JPS62145157A - 合金鋼の経年的材質劣化判定法 - Google Patents

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〕 本発明は合金鋼の経年的材質劣化判定法に関し、詳しく
は高温で使用される各種耐熱合金鋼の経年的材質劣化の
程度を、非破壊的にしかも高い精度にて判定することの
できる方法に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕一般
に、石油精製等の化学工業をはじめとする様々な工業分
野では、３００〜６００’Ｃの高温でもすぐれた機械的
性質を存するクロム・モリブデン鋼などの様々な合金鋼
が、各種の構造部材（化学プラントの反応器、熱交換器
その他の塔槽類、加熱炉チューブその他の配管類、ター
ビンのローター、ケーシング等の原動機部材ｆｆｉ＜用
いられている。

このような合金鋼は、高温下で長期間操業されることに
より、経年的材質変化を招く場合があることが知られて
いる。この材質変化には大別して脆化と軟化があるが、
特に脆化が起ると材料の靭性低下を招き、構造部材であ
る合金鋼の損傷につながる危険をはらんでいる。

そのため、上述の如く高温下で構造部材として使用され
る合金鋼は定期的に検査を行うことが必要である。

一般に、構造部材の脆化を判定する方法としては、シャ
ルピー衝撃試験を行ってシャルピー破面遷移温度差（Δ
ＦＡＴＴ）を求め、これを指標として判定する方法が確
立されている。この方法は精度も高（、またその信頼性
も高いものであるが、試験のために構造部材の一部を切
り取ることが必要であり、試験片本数を制限された試験
では本来の精度や信頼性を発揮しえないため、実用には
ほとんど供しえないものである。

そこで本発明者らは、構造部材として使用されている各
種合金鋼の経年的材質劣化を非破壊的な手法で、しかも
高い精度ならびに信頼性にて判定できる方法を開発すべ
く鋭意研究を重ねた。

〔問題点を解決するための手段〕

その結果、対象とする合金鋼の腐食電位の変化を経時的
に測定した場合に、その変化の状態が合金鋼の経年的材
質劣化の程度の判定に有力な指標となることを見出した
。本発明はかかる知見に基いて完成したものである。

すなわち本発明は、高温下で使用されている合金鋼の経
年的材質劣化を判定するにあたり、該合金鋼の腐食電位
の経時変化を測定して腐食電位の変動状態を判定の指標
とすることを特徴とする合金鋼の経年的材質劣化判定法
を提供するものである。

本発明の方法で経年的材質劣化を判定できる合金鋼は、
特に制限はな（各種のものをあげることができる。具体
的にはクロム・モリブデン鋼、クロム・モリブデン・バ
ナジウム鋼などの低合金鋼あるいはステンレス鋼などの
高合金綱をあげることができる。

本発明の方法では、高温下で使用され脆化（劣化）の進
んでいるおそれのある合金鋼を対象とし、その腐食電位
の経時的な材質変化を測定する。この合金鋼の腐食電位
を測定するにあたっては、せコウ電極、銀／塩化銀電極
などを参照電極系とし、また対象とする合金鋼を電解液
に浸漬して試験電極として、この電極の電位を前述の参
照電極系を基準に測定すればよい。ここで合金鋼を浸漬
する電解液としては、合金鋼の脆化箇所に対して選択的
腐食性を示すものから選定される。具体的には合金鋼の
種類により異なるが、クロム・モリブデン鋼やクロム・
モリブデン・バナジウム鋼に対しては１〜ｌＯ容量％の
硝酸を含有するアルコール（ナイタール）、濃度１〜１
０容量％の硝酸水溶液あるいは塩酸、硝酸およびグリセ
リンを混合したヴレラ溶液など酸化剤として作用する電
解液が好ましい。

また、合金鋼の腐食電位は、前述の如く参照電極系を基
準として測定することによって求められるが、参照電極
系における毛細管は、先端部の内径が１００μｍ以下、
好ましくは５〜５０μｍ程度の微小電極を用い、これを
できるだけ試験材（対象とする合金鋼）に近づけるよう
にして腐食電位を経時的に測定すると、合金鋼表面の溶
解挙動が腐食電位の変動に適確に現われるので好ましい
。

