JPH0445071B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石油化学工業におけるエチレンクラ
ツキングチユーブ等のオーステナイト係合金鋼か
らなる管体の内側面に発生する浸炭の深さ非破壊
判定方法する方法に関する。

〔従来の技術〕

石油化学工業のエチレン製造用熱分解炉におい
て、原料ナフサを高温・高圧下に熱分解してエチ
レン等を製造する反応管（エチレンクラツキング
チユーブ）として従来より、ASTM HK 40（0.4
％Ｃ−25％Cr−20％Ni）、HP45（0.45％Ｃ−25％
Cr−35％Ni）、またはHP改良材（HP材にMo、
Ｗ、Nb等を添加したもの）等のオーステナイト
係合金鋼管材が使用されている。

クラツキングチユーブは、長時間使用される過
程で、管内の反応系から析出する炭素が管壁内面
のあちこちに付着堆積し、高温熱影響下にその部
分の管材内部に拡散浸入する所謂浸炭現像が生じ
る。浸炭部のサイズは様々で、チユーブの使用時
間にもよるが、概ね直径10〜40mm、深さ１〜５mm
程度である。浸炭が生じた部分では、炭素と管材
合金元素であるCrとの反応（クロム炭化物生成）
により、合金組成の変化（Cr濃度の減少とそれ
に伴うNi，Fe濃度の相対的増加）および組成の
変化（クロム炭化物粒の析出とその成長粗大化）
が生じ、定温延性が著しく低下する等の管材質の
劣化をきたす。また、浸炭部分は、非浸炭部に比
べて熱膨張係数が小さく、従つて浸炭の発生・進
展は、急速な加熱・冷却が加わる実操業におい
て、引張・圧縮応力の発生と、上記延性低下とが
重畳してチユーブに破壊が生じる原因となる。

チユーブの破壊を防止し安全円滑な操業を維持
するには、浸炭検査を定期的に実施し、浸炭の発
生状況を適確に把握することが必要である。

このチユーブに発生する浸炭とその深さを非破
壊的に判定する方法として、浸炭部に生じる磁気
特性の変化、すなわち浸炭による組成変化（Cr
濃度の減少・Fe，Ni農度の相対的増加）に伴つ
てその部分の透磁率が増大することに着目した磁
気測定法、例えば、電磁誘導によりチユーブに電
流を誘起させ、磁束密度の変化を検出して浸炭深
さを判定する方法が行なわれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の磁気測定法による浸炭深
さの判定結果は、破壊調査による実測結果と必ず
しも一致せず、殊にHP材やHP改良材からなる
チユーブの場合、測定結果のバラツキが大きく、
信頼性に書けるという問題がある。

上記磁気測定における測定結果のバラツキ、実
測結果との不一致の主たる原因は、チユーブの外
表面に脱炭層が形成され、その脱炭層が磁気特性
の変化を伴うことにある。すなわち、クラツキン
グチユーブの実使用過程においては、完壁内面に
前記浸炭現象が生じる一方、酸化性雰囲気と接触
状態にある外表面には脱炭現象（炭素濃度の減
少）が生じ、広い面積領域に亘つて一様な層厚
（約50〜500μｍ）の脱炭層が形成される。脱炭層
は、Crの酸化消耗（Cr濃度の現象）による合金
組成の変化を付随する。HP材等からなるチユー
ブの脱炭層はその組成変化に伴つて、高透磁率の
強磁性体に変化する。従来の磁気測定法では、こ
のチユーブ外表面に発生する脱炭層の磁気特性の
変化と内側面に発生する浸炭部の磁気特性の変化
とが区別されずに検出されるため、両者が混同さ
れ、これが判定結果のバラツキ、実測結果との不
一致となつているのである。

なお、HK40材のチユーブについても実使用過
程で外表面に脱炭とその合金組成の変化を生じる
ことは上記HP材の場合と同様であるが、HP材
と異なつて、HK40材のチユーブに生じる脱炭層
の組成変化および磁気特性の変化は少なく、強磁
性体への変化は殆んど測定されない。このこと
は、HK材のチユーブについて従来の磁気測定結
果が、HP材のチユーブと異なつて、バラツキが
少なく、実測結果と比較的良い一致を示すことと
対応している。（この相違は、両チユーブのNi含
有量やNiとCrの含有量比の相違によるものと考
えられる）。

前記のように外表面に生成する脱炭層が磁気特
性の変化を伴うようなチユーブを対象とする浸炭
検査において、浸炭と脱炭の混同を回避し、信頼
性のある測定結果を得るためには、チユーブ外表
面の脱炭層を例えばグラインダ研削等により除去
する作業が必要である。

しかし、熱分解炉の各炉内に配設されたクラツ
キングチユーブはそれぞれ数十メートルの長さに
及ぶ長尺管であり、浸炭検査に際してこれにグラ
インダ研削等を実施するには、多大の手間と時間
を必要とし、実用的ではない。

