JP2002333399A - 応力腐食割れ試験片及び応力腐食割れ試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験片を小型化すると共に過酷な応力負荷を
可能にして、応力腐食割れ試験に要する時間を短縮する
ことができる応力腐食割れ試験片を提供する。 【解決手段】 合金材料の応力腐食割れ試験に用いる応
力腐食割れ試験片１０であって、試験材料Ａ，Ｂより切
断して鏡面研磨加工を施した板状部材１に、一方の上面
端部１３ａを同一上面１３に密着するまでほぼ１８０度
折り返してなる塑性変形部１２と、板状部材１と同一素
材よりなるくさび２を上面端部１３ａと上面１３との密
着面間に挿入してなる弾性変形部１５と、を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温高圧環境下環
境及び腐食環境などの浸食性環境における応力腐食割れ
の試験に用いられる応力腐食割れ試験片及び応力腐食割
れ試験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、合金が一定持続加重下で浸食
性環境（aggressive environment）の影響を受け、著し
くぜい化して破壊する現象として応力腐食割れ（Stress
Corrosion Cracking：ＳＣＣ）が知られている。この
ような応力腐食割れは、インコネル（Inconel)６２５等
に代表されるニッケル（Ni）合金、アルミニウム（Al）
合金、マグネシウム（Mg）合金及びオーステナイト系ス
テンレス鋼など各種の合金材料において、材料、環境及
び応力の三者が特定の条件を満たした時に発生する場合
がある。このため、実験室的に再現試験を実施すること
により、各種合金材料毎の高温高圧環境及び腐食環境な
どのような浸食性環境下における応力腐食割れの発生条
件及び進展条件等を明確にし、さらに、耐応力腐食割れ
性を向上させることが求められている。なお、応力腐食
割れに影響を及ぼす腐食環境などの浸食性環境とは、合
金材料が接触する気体や液体、具体的には大気、水蒸
気、アンモニア蒸気、水、海水、各種水溶液等のことで
あり、それぞれの温度、圧力及び濃度等も問題となって
くる。

【０００３】上述した応力腐食割れを実験室で再現する
ための応力腐食割れ試験方法としては、従来より定歪法
や定荷重法などと呼ばれているものが知られている。こ
のような試験法は、ＡＳＴＭ（American Society for T
esting Material ）などで規格化されて一般的に使用さ
れている。そして、たとえば定歪法においては、治具を
用いて短冊形の試験片に一定の弾性歪みを与えるベント
・ビーム法、Ｃ形状とした環状試験片の中央部をボルト
・ナットで締め付けることで応力を負荷するＣ−リング
法、Ｕ字型に曲げた試験片をボルト・ナットで締め付け
ることにより試験片外面に引張応力を与えて試験するＵ
字曲げ法、このＵ字曲げ法で用いるＵ字型試験片の中央
曲げ部等を溶接し残留応力を関与させた状態で試験する
方法などが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の応力腐食割れ試験方法では、試験片が塑性変形
するような高い応力（以下、高応力と呼ぶ）や、試験片
が弾性変形するような比較的低い応力（以下、低応力と
呼ぶ）を同時に作用させるといった過酷かつ複数の条件
の応力を負荷することができるものはない。このため、
応力腐食割れを再現するのに複数の試験法及び条件が必
要になったり、あるいは過酷な応力負荷ができないため
感受性が鈍くなって試験時間を要することになるので、
試験完了まで数百時間から数万時間というかなりの長時
間を要することになる。従って、従来の応力腐食割れ試
験方法は、感受性評価の面で実験室試験として必ずしも
有効とは言い難かった。

