JP2019109061A

JP2019109061A - 腐食試験方法

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Publication number: JP2019109061A
Application number: JP2017240413A
Authority: JP
Inventors: 鹿島　和幸; Kazuyuki Kashima; 和幸鹿島
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: JP7043823B2

Abstract

【課題】実際の使用環境を模擬し、舶用係留チェーンとして用いた場合の金属材料の耐食性を評価することが可能な腐食試験方法を提供する。【解決手段】海水浸漬工程と乾燥湿潤工程とを含む処理を１サイクルとして、金属材料に対して、該処理を１サイクル以上施す腐食試験方法であって、海水浸漬工程では、金属材料を温度が０〜６０℃の自然海水または人工海水に５分〜２時間浸漬し、乾燥湿潤工程では、温度が２０〜７０℃、相対湿度が５０〜７５％ＲＨである環境で１〜１２時間保持する乾燥工程と、温度が２０〜７０℃、相対湿度が８０％ＲＨ以上である環境で２〜１２時間保持する湿潤工程とを含む処理を１回として、該処理を５回以上繰り返し、海水浸漬工程は、５〜１５日に１回の頻度で行われる、腐食試験方法。【選択図】なし

Description

本発明は、腐食試験方法に係り、特に、舶用係留チェーン用金属材料の腐食試験方法に関する。

船舶の係留チェーンは、海水環境に曝されるため腐食が激しく、長期間使用の際には腐食が問題となる場合がある。ドックでの点検時に係留チェーンの径が計測されるが、元の径に対して１２％以上減少している場合には、新たなチェーンに切り替えをしなければならないという基準が船級規則により定められている。現状では、船の寿命が２０年程度であるのに対して、係留チェーンの寿命は１５年程度である。そのため、係留チェーンに用いられる金属材料には、耐食性向上による寿命延長が望まれている。

また、係留チェーンとして好適な金属材料を開発するに際しては、実環境を模擬した腐食試験の開発が求められる。例えば、特許文献１には、船舶バラストタンク環境で使用される鋼材等の金属材料の耐食性を実験室的にしかも短時間で評価することのできる、船舶バラストタンク用金属材料の腐食試験方法が開示されている。また、特許文献２には、実環境を模擬した金属材の耐食性評価方法と金属材、ならびに金属材の腐食促進試験装置が開示されている。

特開２００８−２３２８９５号公報特開２０１１−１６９９１８号公報

しかしながら、本発明者が検討を行った結果、特許文献１および２に記載の腐食試験によって形成した腐食生成物と、実環境で使用された係留チェーンに生じる腐食生成物とは組成が異なっており、十分に模擬できていないことが分かった。

本発明は、上記の課題を解決し、実際の使用環境を模擬し、舶用係留チェーンとして用いた場合の金属材料の耐食性を評価することが可能な腐食試験方法を提供することを目的とする。

係留チェーンは、港湾沖での係留時には海水に浸かり、船舶の航行時にはチェーンロッカーと呼ばれる格納庫に納められる。そこで、本発明者は、実環境でのチェーンロッカー内の環境変動について調査を行った。そして、当該環境変動を再現したうえで、さらに試験条件を調整することによって、実環境を短期間で模擬することが可能な腐食試験方法を見出すに至った。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、下記の腐食試験方法を要旨とする。

（１）海水浸漬工程と乾燥湿潤工程とを含む処理を１サイクルとして、金属材料に対して、該処理を１サイクル以上施す腐食試験方法であって、
前記海水浸漬工程では、前記金属材料を温度が０〜６０℃の自然海水または人工海水に５分〜２時間浸漬し、
前記乾燥湿潤工程では、温度が２０〜７０℃、相対湿度が５０〜７５％ＲＨである環境で１〜１２時間保持する乾燥工程と、温度が２０〜７０℃、相対湿度が８０％ＲＨ以上である環境で２〜１２時間保持する湿潤工程とを含む処理を１回として、該処理を５回以上繰り返し、
前記海水浸漬工程は、５〜１５日に１回の頻度で行われる、
腐食試験方法。

（２）前記金属材料が、舶用係留チェーン用である、
上記（１）に記載の腐食試験方法。

本発明によれば、チェーンロッカー内の腐食環境を短期間で模擬することができるため、舶用係留チェーンとして用いた場合の金属材料の耐食性を迅速に評価することが可能となる。

本発明の各要件について詳しく説明する。

本発明の一実施形態に係る腐食試験方法においては、海水浸漬工程と乾燥湿潤工程とを含む処理を１サイクルとして、金属材料に対して、該処理を１サイクル以上施す。上記処理のサイクル数については特に制限はないが、高い再現性で実環境を模擬するためには、３サイクル以上とすることが好ましく、５サイクル以上とすることがより好ましい。一方、迅速に試験を行うためには、２０サイクル以下とすることが好ましく、１０サイクル以下とすることがより好ましい。