このような合金鋼の腐食電位を測定すると、脆化の進ん
だ合金鋼はど腐食電位の変動が激しくなるので、この腐
食電位の変動状態を解析すれば、合金鋼の脆化の程度が
直ちに判明するわけである。

したがって、本発明の方法ではこの腐食電位の変動状態
を脆化の判定の指標としているのである。

しかも、この腐食電位の変動状態は、シャルピー衝撃試
験で得られるシャルピー破面遷移温度差（ΔＦＡＴＴ）
と非常に強い相関が認められる。

したがって、このΔＦＡＴＴが構造部材の経年的材質劣
化を示す指標として既に高い信頼性が認められているこ
とから、この腐食電位の変動状態を指標とすることによ
っても、経年的材質劣化の判定を高い信頼性にて行うこ
とができるわけである。

なお、劣化の進んだ合金鋼の腐食電位は、劣化のない合
金鋼の腐食電位に比べて、その変動の振幅が大きいと同
時に、数分〜十数分間の経時変化をとらえてもその変動
が大きい。

また、上述の如く測定した合金鋼の腐食電位の変動状態
を、最大エントロピー法（Ｍ　Ｅ　Ｍ　）や高速フーリ
エ変換ＣＦＦＴ）などの手法を用いてスペクトル解析を
行うことにより、合金鋼の劣化の程度を定量的かつ正確
に評価することができる。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、クロム・モリブデン鋼をはじめ
とする各種合金鋼の経年的材質劣化を、非破壊的かつ高
信頼性ならびに高感度、高精度にて判定することができ
る。しかも、用いる電解液の調製が容易であると同時に
、短時間かつ筒車な測定操作にて脆化の判定をすること
ができる。

したがって、本発明の方法によれば、化学プラント等の
各種工業の構造部材として用いられる各種の合金鋼の経
年的材質劣化の程度を正確に把握できるため、その構造
部材の余寿命の評価や操業条件の選定等に貴重なデータ
を提供することができる。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。

実施例１ 焼戻し脆化を受けたタービン・ロータ鋼（Ｉ　Ｃｒ−Ｉ
　Ｍｏ−１／４Ｖ）を試験片として、その腐食電位の経
時変化を５％ナイタール（５容量％の硝酸を含有するエ
タノール）を電解液２に用い、第１図に示す測定装置を
用いて測定した。

まず試料電極としてシャルピー試験片ｌの端面（ｌｃａ
＋Ｘ１ｃｍ）を用い、試験片１とその側面に取り付けた
リード線をエポキシ樹脂に埋め込んで作製し、リード線
はアラルダイトでコーティングした。試験片１の測定面
はエメリー紙で湿式研磨し、アセトンで脱脂後、試験に
供した。一方、微小電極３は外径１．５ＩＩｌ＋の二重
同心管（内径０．８＊ｎ）をバーナーで加熱しながら引
き伸ばして作製した。

この微少電極３の先端の内径は１０〜２０μｍ程度であ
った。なお、微小電極３の移動は実体顕微鏡４で観察し
ながら３軸マニピユレーター（成茂科学■製）を用いて
行った。この微小電極３は塩橋５を介して参照電極であ
る飽和せコウ電極６と連結した。また、微小電極３の先
端と試験片１の測定面との距離は約０．１ｍｍとした。

上述した条件で測定した試験片の腐食電位の経時変化を
第２図に示す。

また、比較のために、脱脆化処理したタービン・ロータ
鋼（健全材に相当）についても上記と同様にして腐食電
位の経時変化を測定した。結果を第３図に示す。

第２図から脆化した試験片の腐食電位は大きく変動し、
最高電位と最低電位間で約１５ｍＶ程度の差異が生じ、
また振幅が小さく周波数の高いノイズも観察されること
がわかる。一方、第３図から脱脆化処理した試験片では
腐食電位の変動現象は見られるものの、最高電位と最低
電位の差が６ｍＶ程度しかなく、また突発的な大きなノ
イズは生じないことがわかる。

