Mechanism study on IGSCC by analyzing residual stress and work hardening in welds of low-carbon austenitic stainless steel with surface machining

表面を加工した低炭素オーステナイト系ステンレス鋼溶接部の残留応力と加工硬化の解析による粒界応力腐食割れの機構論的研究

望月 正人*; 森 裕章*; 勝山 仁哉  

Mochizuki, Masahito*; Mori, Hiroaki*; Katsuyama, Jinya

低炭素オーステナイト系ステンレス鋼溶接部に対する表面加工により生じる残留応力と加工硬化が粒界応力腐食割れ(IGSCC)挙動に及ぼす影響を明らかにするため、配管突合せ溶接部の三次元熱弾塑性解析を行うとともに、定歪速度引張試験による粒界すべり挙動に関する試験を行った。表面加工を模擬した熱弾塑性解析により、残留応力分布と硬さ分布を求め、その引張残留応力をもとに定歪速度引張試験を行い、561Kで粒界すべりが起きることを明らかにした。また、溶体化処理後と冷間加工後の試験片における粒界すべり量の比較から、冷間加工材の方が低歪条件で粒界すべりを起すとともに、そのすべり量は歪の増加にしたがい増加することを見いだした。さらに、粒界すべり量が増えるとともに、粒界エネルギーも増加していることを明らかにした。以上の結果から、SUS316L鋼溶接部における表面加工硬化部のIGSCCの進展の原因は、多層溶接と表面加工で生じる残留応力により粒界すべりが促進され、粒界エネルギーが増加することによると結論付けられる。

To make clear the effects of residual stress and work hardening on IGSCC behavior in the welds of the austenitic stainless steel with surface hardening, residual stress and hardness in butt-joints of pipes are evaluated by 3D thermo-elastic-plastic analysis. The grain boundary (GB) sliding behavior is examined using constant strain rate tensile test with the numerically simulated tensile residual stress due to welding and surface machining. It was made clear that GB sliding occurred at 561 K. It was also indicated that the GB sliding in cold-rolled one occurred in smaller strain conditions than that in solution treated one, and that the amount of GB sliding increased with added strain. In addition, it was clarified that the GB energy was raised by the GB sliding. It is concluded from these results that the cause of IGSCC in the welds of stainless steel with surface hardening is the increase in GB energy due to GB sliding accelerated by residual stress of welding and surface hardening.