JP4000582B2 - 金属腐食モニタリング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属腐食モニタリング方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、水に接触する金属について、鋭敏化熱処理により腐食感受性を高めた金属片と鋭敏化熱処理されていない金属片の間の短絡電流を測定することにより、腐食の進行状況を把握し、腐食発生の危険性を予知する金属腐食モニタリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷却水系のような淡水環境においてステンレス鋼は不動態化しており、耐食的な材料として知られている。しかし、熱的影響を受けることにより、金属組織中のクロム成分と炭素が結合し、クロム炭化物として結晶粒界に優先的に析出し、粒界腐食感受性が高くなる。この現象は、鋭敏化と呼ばれる。粒界腐食が応力腐食割れの原因になることも多く、鋭敏化した金属材料の腐食挙動をつかむことは重要である（日本金属学会編；金属便覧 改訂５版、丸善）。
特開平５−９８４７６号公報には、金属と水が接触する系において、飽和甘汞電極や飽和カロメル電極を用いて金属の自然電位をモニタリングし、その値が孔食電位未満となるように、系に腐食抑制剤を添加する金属の腐食防止方法が提案されている。また、特開平５−２９７１８１号公報には、鋭敏化度を高めた金属片を、負荷応力をかけて腐食環境中に複数個浸漬し、該金属片をモニターして破断時間と破断数を検出して最小応力腐食割れ寿命を求め、構造物の応力腐食割れ寿命を予測する方法が提案されている。
しかし、従来の腐食電位の経時的な測定では、電位上昇による腐食の危険を予知することはできても、応力腐食割れにつながる危険性のある鋭敏化した材料の腐食進行状況をとらえることができない。また、応力を負荷した鋭敏化試験片の歪測定を行う方法では、破断による歪変化をとらえており、その前段階で起こる鋭敏化部材の腐食をとらえているわけではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、水に接触する金属について、鋭敏化熱処理により腐食感受性を高めた金属片の腐食の進行状況を把握し、腐食発生の危険性を簡単かつ正確に予知することができる金属腐食モニタリング方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、鋭敏化熱処理された金属片と鋭敏化熱処理されていない同一材質の金属片との短絡電流を測定することにより、腐食発生の危険性を容易に予知することができることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）水に接触する、鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていない同一材質の金属片との短絡電流を測定することを特徴とする金属腐食モニタリング方法、
（２）両金属片が板状であり、その片面にシート状の加熱部材をはりつけて加熱することにより、伝熱条件下で短絡電流を測定する第(１)項記載の金属腐食モニタリング方法、及び、
（３）両金属片が管状であり、その管外面にシート状の加熱部材をはりつけて加熱するとともに、管内の一定水流速の下に短絡電流を測定する第(１)項記載の金属腐食モニタリング方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明方法は、モニタリングを実施する水系の水（以下、試験水という。）に接触する金属材料について、鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていない金属片との短絡電流を測定することにより、金属材料の腐食モニタリングを行うものである。適用する金属材料が鋭敏化する材料であれば特に制限はなく、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金などを挙げることができる。
金属材料の鋭敏化熱処理は、対象とする金属材料を高温環境に置くことにより実施することができる。例えば、ステンレス鋼は、６５０℃の炉中に入れて焼鈍することにより、鋭敏化熱処理することができる。焼鈍時間は、作製する鋭敏化熱処理ステンレス鋼片の鋭敏化の度合いに応じて設定することができる。図１は、ＳＵＳ３０４について測定した焼鈍時間と電気化学的再活性化率の関係を示すグラフである。電気化学的再活性化率は、金属材料の鋭敏化の度合いの指標となる値である。このような関係をあらかじめ求めておくことにより、容易に所要の焼鈍時間を設定することができる。モニタリングする金属片の鋭敏化の度合いに特に制限はないが、対象とする金属材料の鋭敏化の度合いと合わせるか、あるいは、それ以上に高めることが好ましい。
【０００６】
本発明方法においては、試験水に接触し、かつ周囲から電気的に絶縁された鋭敏化熱処理された金属片と、試験水に接触し、かつ周囲から電気的に絶縁された鋭敏化熱処理されていない金属片を導線で結び、導線を流れる電流を測定する。電流の測定方法としては、例えば、無抵抗電流計を用いる方法などを挙げることができる。測定した短絡電流の値は、コンピューターを用いて連続的にデータ収集することもできる。
鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていない金属片に使用する金属材料は、同一材質の金属材料を用いる。腐食モニタリングに用いる金属片の大きさは、鋭敏化熱処理されていない金属片を、鋭敏化熱処理された金属片と同一又はより大きくすることが好ましい。鋭敏化熱処理されていない金属片を、鋭敏化熱処理された金属片と同一又はより大きくすることにより、腐食感受性を高めることができる。
鋭敏化熱処理された金属片及び鋭敏化熱処理されていない金属片を試験水に接触する方法は、金属片が周囲の配管などから電気的に絶縁され、両金属片を結ぶ導線と金属片の接続部が試験水と直接接触しない状態であれば特に制限はなく、例えば、テストピース状の金属片に導線を取り付けて試験水中に浸漬する方法や、電気的に絶縁した金属管内に試験水を通水する方法などを挙げることができる。モニタリングの対象が金属製配管である場合には、上述した金属管内に試験水を通水する方法を用い、さらにその管内を流れる試験水の流速をモニタリングの対象である配管内を流れる水の流速と同一とすることにより、実機を模擬した条件での測定が可能となる。
【０００７】
モニタリングの対象である金属材料が伝熱部にある場合には、鋭敏化熱処理された金属片及び鋭敏化熱処理されていない金属片に、シート状の加熱部材をはりつけることにより、伝熱条件下で評価することができる。伝熱面の温度がモニタリングの対象である金属材料の温度と等しくなるようにシート状の加熱部材の温度を設定することにより、実機の運転条件に即した状態での測定が可能となる。使用するシート状の加熱部材に特に制限はないが、正特性を有する抵抗組成物からなる面状発熱体（ＰＴＣヒーター）を用いると、外部温度センサーが不要であり、故障時の過熱のおそれもなく、簡便かつ安全な加熱が可能である。
本発明方法によれば、鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていないない同一材質の金属片との短絡電流を測定することにより、モニタリングの対象である金属材料の鋭敏化した部分における腐食の進行状況を把握するとともに、応力腐食割れにつながる可能性のある状況を予知することができる。すなわち、鋭敏化熱処理された金属片と鋭敏化熱処理されていない金属片の間に電流が流れることは、鋭敏化熱処理された金属片で腐食が進行していることを意味することから、短絡電流の測定値が大きくなる傾向にある場合は、腐食が進行している状態にあると判断することができる。
【０００８】
図２は、本発明方法の実施の一態様を示す説明図である。本態様においては、鋭敏化熱処理された板状の金属片１に導線を取り付けた電極と、鋭敏化熱処理されていない同一材質の板状の金属片２に導線を取り付けた電極を、試験水を導水したカラム３に浸漬し、両金属片の短絡電流を無抵抗電流計４を用いて測定する。必要に応じて、両金属片の片面にシート状の加熱部材をはりつけて加熱することができる。
図３は、本発明方法の実施の他の態様を示す説明図である。本態様は、モニタリングの対象として、熱交換器チューブを想定したものである。鋭敏化熱処理された金属管５と、鋭敏化熱処理されていない同一材質の金属管６を絶縁用ジョイント７を用いて接続し、試験水を両金属管内に通水する。定流量弁８を用いることにより、管内の試験水の流速を一定に保つ。さらに、両金属管の外面には、シート状の加熱部材９をはりつけ、ヒーター用電源１０を用いて加熱し、熱交換器の伝熱面を模擬する。鋭敏化熱処理された金属管５と、鋭敏化熱処理されていない金属管６との短絡電流を、無抵抗電流計４を用いて測定する。
【０００９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
図２に示す構成により、ステンレス鋼の腐食モニタリングを行った。
ＳＵＳ３０４製のテストピースを、６５０℃の炉中で２４時間焼鈍し、鋭敏化熱処理された試験片を作製した。また、鋭敏化熱処理されていない試験片としては、ＳＵＳ３０４製テストピースを用いた。
それぞれの試験片に導線を取り付け、無抵抗電流計に接続した。両試験片を、試験水として５０℃に保った厚木市水を充填したカラムに浸漬し、５分ごとに短絡電流を測定した。試験開始１０分後に、試験水に塩化ナトリウムを添加し、試験水中の塩化物イオン濃度を２０,０００mg／リットルになるように調整した。
試験時間と短絡電流の関係を、図４に示す。厚木市水に浸漬した鋭敏化熱処理されたステンレス鋼片と鋭敏化熱処理されていないステンレス鋼片の間に流れる短絡電流値は最初は数μＡ程度であったが、試験水に塩化ナトリウムを添加して腐食性環境にしたところ急激に短絡電流値が増加し、約４００μＡに達した。試験後の鋭敏化熱処理されたステンレス鋼片には、腐食生成物が認められた。
【００１０】
【発明の効果】
本発明方法によれば、鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていない金属片との短絡電流を測定することにより、モニタリングの対象である金属材料の鋭敏化した部分における腐食の進行状況を把握することができ、金属材料の腐食モニタリングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＳＵＳ３０４について測定した焼鈍時間と電気化学的再活性化率の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明方法の実施の一態様を示す説明図である。
