JPH11230928A - 応力腐食割れ感受性診断方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明では、特に、Ｎｉ基合金の溶接部のＳＣ
Ｃ感受性を精度高く診断する応力腐食割れ感受性評価法
及びその装置を提供することにある。 【解決手段】特に、Ｎｉ基合金溶接熱影響部を研磨の
後、該合金の粒界を腐食させる水溶液中に浸漬し、電気
化学的に該合金の粒界の所定の濃度以下のＣｒ欠乏域を
腐食させた後、当該部または当該部より採取したレプリ
カの侵食された粒界の全数と連結した粒界の数を調査
し、両者の割合より該溶接熱影響部の応力腐食割れ感受
性を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粒界Ｃｒ欠乏によ
り鋭敏化する材料の応力腐食割れ感受性の新規な評価法
及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】機器及び構造物の損傷は、重大な事故を
招く可能性のあることから、その防止技術に関し多くの
検討がなされている。さらに現在構造物の有効利用を図
るため、その寿命をできるだけ延長させようとする方向
にあり、構造物を損傷させることなくなるべく長く稼働
する技術が強く望まれている。特に腐食環境に接する構
造物においては、環境によって比較的低い応力でき裂が
発生、進展する応力腐食割れ（ＳＣＣ）が問題となる。
このＳＣＣは外見上ほとんど変化がなく徐々に進行する
ことから検知が困難であり、また定期的な検査の際これ
らの発生の恐れのある個所を一つ一つ調べていたのでは
非能率的である。

【０００３】このＳＣＣは、材料，環境及び応力の３つ
の要因がからんだ現象であり、特に材料因子に関しては
オーステナイト合金でみられる結晶粒界でのＣｒの欠乏
による鋭敏化が重要である。

【０００４】これまで、鋭敏化を検知する技術としてい
くつかの方法が提案されている。このうち、非破壊で実
機に適用できるものとしては、エッチングしてレプリカ
をとる方法や、オーステナイトステンレス鋼の鋭敏化評
価に用いられ、ＪＩＳ規格（JIS G0580 ）にもなってい
る電気化学的再活性化法（ＥＰＲ法）があげられる。Ｅ
ＰＲ法は、被測定金属を所定の水溶液中に浸漬した後電
気化学的にその電位を腐食電位から不働態電位域までも
ってゆき、その状態で十分不働態化させた後その電位を
腐食電位側に一定速度で変化させて不動態皮膜の破壊に
よって流れる電流を測定することによりその金属の鋭敏
化度を評価する方法である。

【０００５】さらに最近では、その改良ならびに拡張も
進められている。特開平6−201635号では、試験装置の
小型化のため、すくない電解液でもうまく鋭敏化度が測
定できるようにパルス的に繰り返し分極することにより
鋭敏化度を評価する方法が提案されている。しかし、鋭
敏化度の評価のやり方としては従来のＪＩＳと変わらな
い。

【０００６】一方、中性子照射を受けたステンレス鋼に
おいても粒界にＣｒの欠乏が生じるが、この場合、熱的
に生じる鋭敏化に比べてきわめて幅が狭いことから、従
来方法ではうまくいかない。これについては、発明者ら
は、特願平8−180560 号でパルス的に分極することによ
り最小Ｃｒ濃度を評価する方法を提案した。

【０００７】一方、同じく鋭敏化を生じる代表的なもの
の一つとして固溶強化型Ｎｉ基合金Alloy600があげられ
る。これについても、同様にＥＰＲによる評価法が提案
されている（例えば、松島，清水：防食技術，Vol.３
２，ｐ.４４２（１９８３))。また、これとは別に、磁
気的に鋭敏化を評価する方法も提案されている（岡田ほ
か２名：日本金属学会誌，Vol.４５，ｐ.４９６（１９
８１))。

