応力を決定するという目的で、クリープデータシートプロジェクト(Creepdata sheets)を立ち上げた。このプロジェクトで得られるクリープ破壊強度のデータは、当初、発電所のボイラー、圧力配管等、各部材に用いられる金属材料の許容応力を決めるために必要とされたが、近年は、それら金属材料がクリープ破壊を起こすまでの期間を評価するために用いられるようになっている。60のクリープデータシートがあり、0から59までの番号が付ついていて、改定に応じてA(firstrevised edition)、B(secondrevised edition)といった記号が付されている。
その10年後となる1978年から、NIMSは構造材料の疲労特性データ・シート(Fatiguedatasheets)の発行を始めている。この疲労特性データ・シートは、自動車や飛行機も含む種々の産業分野で用いられる日本製の金属構造材料全般の巨大な疲労特性データベースとなっていて、鋼、アルミニウム合金、チタン合金等の室温または高温での高サイクル、低サイクル、ギガサイクル疲労試験の結果を網羅している。また溶接継手部の疲労特性もカバーしている。実際、疲労特性データ・シートは構造材料の疲労特性の巨大なデータベースとなっていて、現在、126の疲労特性データ・シートがあり、なお増加中である。
金属の疲労は、応力を受けている物体に、初めに微小なクラックが発生し,繰り返し応力を受けることにより割れ目が伝播、拡大してゆく機構による。疲労試験は、室温、ないし高温下で、金属試料にサイクルで数える繰り返し負荷を加え、クラックが伝播、拡大してゆくのにどの程度多くのサイクルが必要かを測るものである。基本的な疲労特性を測る疲労試験は、107から1010サイクル行い、数年の期間を要する。
NIMSクリープデータによると材料の長時間クリープ強度特性は材料の種類に強く依存する。材料は、温度が変わった時、材料の化学組成、少量添加元素の量、結晶粒径に依存して異なる反応を示し、材料の種類に応じたクリープ破断データを評価するには解析手法の選定も必要になる。火力発電所で一般的に使われているフェライト耐熱鋼は本質的な長時間クリープ強度(基底クリープ強度と呼ぶ)を有しているが、このクリープ強度は、少量溶質成分の添加量と、固溶体強化量に依存している。
疲労限度は高サイクル疲労により決められるが、この疲労限度は主に金属の抗張力と硬度に影響される。興味深いことに、ある種の金属では、室温であるかぎり応力を加えても、信じられないほどの長時間クラックの発生が無いが、その同じ金属も高温下では同じ応力で結局クラックが発生することをNIMSの研究者たちは見いだしている。
現時点までは、NIMSで開発,蓄積してきたクリープおよび疲労データ・シートは、“MatNavi”(https://smds.nims.go.jp/fatigue/index_en.html)から閲覧でき、主に産業界で用いられてきている。NIMSは、2020年の中頃までにはこのデータシートを“MaterialsData Repository (MDR)”へ移行、アクセシビリティーを改善し、今後、学術分野からの利用も促進したい、としている。
【画像:https://kyodonewsprwire.jp/img/202002217138-O1-6C36SH3C】
図の説明:内圧クリープ試験により破断した発電所で用いられるパイプ試料
論文情報1
タイトル:Catalogueof NIMS fatigue data sheets
著者:YoshiyukiFuruya*, Hideaki Nishikawa, Hisashi Hirukawa, Nobuo Nagashima &Etsuo Takeuchi
*Research Center for Structural Materials, National Institute forMaterials Science, 1-2-1 Sengen, Tsukuba, Ibaraki 305-0047, Japan(E-mail: FURUYA.Yoshiyuki@nims.go.jp)
引用:Scienceand Technology of Advanced Materials Vol. 20 (2019) p. 1055
最終版公開日:2019年11月12日
本誌リンクhttps://doi.org/10.1080/14686996.2019.1680574(オープンアクセス)
論文情報2
タイトル:Catalogof NIMS creep data sheets
著者:Kota Sawada, Kazuhiro Kimura, Fujio Abe, Yasushi Taniuchi, Kaoru Sekido,Takehiro Nojima, Toshio Ohba, Hideaki Kushima, Hideko Miyazaki,Hiromichi Hongo &Takashi Watanabe
