JPH07128274A - 金属材料の劣化検出方法 - Google Patents

金属材料の劣化検出方法

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JPH07128274A
JPH07128274A JP5275464A JP27546493A JPH07128274A JP H07128274 A JPH07128274 A JP H07128274A JP 5275464 A JP5275464 A JP 5275464A JP 27546493 A JP27546493 A JP 27546493A JP H07128274 A JPH07128274 A JP H07128274A
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JP
Japan
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metal material
polarization curve
electrolytic solution
polarization
aqueous solution
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JP5275464A
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Kiyoshi Saito
潔 斎藤
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】耐熱性金属材料に生ずる経年劣化を非破壊的に
検出する方法において、経年劣化に伴って変化する析出
物が複数種の場合でも、精度よく劣化を検出する方法を
提供すること。 【構成】 被検金属材料を陽極としてアノード分極曲線
測定装置により第1の電解液を用いて分極曲線を測定
し、次に前記測定後の被検金属材料について第1の電解
液とは異なる第2の電解液を用いて同様に分極曲線を測
定することにより、金属材料中の複数個の析出物を精度
よく検出し、金属材料の劣化状況を正確に判定すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービン、ガスター
ビン等の高温部品などに使用される金属材料に生ずる経
年劣化を非破壊的に検出する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】蒸気タービン、ガスタービン等の高温部
品は450〜900℃の高温で使用されるため、材料と
して耐熱合金あるいは超耐熱合金が使用される。これら
の合金は、Fe,Ni,Coなどの母相中に炭化物や金
属間化合物を微細に析出させることによって高温強度を
維持している。
【0003】しかしながら高温で長時間使用することに
より、これらの微細析出物の粗大化や新たな析出物の生
成が生じ、種々の機械的特性が劣化する。このような劣
化の例として、例えば、じん性の低下、亀裂伝播速度の
上昇、クリープ変形速度の上昇などが挙げられる。この
ため、定期検査においてこれらの経年劣化を非破壊的に
検出し、部品の全寿命評価に反映させることが、保守管
理上極めて重要である。
【0004】このような経年劣化を非破壊的に検出する
方法として、析出物の溶解反応に着目した電気化学的な
方法がある(例えば、特公昭62−37340号)。こ
の方法は図7に示すように析出物の溶解に起因するアノ
ード2次ピーク電流を計測し、それによって析出物の粗
大化などの組織変化を検出するものである。
【0005】しかしこの方法では、劣化によって生ずる
析出物が複数種類あった場合に、部品寿命への影響が大
きい析出物の溶解性が他の析出物に比べて小さいと、高
精度の劣化検出が難しいという欠点があった。これは、
部品寿命への影響が大きい析出物を溶解する電解液を適
用しても他の析出物も同時に溶解してしまうため、分極
電流値に他の析出物の影響が入り込むためである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記状況に対
処してなされたもので、耐熱性金属材料に生ずる経年劣
化を非破壊的に検出する方法において、経年劣化に伴っ
て変化する析出物が複数種類ある場合でも、精度よく劣
化を検出する方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の工程
(イ)および(ロ)を順次行うことにより得られる分極
電流値に基づいて金属材料の劣化を評価することを特徴
とする金属材料の劣化検出方法に関する。
【0008】(イ)酸または塩の水溶液を第1の電解液
として用いるアノード分極曲線測定装置に、陽極として
被検金属材料を接続し、陽極電位を自然電位から活性領
域まで掃引しながら分極曲線を測定する工程、(ロ)上
記第1の電解液とは異なる酸または塩の水溶液を第2の
電解液として用いるアノード分極曲線測定装置に、陽極
として(イ)の分極曲線測定後の金属材料を接続し、そ
の陽極電位を自然電位から活性領域まで掃引しながら分
極曲線を測定する工程。
【0009】
【作用】例えば被検金属材料に経年劣化に伴ってA,B
およびCの3種類の析出物が存在する場合、本発明にお
いては例えば第1の電解液としてBおよびCを溶解する
電解液を用い(この電解液に対してAはBおよびCより
も溶解性が小さい)、第2の電解液としてA,B,Cす
べてを溶解し得る電解液を用いる。まず第1の電解液を
用いてこの金属に対して分極試験を行うと、試験後には
被検金属材料表面では析出物B,Cは溶解して存在せ
ず、析出物Aのみが残存する。このような状態の試料表
面を第2の電解液を用いて分極試験を行えば、析出物A