【０００８】このように鋭敏化評価法に関する特許は多
く提案されているにもかかわらず、特にＮｉ基合金溶接
熱影響部の鋭敏化評価については実際の適用例は見とめ
られない。これは、ＥＰＲ法で測られる鋭敏化度が必ず
しもＳＣＣ感受性と良い対応を示さない場合があるこ
と、ならびに、一般に熱影響部の強い鋭敏化度域は１mm
程度で、上記のような方法では評価が非常に困難である
ことに起因する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｎｉ
基合金の溶接部及びにＳＣＣ感受性と粒界の耐食性に関
する研究の進歩を反映していわゆる鋭敏化評価法から進
んで、応力腐食割れ感受性評価法及びその装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、合金を腐食水
溶液中に浸漬し、電気化学的に前記合金を腐食させた
後、侵食された粒界の数と該粒界が連結して形成してい
る粒界の数を調査し、両者の割合より応力腐食割れ感受
性を評価することを特徴とする応力腐食割れ感受性診断
方法にある。

【００１１】本発明は、合金をＨ₂ＳＯ₄とＫＳＣＮ水溶
液中に浸漬し、腐食電位を基準に所定の電位に速やかに
分極させて好ましくは１０分以上保持した後、各温度に
て所定の濃度のＣｒ濃度域が腐食するような温度によっ
てあらかじめ設定された条件にて腐食電位まで好ましく
は一定速度で掃引させた後、侵食された粒界の数と該粒
界が連結して形成している粒界の数を調査し、両者の割
合より前記合金の応力腐食割れ感受性を評価することを
特徴とする応力腐食割れ感受性診断方法にある。

【００１２】本発明は、光伝送系と、粒界腐食後の合金
の組織を画像化する検知系を有するヘッド部と、前記画
像を処理し腐食された粒界の数と連結している粒界の数
との割合を求め、その値より応力腐食割れ感受性を表示
するコンピュータとを有することを特徴とする応力腐食
割れ感受性評価装置にある。

【００１３】本発明は、合金を腐食させる腐食セルと、
光伝送系と、粒界腐食後組織を画像化する検知系と、Ｃ
ＲＤハウジングに固定しかつ腐食セルと検知系を溶接部
に沿って動かすモーターを有し、前記腐食セル，検知系
およびモーターを連結される固定アームと、所定の部分
の腐食を行うと、組織画像を処理し腐食された粒界の数
と連結した粒界の数との割合を評価し、その値より応力
腐食割れ感受性を表示するコンピュータとを有すること
を特徴とする沸騰水型軽水炉の応力腐食割れ感受性装置
にある。

【００１４】即ち、インコネル合金の鋭敏化型のＳＣＣ
は、粒界にＣｒ欠乏のない場合には発現しないことか
ら、ＳＣＣ感受性発現のためには、粒界のＣｒ濃度があ
る量以下になることが必要であることを推察される。さ
らに粒界のＣｒ欠乏の進行は結晶粒界を挾んだ両側の結
晶方位に依存するから、Ｃｒ濃度がある量以下の粒界が
少なければＳＣＣの進展は生じない。従って、比較的浅
く幅の広い粒界Ｃｒ欠乏が分散している場合には、ＥＰ
Ｒ値が比較的高くてもＳＣＣが生じにくいことが起こり
うる。浸透理論を用いた研究によれば、隣接している粒
界が腐食している割合が約２５％を超えれば、ＳＣＣ感
受性発現の可能性がある（D.B.Wells etal,Corrosion,
Vol.45,No.8,p.639（1989))。しかしこれはすべての部
分で鋭敏化が進行していることを仮定しているので溶接
熱影響部に限ればより高い値が必要になると考えられ
る。いずれにしてもＣｒ濃度がある量以下の粒界同士が
どの程度隣接しているかを知ることが出来れば、インコ
ネル合金特有の評価の困難さを克服し、課題を解決する
手段となる。

【００１５】上記の方法を達成するには、所定の濃度以
下のＣｒ欠乏域を腐食させ、当該部または当該部より採
取したレプリカの、侵食された粒界の全数と隣接する粒
界が腐食している粒界の数を調査し、両者の割合を評価
すればよい。