海水浸漬工程では、金属材料を温度が０〜６０℃の自然海水または人工海水（以下、単に「海水」という。）に５分〜２時間浸漬する。海水の温度は、５〜４０℃であるのが好ましい。例えば、金属材料に対して、海水を噴霧する等の方法では、塩の付着量が十分ではなく、実際の腐食環境を再現することができない。そのため、金属材料を海水に浸漬する必要がある。

海水の成分については特に制限は設けず、実際の使用環境を再現するものであればよいが、その一例として、ＮａＣｌ：２．４５％、ＭｇＣｌ_２：１．１１％、Ｎａ_２ＳＯ_４：０．４１％、ＣａＣｌ_２：０．１５％、ＫＣｌ：０．０７％、ＮａＨＣＯ_３：０．０２％、
ＫＢｒ：０．０１％の組成（％は質量％を示す。）を有する人工海水が例示される。また、海水の温度を上記の範囲としたのは、実環境を模擬するためである。

また、浸漬時間が５分未満では、特に腐食生成物が厚い場合に金属材料への塩の付着が不十分となり、係留チェーンの使用時の腐食環境を模擬することができない。一方、浸漬時間が２時間を超えても塩付着の効果は飽和し、迅速に試験を行うことができなくなる。

乾燥湿潤工程では、乾燥工程と湿潤工程とを含む処理を１回として、該処理を５回以上繰り返す。

乾燥工程では、温度が２０〜７０℃、相対湿度が５０〜７５％ＲＨの環境で１〜１２時間保持する。温度が２０℃未満であると腐食の進行が遅く、短時間での腐食環境の模擬が困難になる。一方、温度が高いほど腐食は促進されるものの、７０℃を超えると、生成する腐食生成物の組成が変化し、再現性が劣化する。

また、本発明者の調査によれば、実際のチェーンロッカー内において、相対湿度が５０％ＲＨ未満となることはなかった。そのため、乾燥工程での相対湿度は５０％ＲＨ以上とする。一方、相対湿度が７５％ＲＨを超えると、海水に含まれる塩の主成分であるＮａＣｌが潮解し厚い水膜が形成されることにより、塩の濃縮が起こりにくくなる。この結果、実際の腐食環境を模擬することができなくなる。

さらに、乾燥工程での保持時間が１時間未満であると乾燥が不十分となり、実環境の模擬が難しくなる。一方、保持時間が１２時間を超えても腐食の促進効果が飽和し、試験時間が長期化するだけである。

また、湿潤工程では、温度が２０〜７０℃、相対湿度が８０％ＲＨ以上の環境で２〜１２時間保持する。乾燥工程と同様に、温度が２０℃未満であると腐食の進行が遅く、短時間での腐食環境の模擬が困難になる。一方、温度が高いほど腐食は促進されるものの、７０℃を超えると、生成する腐食生成物の組成が変化し、再現性が劣化する。湿潤工程では、ＮａＣｌが完全に潮解する条件とする必要があるため、相対湿度は８０％ＲＨ以上とする。

また、湿潤工程での保持時間が２時間未満であると腐食生成物が十分に生成せず、実環境の模擬が難しくなる。一方、保持時間が１２時間を超えても腐食の促進効果が飽和し、試験時間が長期化するだけである。

なお、乾燥工程および湿潤工程においては、保持環境を変動させてもよいが、再現性の観点からは一定の条件で保持することが好ましい。そのような場合において、乾燥工程での所定条件から湿潤工程での所定条件に遷移するまでの時間は１０分〜１１時間とすることが好ましい。保持条件の急激な変化は実環境の再現を阻害するおそれがある。一方、遷移する時間が１１時間を超えると、各工程の所定条件での保持時間が不足するおそれがある。

また、乾燥工程と湿潤工程との繰り返し回数が５回未満では、腐食の進行が十分ではなく、実環境を模擬することができない。乾燥工程と湿潤工程との繰り返し回数は１０回以上であるのが好ましく、１５回以上であるのがより好ましい。

また、海水浸漬工程と乾燥湿潤工程とを繰り返すことで腐食試験を行うに際しては、海水浸漬工程は５〜１５日に１回の頻度で行う必要がある。海水浸漬工程を少なくとも１５日に１回の頻度で行わないと、塩の付着量が不十分となり、実際の腐食環境を再現することができない。一方、５日に１回を超える頻度で行う場合には、乾燥湿潤工程の時間が短くなり、腐食を十分に促進することができなくなる。

なお、海水浸漬工程を５〜１５日に１回の頻度で行うためには、乾燥湿潤工程が開始して終了するまでの期間が５〜１５日となるようにする必要がある。そこで、乾燥工程および湿潤工程での保持時間に応じ、上記期間が５〜１５日となるように、乾燥工程と湿潤工程との繰り返し回数を調整する必要がある。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１に示す化学組成を有する、長さ１００ｍｍ、直径２０ｍｍの丸棒状の試験片を用いて、下記に示す各種の腐食試験を実施した。