本発明は、上記問題を解決するためになされた
ものであり、管表面の脱炭層を除去することな
く、簡易・迅速にチユーブ内面の浸炭深さを精度
良く判定することができる判定方法を提供する。

〔課題を解決するための手段および作用〕

本発明は、オーステナイト係非磁性合金鋼管体
の内側面に生じる浸炭の深さを非破壊的に判定す
る方法において、 管体表面に対して平行となる向きに固定された
永久磁石と、その永久磁石の両極のほぼ中間に位
置して永久磁石と管体表面との間の磁場内に磁場
と平行な向きに固定されたホール素子を内蔵した
ホールプローブを、管体の表面に沿つて走査し、
磁場の変化によりホール素子に生じるホール起電
圧を検出信号として管体内側面の浸炭深さを判定
することを特徴としている。

以下、本発明について詳しく説明する。

本発明はホール効果を利用しホール素子に生じ
る起電圧を検出信号としてチユーブの内側面の浸
炭の有無とその深さを判定するものである。ホー
ル効果は、電流が流れている板に垂直に磁場が作
用したとき、板の等電位面が変化し、電流と磁場
の両者に垂直な方向に電位差が生じる現象であ
り、そのホール起電圧Ｅは、 Ｅ＝（Ｒ／ｄ）＋Ｂ×Ｉ ［Ｒ：ホール定数、Ｉ：励起電流、Ｂ：磁束密
度、ｄ：ホール素子板厚］ の関係式で表される。

第１図は本発明に使用される浸炭検出装置を模
式的に示している。２０は検量器本体、３０はホ
ールプローブである。ホールプローブ３０は、ホ
ール素子３１および永久磁石３２を内臓し、その
ホール素子３１には励起電流回路とホール起電圧
検出回路（図示は省略）が接続されている。

ホールプローブ３０内の永久磁石３２は、被検
材チユーブの表面に対し平行となる向きに固定さ
れ、ホール素子は永久磁石３２の両極のほぼ中間
に位置してその近傍（磁石から例えば２〜３mm離
れて）に、磁場と平行な向きに固定されている。
この永久磁石３２の磁場内に固定されたホール素
子３１を横切る磁束が、ホール素子に平行な向き
をなしている状態（第４図）では、ホール効果は
なく、ホール起電圧Ｅはゼロである。

第２図および第３図は、上記ホールプローブ３
０を被検材チユーブＴの表面に沿つて走査する浸
炭検出における磁場の変化を模式的に示してい
る。第２図はチユーブＴに浸炭の発生がない場
合、第３図はチユーブ内面に浸炭部Ｃが存在して
いる場合である。

第２図のように、浸炭のない領域でのホールプ
ローブ３０の走査過程では、その永久磁石３２の
磁場に変化はなく、ホール素子３１を横切る磁束
の向きはホール素子31に平行な状態のまま（第４
図）であり、従つてホール効果は生じず、ホール
起電圧Ｅはゼロのままである。

いま、ホールプローブ３０が、第３図のように
浸炭が発生している部分に近づくと、浸炭部Ｃの
存在によつて永久磁石３２の磁場に傾きを生じ、
ホール素子３１に対する磁場の向きが、素子板面
に交又する状態（第５図）に変化する。これに伴
いホール素子３１に、その板面と垂直な向きの磁
束の成分が作用することによるホール効果を生
じ、ホール起電圧Ｅが発生する。

上記浸炭部Ｃの存在により生じる永久磁石３２
の磁場の傾きは、その浸炭深さが大きい程、大と
なり、それに伴つてホール素子３１に交又する磁
束の素子板面に対する垂直成分は増加し、検出さ
れるホール起電圧Ｅは大きくなる。すなわち、ホ
ール起電圧Ｅは浸炭部の浸炭深さと相関を有して
いる。

従つて、上記ホールプローブを用いた浸炭検査
によるホール起電圧の検出値と、破壊検査等によ
り得られた浸炭深さの実測値とを予め対応させて
両者の相関を求めておけば、ホール起電圧の検出
値から、直ちに浸炭の有無とその深さを判定する
ことができる。この場合、検量器本体２０として
例えばガウスメータを使用してホールプローブ３
０を接続し、その指示値（ガウス）と浸炭深さと
を対応させて浸炭深さを判定するようにしてもよ
い。