【００１６】所定の濃度以下のＣｒ欠乏域を腐食させる
のは、必ずしも容易ではない。電気化学的再活性化法で
用いられる溶液をベースにし、先ず全体を不動態化させ
た後、電位を活性態域（腐食電位方向）に変化させて、
目的とする部分のみを腐食させるのが最も現実的であ
る。目的とする部分のみの腐食は、Ｈ₂ＳＯ₄＋ＫＳＣＮ
水溶液の濃度および掃引速度を変えて適切な条件を選定
する。

【００１７】また、本発明の鋭敏化度評価装置は、上記
鋭敏化度評価手法を用いて、自動的にＳＣＣ感受性を推
定するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】〔実施例１〕本発明の評価の方
が、従来型ＥＰＲ法での鋭敏化度による評価に較べてＳ
ＣＣ感受性を調べる上で本質であることを確認のため、
以下の実験を行った。

【００１９】用いた材料は、炭素量が０.０４ｗｔ％のA
lloy600 である。この材料は、入手時に１０００℃で１
７min のミルアニールされている。本供試材に表１に示
す２つの熱処理を行った。

【００２０】これら熱処理材を用いて、JIS G0580 に準
じたＥＰＲ試験を行った。試験には、０.１Ｍ Ｈ₂ＳＯ₄
＋０.００１Ｍ ＫＳＣＮ水溶液中で自然電位により２０
０ｍＶ／min の掃引速度でアノード方向に分極し、７０
０ｍＶ ＳＣＥにて４min保持した。その後、カソード方
向に同じ掃引速度で自然電位までもどした。評価はアノ
ード方向掃引時の最大電流密度Ｉａとカソード方向掃引
時の最大電流密度Ｉｒの比Ｉｒ／Ｉａとして定義される
再活性化率によった。また、各熱処理材より幅１０mm，
長さ５０mm，板厚２mmの曲げ試験片を切り出し、引張り
側にグラファイトウールで隙間を付けて半径１００mmで
曲げて高温水中に浸漬してＳＣＣ感受性を調べた。試験
温度は２８８℃、溶存酸素濃度は８ppm である。試験時
間は５００ｈとした。

【００２１】表１は再活性化率とＳＣＣ感受性の対応を
示す。ここに、ＳＣＣ感受性は試験後試験片の割れ最大
深さを採用した。再活性化率は、いずれの熱処理条件も
ほぼ等しい値を示しているが、最大割れ深さは（ｂ）の
１１００℃／１ｈ＋６２１℃／２４ｈ＋５００℃／２４
ｈ熱処理材では約１２５μｍであるのに対して（ａ）の
６２１℃／２４ｈ＋５００℃／２４ｈ熱処理材では割れ
は認められない（０μｍ）。

【００２２】

【表１】

【００２３】再活性化率は腐食液中で電位電流曲線を求
め行きの曲線で得られる電流のピーク値に対する帰りの
曲線で得られる電流のピーク値の割合によって求められ
るものである。

【００２４】図１は、０.１Ｍ Ｈ₂ＳＯ₄＋０.００１Ｍ
ＫＳＣＮ水溶液中で自然電位よりすみやかにアノード方
向に分極し、７００ｍＶ ＳＣＥにて４min保持した後、
カソード方向に２００ｍＶ／min の掃引速度で自然電位
までもどした後、各熱処理材の粒界の腐食の程度を示す
顕微鏡組織図である。図１（ｂ）の１１００℃／１ｈ＋
６２１℃／２４ｈ＋５００℃／２４ｈ熱処理材では粒界
が細い幅でほとんどが侵食されていたのに対し、図１
（ａ）の６２１℃／２４ｈ＋５００℃／２４ｈ熱処理材
では所々で広い幅で腐食されている粒界があるものの、
その連結度は悪い。この結果より、本試験においてＥＰ
Ｒによる再活性化率でＳＣＣ感受性が整理できなかった
のは、粒界のＣｒ欠乏の連結性が低かったことが主な原
因であることが分かる。すなわち、腐食された粒界同士
が繋がっている割合を評価することが重要である。粒界
の数は図１（ｂ）は３ケ、図１（ａ）は約６３ケで、連
結した粒界の数は図１（ｂ）は３ケ、図１（ｂ）では約
３０ケである。