*Research Center for Structural Materials, National Institute forMaterials Science, 1-2-1 Sengen, Tsukuba, Ibaraki 305-0047, Japan(E-mail: SAWADA.Kota@nims.go.jp)
引用:Scienceand Technology of Advanced Materials Vol. 20 (2019) p. 1131
最終版公開日:2020年1月14日
本誌リンクhttps://doi.org/10.1080/14686996.2019.1697616(オープンアクセス)
Scienceand Technology of Advanced Materials誌は、国立研究開発法人物質・材料研究機構(NIMS)とEmpaが支援するオープンアクセスジャーナルです。
[企画に関する問い合わせ:stam_office@nims.go.jp]
カジノで2兆円負けた井川意高氏”汗水垂らして”指摘に「税金150億払ってから口聞いてこい」
辞退表明の元モー娘。市井氏が「初当選」 1日で辞職も7万円支給へ
2頭のヒグマと遭遇、顔を蹴って撃退 空手経験者の男性 北海道
偽の転居届で親族の郵便物を自宅に転送 容疑で43歳男性を逮捕
完全にダマされた! 『ラヴィット!』あのちゃん“事故レベル”大暴走は『水ダウ』遠隔操作のしわざだった ネットも納得
MLB最高球団フロントに大谷所属のドジャース「あらゆる面でエリート」米メディアが格付け発表
近藤千尋、妊娠生活について笑顔で語る「5年ぶりの妊娠なので、全部忘れていて」
【これもあるんだ100均すごい】ダイソーでチェックすべきUSBアイテム3種
”芸能界一飛ばす男”ユージ「自分が欲しいものを」ゴルフウエアディレクターとして妥協なし
「令和の愛人」高身長グラドル、谷間が際立つ美スタイル披露「寝る子はますます育ちそう」
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
小澤征悦と再婚した桑子真帆アナ(34)黒い過去が流出、衝撃の過去にネット騒然
完全にダマされた! 『ラヴィット!』あのちゃん“事故レベル”大暴走は『水ダウ』遠隔操作のしわざだった ネットも納得
大原櫻子、ガーシー暴露後初のSNS投稿に賛否の声「イメージ最悪になった」
ガーシー、またも綾野剛の暴露写真でネット歓喜「この写真見て笑っちゃう」
30キロ減量の華原朋美、痩せた美貌で“ノリノリ動画”公開 美ボディーで熱唱
ユーチューバーもこう氏、元彼女・成海瑠奈について赤裸々告白
大久保佳代子「30代前半は性欲おばけ」“ストッパー”にするためあえてしていたこと明かす
「日本では日本語を喋る努力をしろ」外国人接客への投稿で炎上店主が「お詫びと休業のお知らせ」
アイドルの給与事情明かし「食べていくの無理に…」母が元おニャン子クラブのセクシー女優が訴え
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
岡本夏生(56)、1600日ぶりにブログを更新した現在が衝撃
曙と熱愛した相原勇(52)の現在が衝撃的すぎると話題に
深夜のファミリーマート徘徊、必ず入っている「フエラムネのミニチュアおもちゃ付」を探し求めた結果……
ガーシー、佐野ひなこの暴露を示唆でネット騒然「ファンだったのに」
ユーチューバーもこう氏、元彼女・成海瑠奈について赤裸々告白
ガーシー、またも綾野剛の暴露写真でネット歓喜「この写真見て笑っちゃう」
いなば食品のホームページが表示されない!そして「プレスリリース」もヤバすぎると話題に
小澤征悦と再婚した桑子真帆アナ(34)黒い過去が流出、衝撃の過去にネット騒然
玉置浩二の妻、青田典子(53)の現在がとんでもない事になっていると話題に
カジノで2兆円負けた井川意高氏”汗水垂らして”指摘に「税金150億払ってから口聞いてこい」
辞退表明の元モー娘。市井氏が「初当選」 1日で辞職も7万円支給へ
2頭のヒグマと遭遇、顔を蹴って撃退 空手経験者の男性 北海道
偽の転居届で親族の郵便物を自宅に転送 容疑で43歳男性を逮捕
完全にダマされた! 『ラヴィット!』あのちゃん“事故レベル”大暴走は『水ダウ』遠隔操作のしわざだった ネットも納得
MLB最高球団フロントに大谷所属のドジャース「あらゆる面でエリート」米メディアが格付け発表
近藤千尋、妊娠生活について笑顔で語る「5年ぶりの妊娠なので、全部忘れていて」
【これもあるんだ100均すごい】ダイソーでチェックすべきUSBアイテム3種
”芸能界一飛ばす男”ユージ「自分が欲しいものを」ゴルフウエアディレクターとして妥協なし
「令和の愛人」高身長グラドル、谷間が際立つ美スタイル披露「寝る子はますます育ちそう」