【図３】図３は、本発明方法の実施の他の態様を示す説明図である。
【図４】図４は、試験時間と短絡電流の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 鋭敏化熱処理された板状の金属片
２ 鋭敏化熱処理されていない板状の金属片
３ 試験水を導水したカラム
４ 無抵抗電流計
５ 鋭敏化熱処理された金属管
６ 鋭敏化熱処理されていない金属管
７ 絶縁用ジョイント
８ 定流量弁
９ シート状の加熱部材
１０ ヒーター用電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属腐食モニタリング方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、水に接触する金属について、鋭敏化熱処理により腐食感受性を高めた金属片と鋭敏化熱処理されていない金属片の間の短絡電流を測定することにより、腐食の進行状況を把握し、腐食発生の危険性を予知する金属腐食モニタリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷却水系のような淡水環境においてステンレス鋼は不動態化しており、耐食的な材料として知られている。しかし、熱的影響を受けることにより、金属組織中のクロム成分と炭素が結合し、クロム炭化物として結晶粒界に優先的に析出し、粒界腐食感受性が高くなる。この現象は、鋭敏化と呼ばれる。粒界腐食が応力腐食割れの原因になることも多く、鋭敏化した金属材料の腐食挙動をつかむことは重要である（日本金属学会編；金属便覧 改訂５版、丸善）。
特開平５−９８４７６号公報には、金属と水が接触する系において、飽和甘汞電極や飽和カロメル電極を用いて金属の自然電位をモニタリングし、その値が孔食電位未満となるように、系に腐食抑制剤を添加する金属の腐食防止方法が提案されている。また、特開平５−２９７１８１号公報には、鋭敏化度を高めた金属片を、負荷応力をかけて腐食環境中に複数個浸漬し、該金属片をモニターして破断時間と破断数を検出して最小応力腐食割れ寿命を求め、構造物の応力腐食割れ寿命を予測する方法が提案されている。
しかし、従来の腐食電位の経時的な測定では、電位上昇による腐食の危険を予知することはできても、応力腐食割れにつながる危険性のある鋭敏化した材料の腐食進行状況をとらえることができない。また、応力を負荷した鋭敏化試験片の歪測定を行う方法では、破断による歪変化をとらえており、その前段階で起こる鋭敏化部材の腐食をとらえているわけではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、水に接触する金属について、鋭敏化熱処理により腐食感受性を高めた金属片の腐食の進行状況を把握し、腐食発生の危険性を簡単かつ正確に予知することができる金属腐食モニタリング方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、鋭敏化熱処理された金属片と鋭敏化熱処理されていない同一材質の金属片との短絡電流を測定することにより、腐食発生の危険性を容易に予知することができることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）水に接触する、鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていない同一材質の金属片との短絡電流を測定することを特徴とする金属腐食モニタリング方法、
（２）両金属片が板状であり、その片面にシート状の加熱部材をはりつけて加熱することにより、伝熱条件下で短絡電流を測定する第(１)項記載の金属腐食モニタリング方法、及び、
（３）両金属片が管状であり、その管外面にシート状の加熱部材をはりつけて加熱するとともに、管内の一定水流速の下に短絡電流を測定する第(１)項記載の金属腐食モニタリング方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明方法は、モニタリングを実施する水系の水（以下、試験水という。）に接触する金属材料について、鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていない金属片との短絡電流を測定することにより、金属材料の腐食モニタリングを行うものである。適用する金属材料が鋭敏化する材料であれば特に制限はなく、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金などを挙げることができる。
金属材料の鋭敏化熱処理は、対象とする金属材料を高温環境に置くことにより実施することができる。例えば、ステンレス鋼は、６５０℃の炉中に入れて焼鈍することにより、鋭敏化熱処理することができる。焼鈍時間は、作製する鋭敏化熱処理ステンレス鋼片の鋭敏化の度合いに応じて設定することができる。図１は、ＳＵＳ３０４について測定した焼鈍時間と電気化学的再活性化率の関係を示すグラフである。電気化学的再活性化率は、金属材料の鋭敏化の度合いの指標となる値である。このような関係をあらかじめ求めておくことにより、容易に所要の焼鈍時間を設定することができる。モニタリングする金属片の鋭敏化の度合いに特に制限はないが、対象とする金属材料の鋭敏化の度合いと合わせるか、あるいは、それ以上に高めることが好ましい。