のみの溶解反応に基づく分極電流を測定できることにな
る。この分極電流値から析出物Aに関連する金属の機械
的特性を推定することができる。
【0010】これに対して、A,BおよびCすべてを溶
解する電解液を当初から用いると、AはBおよびCと共
に溶解してしまい、Aの析出状態が判定できなくなる。
したがってAが部品寿命への影響が大きい析出物である
場合には、この方法では金属材料の劣化状況が判定でき
ないことになる。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は本発明の検出方法に使用される検出装置の一例で
ある。超耐熱合金の被計測サンプル1には分極曲線計測
用の分極プローブ2がパッキン3を介して設置され、分
極プローブ2の内部には白金製の対極4および照合電極
5が設けられている。分極曲線の計測に際しては、分極
プローブ2の内部に電解液6が満たされ、この電解液6
は分極プローブ2の開口部7を通して被計測サンプル1
に接触している。被計測サンプル1、対極4および照合
電極5はリード線によりポテンショスタット8に接続さ
れ、ポテンショスタット8には電位掃引のためのスキャ
ナー9と電荷を計測するクーロンメータ10が接続され
る。また、負荷される電位に対応して流れる分極電流は
対数変換器11を介して記録計12に記録される。
【0012】本実施例の被計測金属材料としては、ガス
タービンの燃焼器やトランジションピースなどに使用さ
れるハステロイXというNi基の固溶強化型超耐熱合金
を用いた。この合金には合金元素としてCr,Co,M
o,W,Fe,C等が添加されている。本実施例におい
て実験に供されたのは、ハステロイXの未使用材、85
0℃時効材および900℃時効材である。それぞれの時
効材において、時効時間はいずれも3,000時間、
6,000時間および10,000時間である。時効材
は実機使用温度域で実験室の炉で時効処理を行い、実機
使用による劣化を模擬し、再現したものである。分極曲
線の計測に先立ち、サンプルを王水でエッチングし、ミ
クロ組織を顕微鏡で観察した。観察結果の例を図2に模
式的に示す。
【0013】図2に示されるように、未使用材(a) にお
いては1150℃の容体化処理によって合金元素は固溶
化しており、一部未固溶のM6 C型炭化物13がわずか
に認められるのみである。一方、850℃,10,00
0時間時効材(b) においては、M12C,M236 型の微
細炭化物14と、これに比べて比較的大きな金属間化合
物析出相(μ相)15が多数析出している。これらのう
ち微細炭化物は粒内強度に関連し、これが多数析出する
ことにより引張り強さなどの強度特性が増加する。一方
μ相はクリープ変形特性に関連し、μ相の析出に伴いク
リープひずみ速度が増加することが判明している。
【0014】例えば、トランジションピース(ガスター
ビン燃焼器とガスタービンとを繋ぐ部分)の場合、使用
限界はガス出口側の額縁部分のクリープによる変形量が
修正不可能な限界値に至った時点である。使用中の熱時
効劣化によってμ相が析出し、これに伴ってクリープひ
ずみ速度が増加すると、トランジションピースの変形速
度が加速され、使用限界に至る。すなわち、部品として
の寿命が短くなる。したがって定期検査においてはμ相
の析出状態を検出できればよい。
【0015】ところで、μ相と微細炭化物を比較する
と、一般にμ相の方が電解液に対する溶解性が小さい。
そこで実験1として以下の実験を行った。まず微細炭化
物のみを溶解する特性を有する電解液(第1の電解液)
として0.1規定の硫酸と10-4モル/lのチオシアン
酸カリウムの混合水溶液を選定し、試験温度25℃、掃
引速度5mV/sec で、自然電位から0.85ボルトま
で貴方向に掃引した。図3にその計測結果を示す。図3
において、16は900℃、10,000時間の時効
材、17は850℃、10,000時間の時効材の各分
極曲線である。0.4ボルト近傍でのアノードピーク1
9および20に明確な差異が認められ、ピーク電流密度
Ipは、それぞれIp=0.028mA/cm2 、Ip
=0.93mA/cm2 と計測された。
【0016】図4は分極試験後の試料表面の電子顕微鏡
(SEM)による観察結果である。μ相15はほとんど
溶解せずに残留しているが、微細炭化物14はほぼ完全
に溶解しており、溶出跡が窪みとして黒く観察されてい
る。溶出跡は(a)の900℃時効材ではごくわずか
で、(b)の850℃時効材では顕著に認められる。こ
の結果は図3で説明したIp値が微細炭化物の析出量に
対応することを示している。
【0017】次に実験2として以下の実験をする。電解
液(第2の電解液)として0.001モル/lのモリブ
デン酸ナトリウム水溶液を選定し、実験1と同じサンプ
ルで分極計測を行った。この結果、アノードピーク電流
密度Ipは、900℃、10,000時間時効材でIp
=0.82mA/cm2 、850℃、10,00時間時
効材で0.88mA/cm2 であり、明確な差異は認め
られなかった。図5は上記試験後の試料表面のSEM観
察結果である。μ相15および微細炭化物14共に溶解
した跡が認められ、計測されたIp値は両方の析出物を
反映していることが示された。
【0018】最後に実験3としてμ相のみの計測を行う
実験をした。これを本発明の実施例として示す。実験1
を行った後、ただちに電解液を第2の電解液と入れ替え
て分極計測を行った。すなわち、実験1によって微細炭
化物のみを溶解させたサンプルについて第2の電解液に
よる分極計測を行ったわけである。この結果、Ip値と
して、900℃、10,000時間時効材で0.81m
A/cm2 、850℃、10,00時間時効材で0.5
8mA/cm2 が得られた。これらの値は、μ相の面積
率と定性的に対応しており、実験3によってμ相の劣化
