JPH02274388A - オーステナイト系ステンレス鋼材の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はステンレス鋼材をボルトで締結し摩擦接合す
る接合方法に関する。

［従来の技術］ オーステナイト系のステンレス鋼材の接合部にボルト接
合方式を採用しようとすると、ステンレス鋼材はボルト
締め付は後にクリープ変形を起すため接合力が時間と共
に低下しく第３図）、Ｆ！ｉ擦接合として充分に機能し
なくなる。また、接合ボルトにオーステナイト系ステン
レス鋼ボルトを用いた場合、ボルトもクリープ変形を起
すため、接合力はさらに低下する。

オーステナイト系ステンレス鋼材が常温下でクリープ変
形を起こすことについては従来から知られていたが（例
えば、寺井：材料試験、　８　（１９８９）Ｐ、６５２
）　、ボルト接合力の低下についての知見は無く、その
対策は成されていなかった。このためオーステナイト系
ステンレス鋼材の接合は中ボルトによるせん断接合によ
らざるをえず、摩擦接合に比し接合力が小さくなり、大
きな応力が作用する部材の場合は溶接接合とするか、ボ
ルト本数を多くする必要がある。さらに、中ボルトによ
るせん断接合の場合には、ボルト穴のガタにより構造物
全体が変形する恐れがあり、小規模構造物にしか適用で
きないという問題点もある。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記事情に鑑みなされたものである。その目
的はオーステナイト系ステンレス鋼材のクリープによる
圧縮変形を起こり難くし、長期にわたり大きな摩擦接合
力を維持できる接合方法を提案するにある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するためのオーステナイト系ステンレス
鋼材の接合方法は、接合すべき複数個のオーステナイト
系ステンレス鋼材の接合部位を重ね、該材料を貫通する
ボルトにて締結し接合する接合方法において、ボルト締
結に先んじ、接合部位のステンレス鋼材に初期降伏応力
（残留歪０．２％）をボルト締結時にステンレス鋼材内
に生じる応力の１．６倍以上とするになる塑性変形を生
じさせ、好ましくは耐食処理を施した高張力ボルトを用
い摩擦接合することを特徴とする。

オーステナイト系ステンレス鋼材に一定の圧縮力を加え
た場合、第２図に示すように時間の経過と共に圧縮変形
量が増加する、いわゆるクリープ変形特性を示す。第３
図に示すようにこのクリープ変形が前述した接合力低下
の主因となる。従って一定時間経過後の接合力低下量の
大小は、クリープ変形速度（クリープ歪速度）の大小で
評価できるものと考えられる。圧縮力負荷後一定時間経
過時のクリープ歪速度と負荷応力の関係を第４図に示す
。図より明らかなように、負荷応力を減らせばクリープ
歪速度は小さくなる。このことはボルト締め付は力を減
らせばクリープ変形による接合力の低下を防止できるこ
とを意味するが、所定の全接合力を得るためにはボルト
本数を増さねばならない。この問題を解決するためには
、クリープ変形を起さない限界の負荷応力を高める方法
を見いだす必要がある。

発明者らは他鋼種を加えた種々の実験を行い、クリープ
歪速度と負荷応力を初期降伏応力（残留歪０．２！ｋ）
で除した値の関係を求めたところ、第５図に示すように
初期降伏応力の０．６倍以下の負荷応力では、クリープ
歪速度がほぼ０、即ちクリープ変形は殆ど生じないこと
を発見した。この事実は、何らかの方法で初期降伏応力
を所定の負荷応力の１．６倍以−Ｅに高めればクリープ
変形を起さない可能性があることを示唆している。

初期降伏応力を高めるためには、鋼中成分比を変える方
法もあるか、より簡便には圧延、プレス加工等により塑
性変形を加え、加工硬化させる方法がある。そこで発明
者らは加工硬化によるクリープ変形防止効果を確認する
ため、予め冷間圧延により加工硬化させたオーステナイ
ト系ステンレス鋼材のクリープ試験を行った。その結果
、第１図に示すように、負荷応力の１．６倍以上に相当
する初期降伏応力を加工により付与すれば、鋼材のクリ
ープ変形を防止できることが確かめられた。

このことは、ボルト締結に先んじて接合部位のステンレ
ス鋼材を加工し、ボルト締結時にステンレス鋼材内に生
じる応力の１．［ｉ倍以上の初期降伏応力となるまで硬
化させれば、接合力の低下を防止できることを意味する
ものである。

なお、ボルトのりラクゼーションを小さくするためには
セラミックコーティングあるいはステンレス鋼クラッド
等の手段で耐食処理を施した高張力ボルトを用いること
が最も望ましい。

［実施例］ Ｓ［ｌ５３０４ステンレス鋼材（０，０５１ニー０．６
１Ｓｉ−０，８７Ｍｎ−０，０３７Ｐ−０，００９５−
１８，８６Ｃｒ−９，２３Ｎｆ：数値はｗｔ！ｋ　）を
対象に摩擦接合力試験を実施した。試験では、先ず２枚
重ねした厚さ２５１ＩＩ１１の鋼材にＭ２４の高張力ボ
ルトで３５ｔｏｎの締め付は力を与え、１０００時間後
に鋼材を側方から引張り、鋼材間にずれを生じる荷重を
測定した。結果を第６図に示す。図より明らかなように
、末法を適用しない場合接合力は約１０を低下するのに
対し、プレス加工により平均負荷応力の１．６倍まで硬
化させた場合で約３％、さらに２倍以上に硬化させれば
１％未満となり、接合力の低下は実用上全く問題となら
ない程度にまで改善される。

またコーティング処理を施した高張力ボルトを使用する
ことにより、腐食による劣化も生じなかった。

［発明の効果］ 本発明によればオーステナイト系ステンレス鋼材を摩擦
接合する事が可能となり、大形海洋施設などに応用して
長期にわたり高い接合強度および耐食性を維持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクリープ歪速度と加工硬化材の初期降伏応力（
残留歪０．２！りの相関グラフ、第２図は圧縮応力下の
鋼材変形量と経過時間の相関グラフ、第３図はクリープ
変形による接合力低下の機構を説明する概念図、第４図
はクリープ歪速度と負荷応力の相関グラフ、第５図はク
リープ歪速度と負荷応力を初期降伏応力で除した値との
相関グラフ、第６図はボルト締結前にプレス加工により
加工硬化させた鋼材の初期降伏応力と１０００時間経過
後の摩擦接合力の相関グラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、接合すべき複数個のオーステナイト系ステンレス鋼
   材の接合部位を重ね、該材料を貫通するボルトにて締結
   し接合する接合方法において、ボルト締結に先んじて接
   合部位のステンレス鋼材に初期降伏応力をボルト締結時
   にステンレス鋼材内に生じる応力の１．６倍以上とする
   にたる塑性変形を生じさせ、ボルトを用い摩擦接合する
   ことを特徴とするーステナイト系ステンレス鋼材の接合
   方法。 ２、ボルトは耐食処理を施した高張力ボルトである請求
   項１記載の方法。