本発明による浸炭検出においては、被検材チユ
ーブＴの外表面に、磁気特性の変化を付随する脱
炭層Ｄが存在していても、浸炭検出の妨げとはな
らない。浸炭部Ｃが、チユーブ内面にスポツト的
に分散して存在する発生形態を有しているのと異
なつて、外表面の脱炭層Ｄは前記のようにチユー
ブ表面の広い面積領域に亘りほぼ一様な層厚をな
しているので、脱炭層Ｄが存在していても、永久
磁石３２の磁場の傾きは生じず、ホール素子３１
に対する磁束の向きは、脱炭層Ｄがない場合と同
じく平行なままであるからであり、また脱炭層Ｄ
によつてホール素子３１を横切る磁束の密度が変
化しても、ホール素子３１に平行な向きの磁束の
密度変化によつてホール効果を生じることはない
からである。従つて、脱炭層Ｄの存在によるホー
ル起電圧の出力はなく、それ故に脱炭層Ｄが存在
していても、脱炭層Ｄと浸炭層Ｃとが混同して検
出されることはなく、浸炭とその深さの信頼性の
ある判定が可能となる。

なお、ホールプローブとして、例えば第７図の
ように、永久磁石を内蔵しないプローブ３０′を
使用し、被検材チユーブＴに磁場を作用させたの
ち、そのプローブ３０′をチユーブ表面に沿つて
走査し、浸炭部Ｃの残留磁気によりホール素子３
１に生じる起電圧を検出する方法も考えられる
が、浸炭部Ｃの磁気強度が微弱なこと等により、
精度良く浸炭深さを判定することは実際上殆ど不
可能であり、実用し得ない。

本発明の浸炭検査に使用されるホールプローブ
のホール素子の例として、ガリウム−砒素（Ga
−As）、インジウム−砒素（In−As）、ゲルマニ
ウム（Ge）、シリコン（Si）等の半導体素子が挙
げられる。

ホール素子と共に内蔵される永久磁石は、アル
ニコ磁石、サマリウム−コバルト（Sm−Co）磁
石等、各種の磁石を使用することができる。永久
磁石の必要な残留磁気強度は、被検材の肉厚等に
より、すなわち磁界を深く入れるかそうでないか
によつて適宜選択すればよく、その強度は、いく
つかの磁石を組み合わせることによつて調整する
こともできる。

〔実施例〕

ガウスメータ本体に、前記図示のホールプロー
ブを接続して浸炭検査を行つた。その浸炭検査に
より得られたガウスメータの指示値（ガウス）
と、破壊検査により求められた浸炭深さの実測値
との相関を第６図に示す。

〔〕 ホールプローブ (1) ホール素子：Ga−As素子（1.5mm、圧さ
0.7mm） (2) 永久磁石：アルニコ５（流さ15mm、幅15mm、
厚さ10mm）。表面の磁束密度：800ガウス。

ホール素子は、永久磁石の磁場内（両極の中
間位置、磁石からの距離2.5mm）に磁場と平行
な向きに固定。

〔〕 被検材 クラツキングチユーブ（HP45材）、外径90
mm、肉厚８mm。外表面には層厚約0.1mmの脱炭
層がほぼ一様に生成している。

被検材チユーブに脱炭層が存在しているにも
拘らず、第６図に示すように、ガウスメータの
指示値には脱炭層による影響はなく、その指示
値から浸炭層の有無とその深さを正確に判定し
得ることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明方法は、HP材やHP改良材等からなる
クラツキングチユーブを被検材とする場合にも、
表面の脱炭層の存否に関係なく、浸炭の有無およ
び深さを正確に判定することができ、従来法を用
いる場合のような脱炭層を除去するためのグライ
ンダ研削等の煩わしい手間は一切不要であり、実
用性に富み、信頼性のすぐれた方法である。本発
明方法は、上記チユーブに限らず、HK材、ステ
ンレス鋼材等からなるチユーブ、その他の構造部
材の浸炭判定法として有用なことは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される浸炭検出装置の模
式的説明図、第２図、第３図は本発明の浸炭検査
におけるホールプローブ内の永久磁石の磁場変化
を模式的に示す説明図、第４図、第５図はホール
効果の説明図、第６図は本発明方法による浸炭検
出信号と浸炭深さの相関の例を示すグラフ、第７
図はホールプローブ内に永久磁石を有しない浸炭
検出装置の模式的説明図である。 ３０：ホールプローブ、３１：ホール素子、３
２：永久磁石、Ｔ：被検材、Ｃ：浸炭部、Ｄ：脱
炭部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ オーステナイト系非磁性合金鋼管体の内側面
   に生じる浸炭の深さを非破壊的に判定する方法に
   おいて、 管体表面に対して平行となる向きに固定された
   永久磁石と、その永久磁石の両極のほぼ中間に位
   置して永久磁石と管体表面との間の磁場内に磁場
   と平行な向きに固定されたホール素子を内蔵した
   ホールプローブを、管体の表面に沿つて走査し、
   磁場の変化によりホール素子に生じるホール起電
   圧を検出信号として管体内側面の浸炭深さを判定
   することを特徴とする浸炭深さの非破壊判定方
   法。