への影響を検出できることが判明した。
【0019】図6は実験3で計測したIp値と最小クリ
ープ歪速度εとの相関関係を示す図である。Ipとεは
1対1に対応しており、図6に示す相関線図を用いれ
ば、定検時に部品の分極曲線を計測することによりεを
推定することが可能となる。例えばトランジションピー
ス表面を計測し、Ip=0.71mA/cm2 が得られ
た場合は、最小クリープ速度ε=0.76%/hと推定
できる。このε値を用いてトランジションピースのクリ
ープ変形を解析することにより、部品としての全寿命を
算出できる。
【0020】上記実施例の他に本発明では種々の実施例
を示すことができる。例えば、上記実施例で用いた電解
液の他に析出物の溶解特性に応じた選択的溶解性を有す
る他の薬品を用いて同様な効果を奏することができる。
また、分極パラメータは、上記実施例のようなアノード
ピーク電流密度Ipの他にも析出物の特性を示すもので
あれば用いることができ、例えば、特定電位における電
流密度や電荷量でも同様の効果が期待できる。さらに、
上記実施例では2種類の電解液を用いたが、析出物が3
種類以上の場合に3種類以上の電解液を用いて順番に分
極曲線を測定し、不要な析出物を除去した後の分極特性
値を測定しても同様な効果が得られる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各種機器の高温部品に使用されている金属材料の経年劣
化を、非破壊的にかつ精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の金属材料の劣化検出方法に使用される
検出装置の一例を示す図。
【図2】本発明の実施例においてサンプルとして用いた
金属材料の (a)未使用材と (b)時効材のミクロ組織を示
す図。
【図3】本発明の実施例において微細炭化物のみを溶解
する第1の電解液を用いて測定した分極曲線の図。
【図4】図3に示す測定後の試料表面の電子顕微鏡によ
る観察結果を示す図。
【図5】すべての析出物を溶解する第2の電解液を用い
て測定した後の試料表面の電子顕微鏡による観察結果を
示す図。
【図6】本発明の実施例における最小クリープひずみ速
度とアノードピーク電流密度Ipの相関関係を示す図。
【図7】従来の金属劣化検出方法における分極曲線を示
す図。
【符号の説明】
1…超耐熱合金の被計測サンプル、2…分極曲線計測用
の分極プローブ、3…パッキン、4…白金製の対極、5
…照合電極、6…電解液、7…開口部、8…ポテンショ
スタット、9…スキャナー、10…クーロンメータ、1
1…対数変換器、12…記録計、13…M6 C型炭化
物、14…M12C,M236 型の微細炭化物、15…μ
相、16…900℃時効材の測定曲線、17…850℃
時効材の測定曲線、19…900℃時効材のアノードピ
ーク電流密度、20…850℃時効材のアノードピーク
電流密度。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記の工程(イ)および(ロ)を順次行
    うことにより得られる分極電流値に基づいて金属材料の
    劣化を評価することを特徴とする金属材料の劣化検出方
    法。 (イ)酸または塩の水溶液を第1の電解液として用いる
    アノード分極曲線測定装置に、陽極として被検金属材料
    を接続し、陽極電位を自然電位から活性領域まで掃引し
    ながら分極曲線を測定する工程、 (ロ)上記第1の電解液とは異なる酸または塩の水溶液
    を第2の電解液として用いるアノード分極曲線測定装置
    に、陽極として(イ)の分極曲線測定後の金属材料を接
    続し、その陽極電位を自然電位から活性領域まで掃引し
    ながら分極曲線を測定する工程。
  2. 【請求項2】 (ロ)の工程の後に、さらに別種の電解
    液を用いて分極曲線を測定する請求項1記載の金属材料
    の劣化検出方法。
  3. 【請求項3】 電解液が被検金属材料中の特定の析出物
    を溶解する特性を有する請求項1記載の金属材料の劣化
    検出方法。
  4. 【請求項4】 第1の電解液が無機酸と無機塩との混合
    水溶液であり、第2の電解液が無機塩の水溶液である請
    求項1記載の金属材料の劣化検出方法。
  5. 【請求項5】 第1の電解液が硫酸とチオシアン酸カリ
    ウムの混合水溶液であり、第2の電解液がモリブデン酸
    ナトリウムの水溶液である請求項4記載の金属材料の劣
    化検出方法。
  6. 【請求項6】 硫酸の濃度が0.01〜5.0規定、チ
    オシアン酸カリウムの濃度が10-5〜10-2モル/l、
    モリブデン酸ナトリウムの濃度が10-5〜10-1モル/
    lである請求項5記載の金属材料の劣化検出方法。
JP5275464A 1993-11-04 1993-11-04 金属材料の劣化検出方法 Pending JPH07128274A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100776641B1 (ko) * 2006-06-27 2007-11-15 한국원자력연구원 유전 완화 특성을 이용한 고분자 재료의 열화 평가 방법
JP2013238583A (ja) * 2012-04-19 2013-11-28 Kansai Paint Co Ltd 電気化学測定用プローブ及び腐食評価方法
JP2016142591A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 三菱日立パワーシステムズ株式会社 使用温度推定方法およびクリープ寿命推定方法

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