JPS5944384B2 - 金属および合金の水素脆性防止方法 - Google Patents
金属および合金の水素脆性防止方法Info
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- JPS5944384B2 JPS5944384B2 JP56087551A JP8755181A JPS5944384B2 JP S5944384 B2 JPS5944384 B2 JP S5944384B2 JP 56087551 A JP56087551 A JP 56087551A JP 8755181 A JP8755181 A JP 8755181A JP S5944384 B2 JPS5944384 B2 JP S5944384B2
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- Japan
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- hydrogen
- metals
- alloys
- hydrogen embrittlement
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D3/00—Diffusion processes for extraction of non-metals; Furnaces therefor
- C21D3/02—Extraction of non-metals
- C21D3/06—Extraction of hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F3/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by special physical methods, e.g. treatment with neutrons
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- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属および合金の水素脆性防止方法に関するも
のである。
のである。
従来金属および合金の溶接、鋳造、圧延などにおいて、
金属中に水素原子が拡散し、クラック、ひび破れ等の機
械的性質の変化が生じることはよく知られており、「水
素脆性」として工業上の問題とされてきた。
金属中に水素原子が拡散し、クラック、ひび破れ等の機
械的性質の変化が生じることはよく知られており、「水
素脆性」として工業上の問題とされてきた。
この水素脆性を防止する方法としては、熱的焼鈍（加熱
）による水素の拡散と放出が唯一の方法とされてきたが
、水素脆性を防止するためにはなお充分満足されるもの
ではなく、特に巨大プラントの溶接部の水素脆性による
破損や原子炉燃料被覆材（ジルカロイ）の水素脆性によ
る破損などが起っているのが現状である。
）による水素の拡散と放出が唯一の方法とされてきたが
、水素脆性を防止するためにはなお充分満足されるもの
ではなく、特に巨大プラントの溶接部の水素脆性による
破損や原子炉燃料被覆材（ジルカロイ）の水素脆性によ
る破損などが起っているのが現状である。
又鋳造金属や合金の突然の破損も、残留水素の拡散凝集
による微少破損、クラックの進行のためと考えられてお
り、このような水素脆性を防止する方法としては、熱的
焼鈍以外の方法はなかった。
による微少破損、クラックの進行のためと考えられてお
り、このような水素脆性を防止する方法としては、熱的
焼鈍以外の方法はなかった。
一方熱的焼鈍時間を短縮することは、エネルギー節約の
点からも望まれており、電解精練鋼の脱水素、鋳物、溶
接部等の脱水素方法が期待されてきた。
点からも望まれており、電解精練鋼の脱水素、鋳物、溶
接部等の脱水素方法が期待されてきた。
かかる現況に鑑み本発明者等は従来の水素脆性を防止す
る方法の欠点を解決すべく種々研究の結果、水素を吸蔵
する金属及び合金を電離性放射線（Ｘ線、γ線、電子線
、β線、α線など）で照射すると、水素化合物は分解し
、水素の拡散が著しく促進されることを見出した。
る方法の欠点を解決すべく種々研究の結果、水素を吸蔵
する金属及び合金を電離性放射線（Ｘ線、γ線、電子線
、β線、α線など）で照射すると、水素化合物は分解し
、水素の拡散が著しく促進されることを見出した。
金属中の水素については、クリーン・エネルギーとして
の水素貯蔵や、パラジウム膜による水素純化及び水素脆
性とも関連して多くの研究がなされているにも拘らず、
このような現象は見出されていなかった。
の水素貯蔵や、パラジウム膜による水素純化及び水素脆
性とも関連して多くの研究がなされているにも拘らず、
このような現象は見出されていなかった。
前記の如く、水素を吸蔵した金属及び合金に電離性放射
線を照射すると、水素放出率が増大し、水素拡散が促進
するが、その詳細な物理的機構は解明されていない。
線を照射すると、水素放出率が増大し、水素拡散が促進
するが、その詳細な物理的機構は解明されていない。
