JP6077439B2 - Hydrogen intrusion prevention method - Google Patents
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Description
本発明は、建築物に用いられている鉄鋼などの鋼材における、水素脆化の原因となる水素の侵入を防止する水素侵入防止方法に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen intrusion prevention method for preventing intrusion of hydrogen that causes hydrogen embrittlement in steel materials such as steel used in buildings.
建造物などの構造物では、遅れ破壊が問題となることがある。遅れ破壊とは、静的な負荷を受けているある条件下(自然界)で使用している鋼材などが、ある時間の経過後、外見上ではほぼ塑性変形を伴うことなく、突然脆性的に破壊する現象である。この遅れ破壊のメカニズムは十分に解明されていないが、水素が金属に侵入して延性が失われることによる水素脆性によるものと考えられている(特許文献1参照)。このような水素脆化を防ぐために、様々な技術が開発されている。 In structures such as buildings, delayed fracture can be a problem. Delayed fracture means that steel materials used under certain conditions (natural world) under static load suddenly break brittlely with almost no plastic deformation after a certain amount of time. It is a phenomenon. Although the mechanism of this delayed fracture has not been fully elucidated, it is thought to be due to hydrogen embrittlement due to the penetration of hydrogen into the metal and loss of ductility (see Patent Document 1). In order to prevent such hydrogen embrittlement, various techniques have been developed.
特許文献1に示された技術では、予め所定の処理をした鋼材を用いるようにしている。しかしながらこのような技術は、既設の建造物に用いられている鋼材には適用できない。これに対し、塗装などにより、対象となる鋼材を外界より遮断することで、水素の侵入を防止し、水素脆化を防ごうとする技術がある。このような技術により、既設の建造物に用いられている鋼材に対しても、水素侵入の防止について一定の効果が得られている。 In the technique disclosed in Patent Document 1, a steel material that has been subjected to a predetermined treatment is used. However, such a technique cannot be applied to steel materials used in existing buildings. On the other hand, there is a technique for preventing hydrogen intrusion and preventing hydrogen embrittlement by shielding a target steel material from the outside by painting or the like. With such a technique, a certain effect is obtained with respect to prevention of hydrogen intrusion even for steel materials used in existing buildings.
ところで、建造物によっては、水没した状態で用いられる場合もある。このように屋外で水に接触している状態では、特に、水素イオンや水の還元によって水素が発生し易い環境であり、水素が侵入し易い状態である。しかしながら、水没するなどの状態では、塗装などを施すことができないため、水素の侵入を防止することが容易ではないという問題があった。 By the way, depending on the building, it may be used in a submerged state. Thus, in the state where it is in contact with water outdoors, it is an environment in which hydrogen is likely to be generated due to reduction of hydrogen ions or water, and hydrogen is likely to enter. However, there is a problem that it is not easy to prevent the invasion of hydrogen because it cannot be painted in a state where it is submerged.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、屋外で水に接触している鋼材に対する水素の侵入が、抑制できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent hydrogen from entering a steel material that is in contact with water outdoors.
本発明に係る水素侵入防止方法は、屋外で水に接触している鋼材に、Feより貴な電位を示す所定の金属から構成された電極を接続する第1工程と、鋼材に接触している水に電極を接触させて鋼材と電極との間の電位差により鋼材に対する水素の侵入を抑制する第2工程とを備え、電極は、第2工程における鋼材の電位が、Feの電位−pH図において水中でFe(OH)3が安定に存在する範囲となる金属から構成する。例えば、電極は、Cuから構成すればよい。 The hydrogen intrusion prevention method according to the present invention is in contact with a steel material, a first step of connecting an electrode made of a predetermined metal exhibiting a potential nobler than Fe to a steel material in contact with water outdoors. And a second step of suppressing hydrogen intrusion into the steel material by a potential difference between the steel material and the electrode by contacting the electrode with water, and the electrode has a potential of the steel material in the second step in the Fe potential-pH diagram. It is made of a metal in a range where Fe (OH) 3 is stably present in water. For example, the electrode may be made of Cu.
以上説明したことにより、本発明によれば、屋外で水に接触している鋼材に対する水素の侵入が、抑制できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that hydrogen can be prevented from entering a steel material that is in contact with water outdoors.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における水素侵入防止方法を説明するための説明図である。図1では、水素侵入防止方法が実施される状態を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a hydrogen intrusion prevention method according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state where the hydrogen intrusion prevention method is implemented.