【０００５】また、上述した応力腐食割れ試験では、通
常試験片をオートクレーブ内及び密閉容器内に入れるな
どして腐食環境を形成することになる。このため、治具
を含む全体の試験片容積が大きくなるベント・ビーム法
やＣ形状及びＵ字型のように大きな容積の試験片を使用
するＣ−リング法及びＵ字曲げ法のような従来の試験方
法では、たとえばオートクレーブ内のように限られた腐
食環境で同時に試験できる試験片の数が少なくなる。従
って、多種の合金材料をできるだけ短い時間で試験する
ためには、複数の試験設備が必要になるという問題が生
じてくる。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、試験片を小型化すると共に過酷な応力負荷及び高
応力及び低応力部を同時に評価する手法を可能にし、応
力腐食割れ感受性を向上させることができるなどの理由
により、応力腐食割れ試験に要する時間を短縮できる応
力腐食割れ試験片及び応力腐食割れ試験方法の提供を目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
応力腐食割れ試験片は、合金材料の応力腐食割れ試験に
用いる応力腐食割れ試験片であって、被試験部材又はそ
の模擬材より切断して鏡面研磨加工を施した板状部材
に、一方の上面端部を同一上面に密着するまでほぼ１８
０度折り返してなる塑性変形部（高応力部）と、前記板
状部材と同一素材よりなるくさび状部材を前記上面端部
と前記上面との密着面間に挿入してなる弾性変形部（低
応力部）と、を設けたことを特徴としている。

【０００８】このような応力腐食割れ試験片によれば、
塑性変形を伴う比較的高い圧縮応力が負荷され、くさび
を挿入することで高い引張応力が生じる塑性変形部と、
弾性変形を伴う比較的低い引張応力が負荷された弾性変
形部とを設けたので、一つの試験片に２種類の応力を負
荷した状態で応力腐食割れ試験を実施することが可能に
なる。さらに、板状部材をほぼ１８０度折り返してなる
密着面を形成したので、試験片自体が小型化され、板状
部材間にはより厳しい腐食環境となりうる隙間を設ける
こともできる。

【０００９】請求項２に記載の応力腐食割れ試験方法
は、合金材料の応力腐食割れ試験に用いる応力腐食割れ
試験方法であって、被試験部材又はその模擬材より試験
片となる板状部材を切断除去する切断加工工程と、前記
板状部材の表面に鏡面研磨加工を施す研磨工程と、前記
板状部材の一方の上面端部が同一上面に密着するまでほ
ぼ１８０度折り返して塑性変形部を形成する曲げ加工工
程と、前記上面端部と前記上面との密着面間に前記板状
部材と同一素材よりなるくさび状部材を挿入して弾性変
形部を形成するくさび挿入工程と、を経て形成された応
力腐食割れ試験片を所望の環境とした容器内に設置して
応力腐食割れ試験を行うことを特徴とするものである。

【００１０】このような応力腐食割れ試験方法によれ
ば、塑性変形を伴う比較的高い圧縮応力が負荷されると
共に、くさび挿入により高い引張応力が発生する塑性変
形部を曲げ加工工程で形成し、弾性変形を伴う比較的低
い引張応力が負荷された弾性変形部をくさび挿入工程で
形成して、一つの試験片に２種類の応力を負荷した状態
で小型化された試験片を所望の浸食性環境とした容器内
に多数個設置することができるので、応力腐食割れ試験
を効率よく短時間で実施することが可能になる。この場
合、前記応力腐食割れ試験片を前記容器内の治具に設置
する時には絶縁体を介在させるのが好ましく、これによ
り、治具との異種金属間接触腐食を防止することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る応力腐食割れ
試験片及び応力腐食割れ試験方法の一実施形態を、図面
に基づいて説明する。図１及び図２において、符号の１
は板状部材、２はくさび、１０は応力腐食割れ試験片で
ある。

【００１２】応力腐食割れ試験は、ニッケル合金、アル
ミニウム合金、マグネシウム合金及びステンレス鋼など
各種の合金材料よりなる管状部材Ａや板材Ｂなどの被試
験部材又は模擬材（以下、試験材料と呼ぶ）から、適宜
必要な大きさの板状部材１を切断除去して行われるもの
である。ここで試験材料から切断する板状部材１は、た
とえば長さＬを６０mm、幅Ｗを８mm、厚さｔを２mmとし
た比較的小さな短冊形状であり、一方の長手方向端部近
傍には、最終的にフック等への吊り下げ用穴として使用
される貫通孔１１が設けられている。このように、試験
材料から試験片となる板状部材１を切断除去する第１の
工程を、以後「切断加工工程」と呼ぶことにする。

