JPH04204043A

JPH04204043A - 導電材料の割れ検知法

Info

Publication number: JPH04204043A
Application number: JP32994490A
Authority: JP
Inventors: Kinya Inagaki; 稲垣　欣哉
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］、本発明は、導電材料に生ずる割れの発生時期および割
れ深さを検知する方法である。ここで言う導電材料とは
、導電性プラスチック、導電性セラミックス、金属材料
であり、例えば、ステンレス鋼の環境脆化試験における
割れ発生時期および割れ深さを検知する方法に関するも
のである。

［従来の技術］化学プラントの装置は種々の金属材料、有機材料、無機
材料から構成されている。装置に対する材料選定を行う
場合、機械的強度および耐食性が考慮される。中でも耐
食性は、装置材料を選定する上で極めて重要である。耐
食性評価には、使用する材料と環境によって種々の方法
が用いられる。

その中で応力腐食割れを生じる材料に対しては従来から
定荷重試験、低歪速度引張試験、定歪試験等が行われて
きた。材料の応力腐食割れ評価では、割れ発生時間およ
び、発生した割れの進展性評価、すなわち割れ進展速度
を知ることが重要である。定荷重試験では、外部から試
験片に一定応力を付加し、腐食環境中における試験片の
破断時間により評価するか、あるいは一定期間浸漬後の
割れ発生有無により材料間の耐食性比較を行うものであ
る。しかしながら、この方法では一定の浸漬試験期間が
経過しなければ試験片を評価できないことや、割れ発生
時期および割れ進展性の評価はできないと言っｈ問題点
がある。次に低歪速度引張試験があるが、これは腐食現
下で試験片を一定歪み速度（通常１０−７〜１０−４／
ｓ）で引張り、この時得られた応カー歪み曲線や、破面
率、断面収縮率等を非腐食性環境（Ｎ２ガス、Ａｒガス
中）におけるデータと比較することにより割れ感受性、
割れ伝播挙動の評価を行う方法である。この方法は短期
間で評価できるが、割れ発生過程に関する情報が得にく
い。また、系に対して最も高い割れ感受性を与える歪み
速度範囲が存在することや、歪み速度によって割れ形態
が変化する等、試験条件を決定することが難しいと言っ
た問題がある。

定歪み試験は、一定歪みを与えた試験片を腐食環境中に
浸漬、暴露し、割れ発生の有無により割れ感受性を評価
する方法である。この試験に用いる試験片には溶接によ
り残留応力を与えた試験片とボルト、ナツトの締付けに
よって一定の歪みを与えた試験片の２種類がある。前者
にはＨ−ｓｌｉｔ型、Ｂｅｎｄ　　ｏｎ　　ｐｌａｔｅ
型、Ｐａｔｃｈ　　ｏｎ　　ｐｌａｔｅ型、Ｗｅｌｄｅ
ｄ　　ｂｅａｍ型等があり、後者にはＵ−ｂｅｎｄ、Ｄ
ｏｕｂｌ　ｅ　　Ｕ−ｂｅｎｄＳＣ−ｒ　ｉｎｇＳＣＣ
Ｂ　（Ｃｒｅｖｉｃｅ　　ｂｅｎｄ　　ｂｅａｍ）法が
ある。

これらの試験片を用いた定歪み試験は試験片か小型で一
度に数多くの試験かできる利点をもっているが、応力状
態が不明で目視以外の有効な割れ検知法がないと言う問
題がある。以上、述べてきたように応力腐食割れ試験法
には種々の方法かあるが、割れ発生時期および割れ進展
性を検知、評価できる方法はないのが現状である。

［発明が解決しようとする課題］本発明の目的は、このような背景および状況において簡
便に割れ発生時期および割れ進展性を評価できる割れ検
知法を提供することにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明者等は
上記目的に関して鋭意検討を行った結果、定歪み試験に
おいて抵抗測定法を用いることにより割れ発生時期およ
び割れ進展性を評価できることを見出だした。以下、本
発明をさらに詳細に説明する。本発明は定歪み試験にお
いて腐食環境下に浸漬あるいは暴露されている試験片の
抵抗を交流四端子法で測定し、歪みを与えない試験片の
抵抗値との比較から割れ発生に伴う抵抗増加を測定する
ものである。この場合、抵抗増加しはじめる時点が割れ
発生時期となる。そして割れ深さと抵抗増加量との関係
を示す検量線を作成することにより抵抗増加量から割れ
深さを見積ることができる。本発明者等は種々の試験片
および環境において測定を行った結果、この検量線は（
１）式で近似できることを見出だした。