【０００６】
本発明方法においては、試験水に接触し、かつ周囲から電気的に絶縁された鋭敏化熱処理された金属片と、試験水に接触し、かつ周囲から電気的に絶縁された鋭敏化熱処理されていない金属片を導線で結び、導線を流れる電流を測定する。電流の測定方法としては、例えば、無抵抗電流計を用いる方法などを挙げることができる。測定した短絡電流の値は、コンピューターを用いて連続的にデータ収集することもできる。
鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていない金属片に使用する金属材料は、同一材質の金属材料を用いる。腐食モニタリングに用いる金属片の大きさは、鋭敏化熱処理されていない金属片を、鋭敏化熱処理された金属片と同一又はより大きくすることが好ましい。鋭敏化熱処理されていない金属片を、鋭敏化熱処理された金属片と同一又はより大きくすることにより、腐食感受性を高めることができる。
鋭敏化熱処理された金属片及び鋭敏化熱処理されていない金属片を試験水に接触する方法は、金属片が周囲の配管などから電気的に絶縁され、両金属片を結ぶ導線と金属片の接続部が試験水と直接接触しない状態であれば特に制限はなく、例えば、テストピース状の金属片に導線を取り付けて試験水中に浸漬する方法や、電気的に絶縁した金属管内に試験水を通水する方法などを挙げることができる。モニタリングの対象が金属製配管である場合には、上述した金属管内に試験水を通水する方法を用い、さらにその管内を流れる試験水の流速をモニタリングの対象である配管内を流れる水の流速と同一とすることにより、実機を模擬した条件での測定が可能となる。
【０００７】
モニタリングの対象である金属材料が伝熱部にある場合には、鋭敏化熱処理された金属片及び鋭敏化熱処理されていない金属片に、シート状の加熱部材をはりつけることにより、伝熱条件下で評価することができる。伝熱面の温度がモニタリングの対象である金属材料の温度と等しくなるようにシート状の加熱部材の温度を設定することにより、実機の運転条件に即した状態での測定が可能となる。使用するシート状の加熱部材に特に制限はないが、正特性を有する抵抗組成物からなる面状発熱体（ＰＴＣヒーター）を用いると、外部温度センサーが不要であり、故障時の過熱のおそれもなく、簡便かつ安全な加熱が可能である。
本発明方法によれば、鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていないない同一材質の金属片との短絡電流を測定することにより、モニタリングの対象である金属材料の鋭敏化した部分における腐食の進行状況を把握するとともに、応力腐食割れにつながる可能性のある状況を予知することができる。すなわち、鋭敏化熱処理された金属片と鋭敏化熱処理されていない金属片の間に電流が流れることは、鋭敏化熱処理された金属片で腐食が進行していることを意味することから、短絡電流の測定値が大きくなる傾向にある場合は、腐食が進行している状態にあると判断することができる。
【０００８】
図２は、本発明方法の実施の一態様を示す説明図である。本態様においては、鋭敏化熱処理された板状の金属片１に導線を取り付けた電極と、鋭敏化熱処理されていない同一材質の板状の金属片２に導線を取り付けた電極を、試験水を導水したカラム３に浸漬し、両金属片の短絡電流を無抵抗電流計４を用いて測定する。必要に応じて、両金属片の片面にシート状の加熱部材をはりつけて加熱することができる。
図３は、本発明方法の実施の他の態様を示す説明図である。本態様は、モニタリングの対象として、熱交換器チューブを想定したものである。鋭敏化熱処理された金属管５と、鋭敏化熱処理されていない同一材質の金属管６を絶縁用ジョイント７を用いて接続し、試験水を両金属管内に通水する。定流量弁８を用いることにより、管内の試験水の流速を一定に保つ。さらに、両金属管の外面には、シート状の加熱部材９をはりつけ、ヒーター用電源１０を用いて加熱し、熱交換器の伝熱面を模擬する。鋭敏化熱処理された金属管５と、鋭敏化熱処理されていない金属管６との短絡電流を、無抵抗電流計４を用いて測定する。
【０００９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
図２に示す構成により、ステンレス鋼の腐食モニタリングを行った。
ＳＵＳ３０４製のテストピースを、６５０℃の炉中で２４時間焼鈍し、鋭敏化熱処理された試験片を作製した。また、鋭敏化熱処理されていない試験片としては、ＳＵＳ３０４製テストピースを用いた。
それぞれの試験片に導線を取り付け、無抵抗電流計に接続した。両試験片を、試験水として５０℃に保った厚木市水を充填したカラムに浸漬し、５分ごとに短絡電流を測定した。試験開始１０分後に、試験水に塩化ナトリウムを添加し、試験水中の塩化物イオン濃度を２０,０００mg／リットルになるように調整した。