【００１３】切断加工工程で得られた板状部材１は、全
表面に鏡面研磨加工を施す第２の工程に送られる。この
第２の工程は「研磨工程」と呼ばれ、たとえばエメリー
ペーパー等を用いて、板状部材１の表面が＃６００程度
の鏡面となるよう鏡面研磨を実施する。

【００１４】続く第３の工程は、鏡面研磨された板状部
材１を長手方向にほぼ１８０度折り返すことによって塑
性変形部１２を形成するもので、以後「曲げ加工工程」
と呼ぶことにする。この工程で実施する曲げ加工は、板
状部材１の長手方向において貫通孔１１と反対側の端部
からおおよそ１／３〜１／２付近の位置で実施され、貫
通孔１１とは反対側の上面端部１３ａが同一の上面１３
に密着して密着部１４を形成している。このようにして
形成された塑性変形部１２においては、曲げ部の内面
（上面１３）側に塑性変形を伴う高い圧縮応力が負荷さ
れている。

【００１５】続く第４の工程では、上面端部１３ａと上
面１３とが密着している密着部１４の密着面間に、板状
部材１と同一素材を用いてくさび状に形成されたくさび
２を挿入して弾性変形部１５となる曲げ部を形成する。
ここで、くさび２に板状部材１と同一素材を使用するの
は、異種金属間接触腐食を生じないようにするためであ
り、以後この工程を「くさび挿入工程」と呼ぶことにす
る。なお、上述した曲げ加工工程及びくさび挿入工程が
完了した時点においては、貫通孔１１がくさび２や折り
返した上面端部１３ａによって塞がれることがないよう
に曲げ加工位置やくさび２の長さなどを規定する。この
ようにして形成された弾性変形部１５においては、内面
（上面１３）側に弾性変形を伴う低い引張応力が負荷さ
れる。また、くさび２を挿入することで、塑性変形部１
２においては曲げ部の内面側に高い引張応力が生じ、試
験材料の種類によっては微視的な人工亀裂を生じさせる
ことも可能である。

【００１６】このようにして、切断加工工程、研磨工
程、曲げ加工工程及びくさび挿入工程という４つの工程
を経て、応力腐食割れ試験に使用する応力腐食割れ試験
片１０が完成する。こうして完成した応力腐食割れ試験
片１０は、たとえば図３及び図４に示すように、所望の
圧力、温及び腐食環境などに設定された浸食性環境の容
器内に入れられ、応力腐食割れ試験が実施される。

【００１７】図３は、応力腐食割れ試験片１０を複数吊
り下げることができる治具２０を示している。この治具
２０は、複数段（図示の例では４段）のリング２１と、
所定の間隔で上下に配置した各リング２１間を上下に連
結する複数（図示の例では４本）の柱部材２２と、各リ
ング２１にそれぞれ複数設けられたフック２３とを具備
して構成され、後述するオートクレーブ等の容器内に収
納可能な寸法としてある。なお、図示の例では、最下段
のリング２１が治具２０を安定設置させるための脚部と
して機能している。

【００１８】各フック２３には、上述した応力腐食割れ
試験片１０の貫通孔１１を通して吊り下げることができ
る。この時、応力腐食割れ試験片１０が治具との異種金
属間接触腐食を生じないようにするため、貫通孔１１の
内面及びその周辺両面とフック２３との間にセラミック
ス等の絶縁体（図示省略）を介在させ、両者が直接接触
しないようにして吊り下げるのが好ましい。なお、上述
した治具２０の構成では、応力腐食割れ試験片１０をフ
ック２３に吊り下げるものとしたが、この他にもたとえ
ば絶縁材を介在させてクリップ等で挟持するものなど、
種々の変形例が可能である。