この方法では、まず、屋外で水102に接触している鋼材101に、鉄(Fe)より貴な電位を示す所定の金属から構成された電極103を接続する(第1工程)。鋼材101は、既設の建造物を構成するものである。例えば、リード線104により、鋼材101と電極103とを接続すればよい。
In this method, first, an
次に、図1に示すように、鋼材101に接触している水102に電極103を接触させる(第2工程)。水102に電極103を接触させることで、鋼材101と電極103との間の電位差により鋼材101に対する水素の侵入を抑制する。ここで、電極103は、第2工程における鋼材101の電位が、Feの電位−pH図において水102中でFe(OH)3が安定に存在する範囲となる状態の金属から構成することが重要となる。例えば、電極103は、銅(Cu)から構成すればよい。
Next, as shown in FIG. 1, the
屋外における水102は、例えば、雨水がもととなるものであり、中性から弱酸性を示す。このとき、図2に示すFeの電位−pH図(Pourbaix Diagram)より、鋼材の主成分であるFeは、水と共存するとイオン化し、図2に示す「水素発生腐食域」で水素を発生する。このようにして発生する水素の一部が、鋼材に侵入してしまう。
The
上述した状態に対し、Feより貴な電位を示す所定の金属から構成された電極103を鋼材101に電気的に接続し、電極103も水102に接触させると、雨水などの水102中では,電極103がカソードとなり、鋼材101はアノードとなる。この結果、水素は電極103で発生するようになり、鋼材101の表面における水素の発生が防止できるようになる。
In contrast to the above-described state, when the
ここで、水102に接触して鋼材101と電極103との間に電位差が生じている状態で、鋼材101の電位が図2のFe(OH)3が安定な領域に入るように、電極103の金属を選択すればよい。鋼材101の電位が図2のFe(OH)3が安定な領域に入る状態とするためには、上記電位差が0.4V程度であることが好ましい。鋼材101の主成分はFeであるので、電極103は、例えばCuから構成すればよい。なお、鋼材101と電極103の間隔は、近づけすぎると、電極103で発生した水素が、鋼材101に拡散して到達することが考えられる。このため、鋼材101と電極103との間隔は、1mm以上とし、電極103で発生した水素を、鋼材101に到達する前に水102より外気中に拡散させることが好ましい。
Here, in a state where a potential difference is generated between the
ところで、鋼材101が水没すると、電極103も同様に水没することが重要となる。ここで、一部の領域の鋼材101の近傍に電極103を配置した状態では、他の一部の領域の鋼材101が水没した状態では、電極103が水没しない場合が発生する。このため、電極103は、対象となる鋼材101の周囲に、一様に設けられているとよい。例えば、網状の形状とした電極103を、鋼材101の周囲に一様に配置すればよい。
By the way, when the
上述した実施の形態によれば、鋼材101は、アノードとして電流を流失するが、水素の侵入を免れることになる。アノードとして流失する電流についても、実際にはFe(OH)3が安定な被膜となるので、値としての電流は極めて小さい。電極103をCuから構成した場合、実験上、鋼材101において流失する電流は、0.1μA・cm-2以下であり,平均的には年に1μm程度以下の腐食速度であった。
According to the above-described embodiment, the
Cuから構成した電極103を用い、既設の建造物を構成している鋼材101に対して本発明の水素侵入防止を実施した実験で、72時間経過した段階で、鋼材101に含まれる水素を分析した。この結果、鋼材101と同じ新品の比較材と同じ値であり、鋼材101中の水素量は全く増加していなかった。
In the experiment in which hydrogen intrusion prevention according to the present invention was performed on the
以上に説明したように、本発明によれば、屋外で水に接触している鋼材に、Feより貴な電位を示す所定の金属から構成された電極を接続するようにしたので、屋外で水に接触している鋼材に対する水素の侵入が、抑制できるようになる。特に、鋼材が、既設の建造物を構成しているものである場合であっても、上記電極を接続すればよいので、非常に簡便に実施することができる。 As described above, according to the present invention, an electrode made of a predetermined metal having a noble potential than Fe is connected to a steel material in contact with water outdoors. Intrusion of hydrogen into the steel material in contact with the steel can be suppressed. In particular, even when the steel material constitutes an existing building, it is only necessary to connect the above electrodes, and therefore, it can be carried out very simply.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.
101…鋼材、102…水、103…電極、104…リード線。 101 ... Steel, 102 ... Water, 103 ... Electrode, 104 ... Lead wire.
Claims (2)
前記鋼材に接触している前記水に前記電極を接触させて前記鋼材と前記電極との間の電位差により前記鋼材に対する水素の侵入を抑制する第2工程と
を備え、
前記電極は、前記第2工程における前記鋼材の電位が、Feの電位−pH図において水中でFe(OH)3が安定に存在する範囲となる金属から構成する
ことを特徴とする水素侵入防止方法。 A first step of connecting an electrode made of a predetermined metal exhibiting a potential nobler than Fe to a steel material in contact with water outdoors;
A second step of bringing the electrode into contact with the water in contact with the steel material and suppressing hydrogen intrusion into the steel material due to a potential difference between the steel material and the electrode, and
The electrode is made of a metal in which the electric potential of the steel material in the second step is in a range where Fe (OH) 3 stably exists in water in the Fe electric potential-pH diagram. .
前記電極は、Cuから構成することを特徴とする水素侵入防止方法。 In the hydrogen intrusion prevention method according to claim 1,
The method for preventing hydrogen intrusion, wherein the electrode is made of Cu.
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