［本発明例］
上記の試験片に対して、海水浸漬工程と乾燥湿潤工程とからなる処理を１サイクルとして、８サイクル実施した。海水浸漬工程では、３５℃の人工海水に１５分浸漬した。また、乾燥湿潤工程では、６０℃、相対湿度６５％ＲＨの環境で４時間保持する乾燥工程と、６０℃、９０％ＲＨの環境で４時間保持する湿潤工程とを繰り返し実施した。そして、海水への浸漬は７日に１回行った。すなわち、試験期間は５６日間とした。なお、試験に用いた人工海水の組成は、質量％で、ＮａＣｌ：２．４５％、ＭｇＣｌ_２：１．１１％、Ｎａ_２ＳＯ_４：０．４１％、ＣａＣｌ_２：０．１５％、ＫＣｌ：０．０７％、ＮａＨＣＯ_３：０．０２％、ＫＢｒ：０．０１％であった。

［比較例１］
上記の試験片に対して、３５℃の５％ＮａＣｌ溶液を５６日間噴霧した。

［比較例２］
上記の試験片に対して、３５℃の５％ＮａＣｌ溶液を２時間噴霧した後、６０℃、相対湿度２５％ＲＨの環境下で４時間乾燥させ、その後さらに、５０℃、相対湿度１００％の湿潤環境に２時間保持するという処理を繰り返した。試験期間は５６日間とした。

［比較例３］
上記の試験片に対して、３５℃の人工海水を２時間噴霧した後、６０℃、相対湿度２５％ＲＨの環境下で４時間乾燥させ、その後さらに、５０℃、相対湿度１００％の湿潤環境に２時間保持するという処理を繰り返した。試験期間は５６日間とした。

これらの腐食試験後の試験片について、腐食生成物の組成および腐食速度を調査した。なお、腐食速度は、丸棒状の試験片の長さ方向の中心位置および、中心から両側に２０ｍｍずつの位置の合計３か所について直径を測定し、その平均値を元々の直径と比較することで、直径の減少速度として測定を行った。

また、腐食試験後の試験片より腐食生成物を採取し、内部標準法によるＸ線定量分析を実施した。具体的には、採取した腐食生成物を粉砕混合した後、重量を計測し、腐食生成物に対し重量比で２０％のＺｎＯ粉末を混合した。続いて、前述の混合物に対し、Ｘ線回折測定を行なった。得られた回折パターンより、さび物質であるα−ＦｅＯＯＨ、β−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨおよびＦｅ_３Ｏ_４の回折ピークとＺｎＯの回折ピークの強度比を求め、予め作成した検量線を用い強度比を重量比に換算した。このようにして、腐食生成物の組成を求めた。

それらの結果を表２に示す。なお、表２には、実環境で腐食された係留チェーンに生成する腐食生成物の組成についても併せて載せている。

表２に示されるように、腐食生成物には、α−ＦｅＯＯＨ、β−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨおよびＦｅ_３Ｏ_４が含まれる。このうち、α−ＦｅＯＯＨ、β−ＦｅＯＯＨおよびγ−ＦｅＯＯＨについては、加速試験においては再現が困難な生成物である。一方、Ｆｅ_３Ｏ_４は濡れ環境のような酸化の遅い環境で生成しやすい生成物である。そのため、チェーンロッカー内のような濡れ時間の長い腐食環境を模擬した腐食試験の再現性を評価する上で、Ｆｅ_３Ｏ_４の生成量は基準となりうる。

表２から分かるように、比較例の腐食試験によって生成した腐食生成物中のＦｅ_３Ｏ_４量は、実環境での値と大きく異なるのに対して、本発明に係る腐食試験方法を採用した場合には、類似する組成を模擬することができた。

また、腐食速度も実環境の１０倍以上であり、従来の腐食試験より高い値となった。このことから、本発明に係る腐食試験方法を用いることによって、短時間で腐食環境を再現できることが分かる。

Claims

海水浸漬工程と乾燥湿潤工程とを含む処理を１サイクルとして、金属材料に対して、該処理を１サイクル以上施す腐食試験方法であって、
前記海水浸漬工程では、前記金属材料を温度が０〜６０℃の自然海水または人工海水に５分〜２時間浸漬し、
前記乾燥湿潤工程では、温度が２０〜７０℃、相対湿度が５０〜７５％ＲＨである環境で１〜１２時間保持する乾燥工程と、温度が２０〜７０℃、相対湿度が８０％ＲＨ以上である環境で２〜１２時間保持する湿潤工程とを含む処理を１回として、該処理を５回以上繰り返し、
前記海水浸漬工程は、５〜１５日に１回の頻度で行われる、
腐食試験方法。
前記金属材料が、舶用係留チェーン用である、
請求項１に記載の腐食試験方法。