Δ　ｒ−Ｄ　　　　拳　Δ　Ｒ（１） ■ ここでΔｒは割れ深さ（μｍ）、ΔＲは抵抗増加量（μ
Ω）であり、Ｄｌは定数である。また、この検量線から
求めた割れ深さと時間との関係から割れ進展速度を求め
ることもできることは明らかである。この試験に用いる
試験片は、先に述べたような溶接により残留応力を与え
た試験片、あるいはボルト、ナツトの締付けによって定
歪みを与えた試験片のいずれにも適用できるが、割れ発
生時間および割れ進展速度を感度良く求めるには切り欠
き付き試験片を用いるのか好ましい。また、この試験片
に一定歪みを与える方法としては付加応力か制御てきる
ような治具、装置を用いることが望ましく、例えば装置
としては引張り試験機、低歪み速度引張り試験機等があ
る。こうして本手法により従来の試験法では得ることの
出来なかった割れ発生時期、割れ深さおよび割れ進展速
度を求めることができる。そして、より迅速に精度良く
割れ深さ、割れ進展速度を求めるには抵抗測定法と画像
解析法を併用することが良い。この理由を以下、詳細に
述べる。

本発明者等は画像解析装置を用いて割れた試験片の割れ
断面積を解析した結果、割れ発生位置を規制した同一形
状の試験片であれば、これに生じる割れ断面積と割れ深
さとの間には（２）式か近似的に成立ち、また、（１）
式における定数Ｄ１と（２）式のＤ２との間に（３）式
が成立つことを見出だした。

Ｓ−Ｄ　　　拳　Δ　ｒ　　　　　　　　　　　　　　
（２）ここでＳは割れ断面積であり、Ｄ２は定数である
。

Ｄ　　Ｄ　　−ｃｏｎｓｔａｎｔ　　　　　　　（３）
これにより１種類の材質と環境において（１）式の関係
、すなわちΔｒ−ΔＲの検量線を求めておけば、材質あ
るいは環境が変化してもその度にΔｒ−ΔＲの検量線を
作成する必要がなくなり、迅速に割れ深さ、割れ進展速
度を求めることができる。つまり、１つの試験片から得
られたＳ−Δｒ値を（２）式に代入することで、Ｄ２値
が決定され、（３）式の関係からＤ１値が求まり、目的
とする（１）式が得られることになる。そして、この手
法は１つの試験片のΔ「、ΔＲ値１点から求める（１）
式の検量線よりも極めて精度の良いΔｒ−ΔＲの検量線
を得ることができる。

［実施例］以下、本発明を実施例により説明する。

実施例１第１図に示すような測定装置を組み、試験を行った。ま
ず、試験片として５ＵＳ３０４ステンレス鋼を用いた円
周切り欠き付き丸棒試験片（（１）、６ｇＸ２１０ｍｍ
）を試験に供した。この試験片、の切り欠き部を電解研
磨（リン酸３：硫酸２゜８０℃）した後、腐食槽付き低
歪み速度引張り試験機（２）に取付け、９．４　Ｘ　１
０−’ｃｅ＋／　ｓの歪み速度で０．７ｍｍの歪みを与
えた後、３０’Ｃ２５Ｎ−Ｈ２Ｓ　Ｏ４＋　０−　５　
Ｎ　　Ｎ　ａ　Ｃｊ溶液を腐食槽（３）に入れた。この
腐食槽はジャケット付きであり、ジャケット部に温水（
４）を流すことにより試験温度を一定にした。そして、
試験片の両端に抵抗測定用端子（５）を取付け、交流四
端子抵抗測定器（６）により抵抗増加量（以下、ΔＲと
略する）を測定し、ポテンショスタット７）を介してレ
コーダー（８）に出力させた。ポテンショスタットを介
するのは抵抗測定器からの出力電圧に逆電圧を加え、レ
コーダー出力時の感度を高めるためである。そして種々
に抵抗増加した試験片を軸と平行に切断し、この断面観
察から割れ深さ（Δｒ）を測定した。この際、歪みを与
えない試験片について全面腐食による抵抗増加を測定し
たか、この抵抗増加量は無視てきるものであった。得ら
れたΔＲ−時間の関係を第２図に、また、Δｒ−ΔＲの
関係を第３図に示す。第２図から５ＵＳ３０４の割れ発
生時間は抵抗増加しはじめた時点、つまり１０時間後と
なる。そして第３図におけるΔｒ−ΔＲの検量線はΔｒ
−１．６８・ΔＲとなり、これにより抵抗増加量から割
れ深さを見積もることができる。また、第２図、第３図
から割れ進展速度を求めると平均８．６μｍ　／　ｈ　
ｒとなり、本発明による検知法によって割れ発生時間、
割れ深さ、平均割れ進展速度を評価できることが分る。

