マルテンサイト変態の検出によるオーステナイト系ステンレス鋼の 貫通疲労き裂の電磁的サイジングと応力拡大係数の推定

本研究では、マルテンサイト相変態を利用した材料劣化の非破壊検査法の確立を目指した。オーステナイト系ステンレス鋼US304ではマルテンサイト相変態が起こり、その結果、き裂後縁部の大きな変形によって磁化が誘起される。フェライトスコープとフラックスゲートセンサーを用いて、疲労き裂を有するSUS304ステンレス鋼板中の垂直磁束密度Bzのピークを測定した。Bz分布の最小ピークと最大ピーク間の距離2lは、実際の疲労き裂長さ2aとの間には線形相関があることを示した。また、最小ピークと最大ピークの値は、試験片に負荷された疲労損傷のパラメータである応力拡大係数範囲Kとも線形関係があることを示した。これらの結果は、疲労き裂上空の垂直磁束密度を測定することで、実際のき裂長さ2aと試験片が受けた損傷量を推定できることを示しているものと考えられる。

The present study has attempted to establish a new method of non-destructive inspection method for material degradation by using martensitic phase transformation. Martensitic phase transformation occurs in austenitic stainless steel SUS304 and thus resultant magnetization is induced due to severe deformation in the crack wake zones. Peaks of vertical magnetic fiux density Bz were measured in the plates of SUS304 stainless steel with fatigue cracks by Ferritescope® and fiux gate sensor. The distance 2l between the minimum and the maximum peaks of the Bz distribution shows a linear correlation with real fatigue crack length 2a. The values of minimum and maximum peaks also have linear relationships with the applied stress intensity factor range ΔK, a fatigue damage parameter imposed on the specimens. These results imply that the measurement of the vertical magnetic flux density closely above a fatigue crack can estimate real crack length 2a and the amount of damage the specimens has suffered.

Martensitic Transformation, Stainless Steel, Flux-gate Sensor, Fatigue, In Situ Inspection