【００１９】複数の応力腐食割れ試験片１０を吊り下げ
た治具２０は、図４に示すように、たとえばオートクレ
ーブ３０のように所望の浸食性環境を形成した容器内に
入れられる。なお、図４において、図中の符号３１は上
部が開口した圧力容器本体、３２は収納空間部、３３は
圧力容器本体３１の上部開口を塞ぐ蓋部材、３４は温度
調整用のヒータ、３５は圧力調整用の加圧用鋼管であ
る。

【００２０】以下、上述した本発明による応力腐食割れ
試験片及び応力腐食割れ試験方法の作用を説明する。応
力腐食割れ試験片１０は、板状部材１をほぼ１８０度折
り返したものにくさび２を挿入して構成されているの
で、長さが３０〜４０mm程度、幅が８mmと小さく、厚み
も５〜６mm程度とかなり薄い試験片となる。このため、
試験片自体の容積が小さくなり、さらに、応力負荷に必
要な治具やボルト・ナットといった装置類も不要となり
ので、全体として試験片１個当たりの容積が大幅に低減
される。従って、容器内に吊り下げるなどして同時に試
験を実施できる試験片の数が従来よりも大幅に増加する
ので、応力腐食割れ試験の効率を向上させることが可能
になる。すなわち、異なる試験材料の応力腐食割れ試験
片１０を多数、同じ浸食性環境下で同時に試験すること
が可能になるので、設備の利用効率を向上させて試験時
間の短縮を図ることができる。

【００２１】また、応力腐食割れ試験片１０は、塑性変
形部１２の曲げ部内面側に塑性変形を伴う高い圧縮応力
が負荷され、さらに、くさび２の挿入により、同曲げ部
内面側には高い引張応力が発生する。これに対し、応力
腐食割れ試験片１０の弾性変形部１５には、弾性変形を
伴う低い引張応力が負荷されることとなるので、一つの
試験片に対して、高い引張応力が作用する高負荷作用部
と低い引張応力が作用する低負荷作用部とを設けた状態
で、同時に応力腐食割れ試験を実施することが可能にな
る。このため、従来は異なる応力を負荷するために２個
の試験片を製作する必要があったものを、１個の試験片
で同時に試験できるようになるため、その分試験装置の
利用効率が向上し、試験時間の短縮も可能になる。ま
た、高応力と低応力とが同時に負荷されるという過酷な
負荷条件下にあるため、感受性が向上して試験完了まで
の時間が短縮される。

【００２２】特に、密着部１４を形成するように板状部
材１を折り返したので、試験片の上面どうしが近接する
小さな隙間部分を生じ、隙間部環境及び周囲環境におい
て酸素濃淡電池が形成されるという理由により、同隙間
部分がより厳しい腐食環境となる可能性がある。このよ
うな厳しい腐食環境では、応力腐食割れの進行が加速さ
れるので、応力腐食割れの確認に要する試験時間の短縮
にも有効である。すなわち、応力腐食割れの再現試験に
あたり、応力腐食割れの発生及び進展を短時間で再現で
きるようになる。

【００２３】また、上述した試験片となる板状部材１
は、たとえばＡＳＴＭに規定されているベント・ビーム
法の短冊形試験片（Ｌ：７５mm／Ｗ：１０mm／ｔ：２m
m）等と比較しても小さくてすむので、板状部材１を切
断除去する試験材料側の制約も小さくなる。すなわち、
従来の試験片及び試験方法では、必要となる板状部材が
大きすぎて規定の板状部材を採取できず、結果として応
力腐食割れ試験を実施できなかった試験材料からでも、
本発明による試験片用の小さな板状部材１を採取できる
ようになるため、応力腐食割れ試験の適用範囲や実施可
能範囲を広げることもできる。なお、本発明の構成は上
述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明の応力腐食割れ試験片及び応力腐
食割れ試験方法によれば、以下の効果を奏する。 （１）請求項１に記載の応力腐食割れ試験片は、板状部
材を折り返して形成された密着面間にくさびを挿入して
応力腐食割れ試験片を形成し、高応力が負荷される塑性
変形部と、低応力が負荷される弾性変形部とを設けたの
で、異なる応力を同時に負荷した過酷な負荷状態で応力
腐食割れ試験を実施でき、しかも全体を小さくした試験
片を提供できる。この結果、一つの試験片に対し２種類
の応力を負荷した状態で試験を実施できるので、試験に
必要な試験片の数を低減し、また応力腐食割れ感受性が
向上することなどの理由により試験時間を短縮するのに
有効な応力腐食割れ試験片となる。また、応力腐食割れ
試験片の小型化により、容器内で同時に試験できる試験
片の数を増すこともできるので、この点でも試験装置を
有効利用して試験時間を短縮することが可能になる。