然し次のことが考えられる。即ち電離放射線によって金
属原子の内殻が電離されると、水素原子と化学的結合を
なしている電子が、金属の外殻電子が内殻に落ち込む。
属原子の内殻が電離されると、水素原子と化学的結合を
なしている電子が、金属の外殻電子が内殻に落ち込む。
後者の場合オージェ−（Ａｕｇｅｒ）効果で水素原子と
化学結合をしている電子が電離される。
化学結合をしている電子が電離される。
また前者の場合は、電離された水素原子、すなわち陽子
がはじき飛ばされる可能性もある。
がはじき飛ばされる可能性もある。
この池水素原子と周辺の金属との分子軌道が生じており
、放射線励起により水素原子との電子給金が切れるため
と考えることもできる。
、放射線励起により水素原子との電子給金が切れるため
と考えることもできる。
放射線により生じた電離電子が、軽い水素原子と弾性、
非弾性衝突を行い、水素にエネルギーを与えることも考
えられる。
非弾性衝突を行い、水素にエネルギーを与えることも考
えられる。
本発明はこのような水素の挙動を利用し原子炉や他の工
業プラントで、水素脆性によるひび破れが生じる金属、
合金及びその溶接部で蓄積した水素や生成した水素化合
物から外部放射線の照射により水素を拡散、分散させ、
水素脆性の発性を防止することを可能にしたものである
。
業プラントで、水素脆性によるひび破れが生じる金属、
合金及びその溶接部で蓄積した水素や生成した水素化合
物から外部放射線の照射により水素を拡散、分散させ、
水素脆性の発性を防止することを可能にしたものである
。
本発明方法を実際に行うに際しては、金属、合金または
その溶接部に加熱中または室温で電離性放射線を照射す
ればよく、この際放射線エネルギーが充分に透過浸透力
を持つことが必要であり、通常のＸ線やγ線、電子線な
どの電離性放射線、好ましくは高いエネルギーのＸ線や
６０Ｃｏ。
その溶接部に加熱中または室温で電離性放射線を照射す
ればよく、この際放射線エネルギーが充分に透過浸透力
を持つことが必要であり、通常のＸ線やγ線、電子線な
どの電離性放射線、好ましくは高いエネルギーのＸ線や
６０Ｃｏ。
１３７Ｃ５からのγ線を局所的に照射して行う。
次に本発明を図面につき説明する。
第１図ａはステンレススチール（ＳＵＳ ３０４）材
において、水素が拡散した場合、Ｘ線照射により表面か
ら水素が放出する状態を示す顕微鏡写真（倍率２００倍
）で、約１０５ラドの照射で、上記ＳＵＳ材に安定に存
在する水素がガスとして表面から放出される状態を示す
もので、第１図すは未照射部分の同様の顕微鏡写真であ
る。
において、水素が拡散した場合、Ｘ線照射により表面か
ら水素が放出する状態を示す顕微鏡写真（倍率２００倍
）で、約１０５ラドの照射で、上記ＳＵＳ材に安定に存
在する水素がガスとして表面から放出される状態を示す
もので、第１図すは未照射部分の同様の顕微鏡写真であ
る。
ＳＵＳ材の表面には水素の放出を観察するためグリセリ
ン液を塗布しであるが、気泡がグリセリンの放射線分解
のため発生したものでないことは水素が拡散していない
ＳＵＳ材を用いて確認されている。
ン液を塗布しであるが、気泡がグリセリンの放射線分解
のため発生したものでないことは水素が拡散していない
ＳＵＳ材を用いて確認されている。
このようにすると気泡の発生は顕微鏡を用い確認する必
要なく、虫メガネ等で十分であり、金属、合金およびそ
の溶接部分の残留水素量の検査法として作業所で利用で
きる。
要なく、虫メガネ等で十分であり、金属、合金およびそ
の溶接部分の残留水素量の検査法として作業所で利用で
きる。
また第１図ａに示すグリセリン気泡発生及びＸ線回折に
よる格子定数の変化から次のことが判った。
よる格子定数の変化から次のことが判った。
ＳＵＳ材においては１０５ラド程度の電離性放射線の照
射で、ＳＵＳ材に安定に存在する水素がガスとして表面
から放出される。
射で、ＳＵＳ材に安定に存在する水素がガスとして表面
から放出される。
この効果は高温ではさらに著しい。
温度及び条件については、金属、合金及び水素の含有量
により異なるが、室温での水素放出速度は１０５ラド／
時程度のＸ線照射で、２倍程度加速され、放射線線量率
の増大と共にこの速度も増大する。
により異なるが、室温での水素放出速度は１０５ラド／
時程度のＸ線照射で、２倍程度加速され、放射線線量率
の増大と共にこの速度も増大する。
この程度の電離放射線では、金属はなんらの放射線損傷
を受けるものではなく、金属中の水素及び水素化合物相
のみが分解されることになる。
を受けるものではなく、金属中の水素及び水素化合物相
のみが分解されることになる。
第２図に示す装置では、厚さ約１朋の放射線遮蔽用の鉛
板かまたは鉄容器７、内の試料保持部４で試料金属５を
保持し、所要に応じて、回転機構３により回転させ溶接
機８で溶接し、溶接直後にＸ線照射して特に溶接部６か
ら水素を放出させることができる。
板かまたは鉄容器７、内の試料保持部４で試料金属５を
保持し、所要に応じて、回転機構３により回転させ溶接
機８で溶接し、溶接直後にＸ線照射して特に溶接部６か
ら水素を放出させることができる。
Ｘ線の照射はＸ線管１とその発生装置２を放射線源とし