実施例２抵抗測定法と画像解析法を併用した場合の例として５Ｕ
Ｓ３１６ステンレス鋼の試験例を示す。

まず、初めに実施例１で測定した試験片の割れ断面積を
画像解析装置により求めた。得られた割れ断面積（Ｓ）
−Δｒの関係を第４図に示すが、この図においてＳ−３
００・Δｒの成立つことが分る。次に５ＵＳ３１６の試
験片１個について実施例１と同じ試験条件下で測定を行
った。そして抵抗増加量が２６０μΩとなった時点で試
験を中止した。また、割れ深さ、抵抗増加量および割れ
断面積の１ｌｊｌ定結果を第１表に示す。次に第１表の
値を（２）式に入れ、Ｄ２値を求めると１４６となる。

そして（３）式との関係からＤ　　−３，４５となす、
５ＵＳ３１６のΔｒ−ΔＲの検量線を求めるとΔｒ−３
，４５・ΔＲとなる。比較として、実際に５ＵＳ３１６
の種々に抵抗増加した試験片がら求めたΔｒ−ΔＲの検
量線との比較を行うため５ＵＳ３１６の試験片５個につ
いて同じ試験を行った。得られたΔｒ、ΔＲ値を第２表
に示す。第２表の値からΔｒ−ΔＲの検量線を求めると
Δｒ−３，４７・ΔＲとなり、先に求めたΔｒ−３゜４
５φΔＲと良く一致する。第１表のΔｒ、ΔＲ値から直
接求めたΔｒ−ΔＲの検Ｊｉ！ではΔｒ　−３．３７・
ΔＲとなり、第２表の値から求めたΔｒ−３，４７・Δ
Ｒと若干具なる。すなわち、Ｓ。

Δｒ値から求めた場合の方が実際のΔｒ−ΔＲの検量線
に近いものになる。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように本発明の導電材料の割れ
検知法は、従来、用いられて来た試験法では得られない
割れ発生時間および割れ進展性を評価できるものであり
、プラント装置の材質選定時に有用なデータを与えるも
のである。また、抵抗測定法と画像解析法を併用すると
、抵抗測定法を単独で用いた場合と比較して、Δｒ−Δ
Ｒの時間変化を逐次測定する必要が無い為、より迅速に
、しかも精度良くΔｒ−ΔＲの検量線が求めることが可
能となる。実機における割れトラブルが発生した場合、
代替材料を選定する場合や、耐食材料を開発する際の指
針となるデータを本発明は与える等、その実用上の価値
は大なるものがある。

第１表１％２表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における導電材料の割れ検知測定装置を
示す図である。図における番号は以下のものを示す。１：円周切り欠付き丸棒試験片２：低歪み速度引張り試験機３：腐食槽４：温水５：抵抗測定用端子６：交流四端子抵抗ｉｌｌ定器７：ポテンショスタット８ニレコーダー第２図は、実施例１における円周切り欠付き丸棒試験片
の時間に対する抵抗増加を示す図である。第３図は、実施例１における円周切り欠付き丸棒試験片
の割れ深さと抵抗増加量との関係を示す図であり、抵抗
増加量から割れ深さを求める際の検量線である。第４図は、割れ断面積と割れ深さとの関係を示す図であ
る。第２図時間　　（ｈｒ　）第３図抵抗増加量　　（ΔＲ）（ｍｎ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電材料に生ずる割れの発生時期、割れ深さおよ
び割れ進展速度を抵抗測定法を用いることによって検知
することを特徴とする導電材料の割れ検知法。
（２）導電材料に生ずる割れの発生時期、割れ深さおよ
び割れ進展速度を抵抗測定法および画像解析法を用いる
ことによって検知することを特徴とする導電材料の割れ
検知法。