【００２５】（２）請求項２に記載の応力腐食割れ試験
方法は、切断加工工程、研磨工程、曲げ加工工程、くさ
び挿入工程を経て形成された応力腐食割れ試験片を所望
の浸食性環境とした容器内に設置して応力腐食割れ試験
を実施するので、高応力が負荷される塑性変形部と、低
応力が負荷される弾性変形部とを備えた小さな応力腐食
割れ試験片を用い、異なる応力を同時に負荷した過酷な
応力負荷状態で応力腐食割れ試験を実施することができ
る。このため、試験に必要な試験片の数が低減され、感
受性の向上などにより全体としての試験時間を短縮する
のに有効な応力腐食割れ試験方法となる。また、この試
験方法は、小型化された応力腐食割れ試験片を使用でき
るので、所望の浸食性環境とした容器内で同時に試験で
きる試験片の数が増し、試験装置の有効利用による試験
時間の短縮を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る応力腐食割れ試験片及び応力腐
食割れ試験方法の一実施形態を示す図で、応力腐食割れ
試験片の製作過程を示す説明図である。

【図２】 本発明に係る応力腐食割れ試験片の一実施形
態を示す斜視図である。

【図３】 本発明の応力腐食割れ試験方法に用いる治具
の構成例を示す斜視図である。

【図４】 本発明に係る応力腐食割れ試験方法により応
力腐食割れ試験を実施中の様子を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 板状部材 ２ くさび（くさび状部材） １０ 応力腐食割れ試験片 １２ 塑性変形部 １３ 上面 １４ 密着部 １５ 弾性変形部 ２０ 治具 ３０ オートクレーブ（容器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G050 AA01 BA10 EA01 EA04 EB10 EC05 2G052 AA11 AD12 AD32 EC01 EC09 EC11 JA07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合金材料の応力腐食割れ試験に用いる
   応力腐食割れ試験片であって、 被試験部材又はその模擬材より切断して鏡面研磨加工を
   施した板状部材に、一方の上面端部を同一上面に密着す
   るまでほぼ１８０度折り返してなる塑性変形部（高応力
   部）と、前記板状部材と同一素材よりなるくさび状部材
   を前記上面端部と前記上面との密着面間に挿入してなる
   弾性変形部（低応力部）と、を設けたことを特徴とする
   応力腐食割れ試験片。
2. 【請求項２】 合金材料の応力腐食割れ試験に用いる
   応力腐食割れ試験方法であって、 被試験部材又はその模擬材より試験片となる板状部材を
   切断除去する切断加工工程と、 前記板状部材の表面に鏡面研磨加工を施す研磨工程と、 前記板状部材の一方の上面端部が同一上面に密着するま
   でほぼ１８０度折り返して塑性変形部を形成する曲げ加
   工工程と、 前記上面端部と前記上面との密着面間に前記板状部材と
   同一素材よりなるくさび状部材を挿入して弾性変形部を
   形成するくさび挿入工程と、 を経て形成された応力腐食割れ試験片を所望の環境とし
   た容器内に設置して応力腐食割れ試験を行うことを特徴
   とする応力腐食割れ試験方法。
3. 【請求項３】 前記応力腐食割れ試験片が、前記容器
   内の治具に絶縁体を介して設置されることを特徴とする
   請求項２に記載の応力腐食割れ試験方法。