試験時間と短絡電流の関係を、図４に示す。厚木市水に浸漬した鋭敏化熱処理されたステンレス鋼片と鋭敏化熱処理されていないステンレス鋼片の間に流れる短絡電流値は最初は数μＡ程度であったが、試験水に塩化ナトリウムを添加して腐食性環境にしたところ急激に短絡電流値が増加し、約４００μＡに達した。試験後の鋭敏化熱処理されたステンレス鋼片には、腐食生成物が認められた。
【００１０】
【発明の効果】
本発明方法によれば、鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていない金属片との短絡電流を測定することにより、モニタリングの対象である金属材料の鋭敏化した部分における腐食の進行状況を把握することができ、金属材料の腐食モニタリングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＳＵＳ３０４について測定した焼鈍時間と電気化学的再活性化率の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明方法の実施の一態様を示す説明図である。
【図３】図３は、本発明方法の実施の他の態様を示す説明図である。
【図４】図４は、試験時間と短絡電流の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 鋭敏化熱処理された板状の金属片
２ 鋭敏化熱処理されていない板状の金属片
３ 試験水を導水したカラム
４ 無抵抗電流計
５ 鋭敏化熱処理された金属管
６ 鋭敏化熱処理されていない金属管
７ 絶縁用ジョイント
８ 定流量弁
９ シート状の加熱部材
１０ ヒーター用電源
Claims (3)
- 水に接触する、鋭敏化熱処理された金属片と、鋭敏化熱処理されていない同一材質の金属片との短絡電流を測定することを特徴とする金属腐食モニタリング方法。
- 両金属片が板状であり、その片面にシート状の加熱部材をはりつけて加熱することにより、伝熱条件下で短絡電流を測定する請求項１記載の金属腐食モニタリング方法。
- 両金属片が管状であり、その管外面にシート状の加熱部材をはりつけて加熱するとともに、管内の一定水流速の下に短絡電流を測定する請求項１記載の金属腐食モニタリング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19736298A JP4000582B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 金属腐食モニタリング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000028516A JP2000028516A (ja) | 2000-01-28 |
| JP4000582B2 true JP4000582B2 (ja) | 2007-10-31 |
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ID=16373239
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP19736298A Expired - Fee Related JP4000582B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 金属腐食モニタリング方法 |
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| JP (1) | JP4000582B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103983500A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-13 | 深圳大学 | 一种批量制作均匀锈蚀金属试件的试验方法及试验系统 |
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| JP5348051B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2013-11-20 | 栗田工業株式会社 | 銅の孔食評価方法 |
| JP5626380B2 (ja) * | 2013-01-21 | 2014-11-19 | 栗田工業株式会社 | 孔食モニタリング用テストピースおよび孔食モニタリング装置並びに孔食モニタリング方法 |
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1998
- 1998-07-13 JP JP19736298A patent/JP4000582B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN103983500A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-13 | 深圳大学 | 一种批量制作均匀锈蚀金属试件的试验方法及试验系统 |
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| JP2000028516A (ja) | 2000-01-28 |
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