【００２５】〔実施例２〕図２に本発明によるＳＣＣ感
受性評価の手順を示す。まず、評価対象部位を金属組織
観察可能な程度にまで研摩する。その後、評価部位の形
状を考慮した電気化学的腐食のための容器を用いて評価
対象部位の粒界を腐食処理する。図３に電気化学的腐食
処理系統の模式図を示す。評価対象部位１を分極するた
めの照合電極２，対極３および試験時の温度を測定する
ための熱電対４を有する腐食セル５と、当該金属、照合
電極および対極に接続され所定の条件で分極するための
ポテンショスタット６，評価対象部位と照合電極の電位
差を測る電位差計７，対象部位と対極間に流れる電流を
計測する電流計８，分極セルに所定の腐食液を送り込む
ためのタンク９およびポンプ１０、使用済みの腐食液を
貯蔵するためのタンク１１、およびポテンショスタット
を所定のプロセスに従い制御するコンピュータ１２より
構成される。測定部の構造は、基本的には既に実用化さ
れているフィールドＥＰＲ測定装置と同様である。使用
するポテンショスタットの性能は市販されているもので
十分である。腐食条件は、評価部位の材料及びさらされ
る環境によって異なるため、予めその環境でのＳＣＣ発
生に必要なＣｒ濃度の限界値とそのＣｒ濃度以下の粒界
を侵食する腐食処理条件を求めておく必要がある。

【００２６】腐食処理後の表面観察は、その場観察する
方法とレプリカを採取して別の場所で観察する方法が考
えられる。このいずれを選択するかは、評価対象部位の
評価のやりやすさとコストを総合的に勘案して決める問
題である。その場合観察の方法は、ＣＣＤカメラを用い
る方法，レーザ顕微鏡を用いる方法等が考えられる。得
られた観察結果を画像処理して腐食している粒界部分を
評価し、その総数と互いに隣接している粒界の数を測定
する。測定する粒界の数は１０個以上できるだけ多いこ
とが望ましい。

【００２７】図４は本装置のコンピュータ処理した画像
を示す。画像解析による腐食された粒界の状況、隣接す
る粒界の割合及び推定されるＳＣＣ感受性が画面上に表
示される。なお、ここでのＳＣＣ感受性とは組織として
ＳＣＣがどの程度生じ易いかを示すものであって、実際
には環境及び応力因子も考慮する必要があることは注意
する必要がある。

【００２８】〔実施例３〕図５は、本発明によるＳＣＣ
感受性評価法を沸騰水型軽水炉のＣＲＤハウジング１６
とスタブチューブ１７の溶接部に適用する場合の例を示
す。当該部の粒界を腐食させる腐食セルと光伝送系と粒
界腐食後組織を画像化する検知系を有するヘッド部１
８、図３に詳細を示した腐食液を送り込むためのタン
ク，ポンプ，使用済みの腐食液を貯蔵するためのタンク
よりなる腐食液供給系１９、図３に詳細を示した当該金
属、照合電極および対極に接続された所定の条件で分極
するためのポテンショスタット、評価対象部位と照合電
極間の電位差を測る電位差計、対象部位と対極間に流れ
る電流を計測する電流計よりなる腐食制御系２０、及び
それらと連結され、所定の部分の腐食を行うとともに、
必要とされる部分の組織画像を処理し腐食された粒界を
認知しその数と隣接している割合を評価し、その値より
応力腐食割れ感受性を表示するコンピュータ２１よりな
る。図６は、図５のヘッド部の詳細を示す。ＣＲＤハウ
ジング１６に固定しかつヘッド部を溶接部に沿って動か
すためのモーター２２及びギヤー２３を有する固定部２
４に固定アーム２５により接続される腐食セル５および
光伝送系と粒界腐食後組織を画像化する検知系２６より
なる。なお、粒界腐食後組織を画像化する検知系をレプ
リカ採取用ヘッドにすれば、炉外にて評価が可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、これまでＳＣＣ感受性と
の相関性が小さい場合のあったＥＰＲ法に代わりより物
理的且つ実際のＳＣＣ挙動により密接に関連したパラメ
ータを導くことが出来、耐食性評価の精度が向上する効
果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】０.１Ｍ Ｈ₂ＳＯ₄＋０.００１Ｍ ＫＳＣＮ水溶
液中で自然電位よりすみやかにアノード方向に分極し、
７００ｍＶ ＳＣＥにて４min保持した後、カソード方向
に２００ｍＶ／min の掃引速度で自然電位までもどした
後の各熱処理材の粒界の腐食の程度を示す顕微鏡組織
図。