て利用し、その印加電圧は溶接部分の肉厚に依存した透
過力をもつＸ線であることが望ましく、通常工業用透過
型の１００〜１５０ＫＶ程度が望ましいが、肉厚の薄い
場合は５０ＫＶ程度でもさしつかえない。
て利用し、その印加電圧は溶接部分の肉厚に依存した透
過力をもつＸ線であることが望ましく、通常工業用透過
型の１００〜１５０ＫＶ程度が望ましいが、肉厚の薄い
場合は５０ＫＶ程度でもさしつかえない。
上記Ｘ線に代る線源として、真空中での電子線や１３７
Ｃ８（セシウム１３７）や６°Ｃｏ（コ杓レトロ０）か
らのγ線を用い、照射を行うのが好ましい。
Ｃ８（セシウム１３７）や６°Ｃｏ（コ杓レトロ０）か
らのγ線を用い、照射を行うのが好ましい。
Ｘ線照射は溶接機８で焼鈍を行いつつを行う。
尚９は溶接機電源又はガス源１０は真空排気装置、１１
は不活性ガス放出口、１２はガス源、１３はコックであ
り、水素脆性防止のための水素の放射線強制放出を行う
場合に、上記ガス源１２からのガス供給及び真空排気装
置により加熱及び真空引きを行うと効率が増すことは言
うまでもなＧ）。
は不活性ガス放出口、１２はガス源、１３はコックであ
り、水素脆性防止のための水素の放射線強制放出を行う
場合に、上記ガス源１２からのガス供給及び真空排気装
置により加熱及び真空引きを行うと効率が増すことは言
うまでもなＧ）。
このように溶接を行い、次いで放射線の照射を行うと試
料金属材料およびその溶接部において水素脆性が防止さ
れる。
料金属材料およびその溶接部において水素脆性が防止さ
れる。
次に第３図に鋳造直後の鋳物に電離性放射線を照射して
水素脆性を防止する他の例を示す。
水素脆性を防止する他の例を示す。
第３図において、２１はＸ線管、２２は電源、２３は鋳
物製品、２４は安全のための遮蔽箱（鉛板内張り）、２
５はベルトコンベヤ、２６は自動開閉扉、２７は高感度
撮像管、２８は電子増幅器、２９はテレビ用電子装置で
ある。
物製品、２４は安全のための遮蔽箱（鉛板内張り）、２
５はベルトコンベヤ、２６は自動開閉扉、２７は高感度
撮像管、２８は電子増幅器、２９はテレビ用電子装置で
ある。
図示するように鋳造後の鋳物３をベルトコンベヤ２５に
より扉２６を介して遮蔽箱２４に導入し、Ｘ線管２１に
よりＸ線管印加電圧１５０ＫＶで、高電圧Ｘ線照射を行
い、高感度撮像管２７、電子増幅器２８、テレビ用電子
装置２９により鋳物製品の欠陥、損傷を検査しながら同
時に鋳物の脱水素を行うことができる。
より扉２６を介して遮蔽箱２４に導入し、Ｘ線管２１に
よりＸ線管印加電圧１５０ＫＶで、高電圧Ｘ線照射を行
い、高感度撮像管２７、電子増幅器２８、テレビ用電子
装置２９により鋳物製品の欠陥、損傷を検査しながら同
時に鋳物の脱水素を行うことができる。
またＸ線管２１および電源２２に代るγ線照射装置を用
いてもよく、高感度撮像管２７、電子増幅器２８、テレ
ビ用電子装置２９は使用しなくてもよい。
いてもよく、高感度撮像管２７、電子増幅器２８、テレ
ビ用電子装置２９は使用しなくてもよい。
放射線照射による水素強制拡散によって脱水素を行った
金属では、Ｘ線回折で調べると水素化物相が明らかに消
失しており、マルチンサイト変態の生成が搾成されてい
る。
金属では、Ｘ線回折で調べると水素化物相が明らかに消
失しており、マルチンサイト変態の生成が搾成されてい
る。
本発明の方法によると、金属および合金の水素脆性によ
る問題はすべて解決され、大形プラントの溶接部の破損
、原子炉燃料被覆材の水素脆性による破損等が防止され
、鋳造金属の破損、クラックの発生を著しく低減するこ
とができ、金属材料の品質向上に著しく寄与するもので
ある。
る問題はすべて解決され、大形プラントの溶接部の破損
、原子炉燃料被覆材の水素脆性による破損等が防止され
、鋳造金属の破損、クラックの発生を著しく低減するこ
とができ、金属材料の品質向上に著しく寄与するもので
ある。
第１図ａは水素が吸蔵されたステンレススチール材試料
にＸ線照射した場合試料から水素の放出する状態を示す
ためグリセリン水素気泡の顕微鏡写真、第１図すは第１
図ａのステンレススチール材のＸ線未照射部分の顕微鏡
写真、第２図および第３図は夫々本発明の方法を行う装
置の説明図である。 １・・・・・・Ｘ線管、２・・・・・・Ｘ線発生装置、
３・・・・・・回転機構、４・・・・・・試料保持部、
５・・・・・・試料金属、６・・・・・・溶接部、７・
・・・・・放射線遮蔽装置、８・・・・・・溶接機、９
・・・・・・溶接機電源、１０・・・・・・真空排気装
置、１１・・・・・・不活性ガス放出口、１２・・・・
・・ガス源、１３・・・・・・コック、２１・・・・・
・Ｘ線管、２２・・・・・・電源、２３・・・・・・鋳
物、２４・・・・・・遮蔽箱、２５・・・・・・ベルト
コンベヤ、２６・・・・・・自動開閉扉、２７・・・・
・・高感度撮像管、２８・・・・・・電子増幅器、２９
・・・・・・テレビ用電子装置。
にＸ線照射した場合試料から水素の放出する状態を示す
ためグリセリン水素気泡の顕微鏡写真、第１図すは第１
図ａのステンレススチール材のＸ線未照射部分の顕微鏡
写真、第２図および第３図は夫々本発明の方法を行う装