【図２】本発明によるＳＣＣ感受性評価の手順を示す工
程図。

【図３】本発明の応力腐食割れ感受性診断装置の構成
図。

【図４】本発明による装置のコンピュータ処理した画面
のイメージ図。

【図５】本発明のＳＣＣ感受性評価診断装置を沸騰水型
軽水炉のＣＲＤハウジングとスタブチューブの溶接部に
適用した例を示す断面図。

【図６】図５のヘッド部の詳細を示した断面図。

【符号の説明】

１…評価対象部位、２…照合電極、３…対極、４…熱電
位、５…腐食セル、６…ポテンショスタット、７…電位
差計、８…電流計、９…腐食液供給タンク、１０…ポン
プ、１１…使用済み腐食液貯蔵タンク、１２，２１…コ
ンピュータ、１３…腐食液供給用パイプ、１４…腐食液
回収パイプ、１５…パッキン、１６…ＣＲＤハウジン
グ、１７…スタブチューブ、１８…ヘッド部、１９…腐
食液供給系、２０…腐食制御系、２２…モーター、２３
…ギヤー、２４…固定部、２５…アーム、２６…検知
系、２７…圧力容器下鏡。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】合金を腐食水溶液中に浸漬し、電気化学的
   に前記合金を腐食させた後、侵食された粒界の数と該粒
   界が連結して形成している粒界の数を調査し、両者の割
   合より応力腐食割れ感受性を評価することを特徴とする
   応力腐食割れ感受性診断方法。
2. 【請求項２】合金をＨ₂ＳＯ₄とＫＳＣＮ水溶液中に浸漬
   し、腐食電位を基準に所定の電位に速やかに分極させて
   保持した後、各温度にて所定の濃度のＣｒ濃度域が腐食
   するような温度によってあらかじめ設定された条件にて
   腐食電位まで掃引させた後、侵食された粒界の数と該粒
   界が連結して形成している粒界の数を調査し、両者の割
   合より前記合金の応力腐食割れ感受性を評価することを
   特徴とする応力腐食割れ感受性診断方法。
3. 【請求項３】光伝送系と、粒界腐食後の合金の組織を画
   像化する検知系を有するヘッド部と、前記画像を処理し
   腐食された粒界の数と連結している粒界の数との割合を
   求め、その値より応力腐食割れ感受性を表示するコンピ
   ュータとを有することを特徴とする応力腐食割れ感受性
   評価装置。
4. 【請求項４】合金を腐食させる腐食セルと、光伝送系
   と、粒界腐食後組織を画像化する検知系と、ＣＲＤハウ
   ジングに固定しかつ腐食セルと検知系を溶接部に沿って
   動かすモーターを有し、前記腐食セル、検知系およびモ
   ーターを連結される固定アームと、所定の部分の腐食を
   行うと組織画像を処理し腐食された粒界の数と連結した
   粒界の数との割合を評価し、その値より応力腐食割れ感
   受性を表示するコンピュータとを有することを特徴とす
   る沸騰水型軽水炉の応力腐食割れ感受性評価装置。