置の説明図である。 １・・・・・・Ｘ線管、２・・・・・・Ｘ線発生装置、
３・・・・・・回転機構、４・・・・・・試料保持部、
５・・・・・・試料金属、６・・・・・・溶接部、７・
・・・・・放射線遮蔽装置、８・・・・・・溶接機、９
・・・・・・溶接機電源、１０・・・・・・真空排気装
置、１１・・・・・・不活性ガス放出口、１２・・・・
・・ガス源、１３・・・・・・コック、２１・・・・・
・Ｘ線管、２２・・・・・・電源、２３・・・・・・鋳
物、２４・・・・・・遮蔽箱、２５・・・・・・ベルト
コンベヤ、２６・・・・・・自動開閉扉、２７・・・・
・・高感度撮像管、２８・・・・・・電子増幅器、２９
・・・・・・テレビ用電子装置。
Claims (1)
- １ 金属、合金またはその溶接部分に電離性放射線を照
射し、吸蔵された水素を強制拡散させて放出することを
特徴とする金属および合金の水素脆性防止方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56087551A JPS5944384B2 (ja) | 1981-06-09 | 1981-06-09 | 金属および合金の水素脆性防止方法 |
| US06/384,099 US4444599A (en) | 1981-06-09 | 1982-06-01 | Method for preventing hydrogen embrittlement of metals and alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56087551A JPS5944384B2 (ja) | 1981-06-09 | 1981-06-09 | 金属および合金の水素脆性防止方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57203756A JPS57203756A (en) | 1982-12-14 |
| JPS5944384B2 true JPS5944384B2 (ja) | 1984-10-29 |
Family
ID=13918118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56087551A Expired JPS5944384B2 (ja) | 1981-06-09 | 1981-06-09 | 金属および合金の水素脆性防止方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4444599A (ja) |
| JP (1) | JPS5944384B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3449510B2 (ja) * | 1995-12-12 | 2003-09-22 | 日本原子力研究所 | 軽水炉部品 |
| US5994660A (en) * | 1997-11-19 | 1999-11-30 | U.S. Department Of Energy | High power x-ray welding of metal-matrix composites |
| US7723643B2 (en) * | 2005-04-06 | 2010-05-25 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Laser peening for reducing hydrogen embrittlement |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3817849A (en) * | 1969-07-24 | 1974-06-18 | R Blosser | Method for reducing embrittlement condition of metal |
| US3804734A (en) * | 1969-07-24 | 1974-04-16 | G Richard | Method for reducing embrittlement condition of metals |
| JPS5149573B2 (ja) * | 1971-09-09 | 1976-12-27 | ||
| CA1095387A (en) * | 1976-02-17 | 1981-02-10 | Conrad M. Banas | Skin melting |
-
1981
- 1981-06-09 JP JP56087551A patent/JPS5944384B2/ja not_active Expired
-
1982
- 1982-06-01 US US06/384,099 patent/US4444599A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57203756A (en) | 1982-12-14 |
| US4444599A (en) | 1984-04-24 |
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