実施例２ 実施例１において、電解液２として５％ナイタールに代
えて濃度５容量％の硝酸水溶液を用いたこと以外は、実
施例１と同様の操作を行って、試験片の腐食電位の経時
変化を測定した。結果を第４図に示す。

実施例３ 実施例１において、電解液２として５％ナイタールに代
えてヴレラ溶液（塩酸４０容量％、硝酸２０容量％、グ
リセリン４０容量％）を用いたこと以外は、実施例１と
同様の操作を行って、試験片の腐食電位の経時変化を測
定した。結果を第５図に示す。

実施例４ 実施例１１こおいて、試験片として５４０℃で１４年間
使用した１　　１／４　Ｃｒ−１／２　Ｍｏ鋼を用いた
こと以外は、実施例１と同様の操作を行って、試験片の
腐食電位の経時変化を測定した。結果を第６図（最高電
位ニー１９５．３６ｍＶ、最低電位ニー２２２．２２２
ｍＶ）に示す。この腐食電位の経時変化をパーソナルコ
ンピュータ（ＮＥＣ９８０１Ｆ２）を使用して最大エン
トロピー法により数値処理し、スペクトル解析を行った
。解析結果を第７図に示す。

また、比較のため、脱脆化処理した１　　１／４　Ｃｒ
−１／ＺＭｏ鋼についても上記と同様の操作を行った。

得られた腐食電位の経時変化を第８図（最高電位ニー　
１７５．８２４ｍＶ、最低電位ニー１９２．９１８ｍＶ
）に、スペクトル解析結果を第９図に示す。

なお、上述の１　１／４　Ｃｒ−１／Ｚ　Ｍｏ鋼の脆化
材および脱脆化材のシャルピー遷移曲線を作成し、５０
％破面遷移温度差（ΔＦＡＴＴ＞を測定したところ５９
℃であった。

実施例５ 実施例４において、試験片として４８２℃で１０００時
間使用した２　１／４　Ｃｒ−Ｉ　Ｍｏ鋼とその健全材
を用いたこと以外は、実施例４と同様の操作を行った。

脆化材（脆化した試験片）の腐食電位の経時変化を第１
０図（最高電位ニー２１４．８９６ｍＶ、最低電位ニー
２２９．５４８ｍＶ）に、スペクトル解析結果を第１１
図に示す。

また健全材の腐食電位の経時変化を第１２図（最高電位
：　−１５５，０６７ｍ、Ｖ、最低電位ニー　１６８．
４９８ｍＶ）に、スペクトル解析結果を第１３図に示す
。

なお、上述の２１／４　Ｃｒ−Ｉ　Ｍｏ鋼の脆化材およ
び健全材のシャルピー遷移曲線を作成し、５０％破面遷
移温度差（ΔＦＡＴＴ）を測定したところ７６℃であっ
た。

これらのスペクトル解析結果をみると、脆化材は健全材
に比べると高周波領域（１０−”〜１０−’Ｈｚ）にお
いて大きな値を示していることがわかる。

実施例６ 実施例４において、各種条件下で使用した２　１／４　
Ｃｒ−Ｉ　Ｍｏ　Ｅを試験片（Ａ：４８２℃で１０００
時間、Ｂ：４５０°Ｃで３０００時間、Ｃニステップク
ーリング、Ｄ：３３０℃で１４年間）を用いたこと以外
は、実施例４と同様の操作を行った。各試験片について
の破面遷移温度差およびスペクトル解析により得られた
面積差（脆化材と脱脆化材のスペクトルの積分値の差）
を第１４図に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は合金鋼の腐食電位の経時変化を測定する装置の
説明図である。第２図は実施例１における脆化材の腐食
電位の経時変化を示すグラフ、第３図は実施例１におけ
る脱脆化材の腐食電位の経時変化を示すグラフである。 第４図は実施例２で得られた腐食電位の経時変化を示す
グラフ、第５図は実施例３で得られた腐食電位の経時変
化を示すグラフである。第６図は実施例４における脆化
材の腐食電位の経時変化を示すグラフ、第７図はそのス
ペクトル解析結果を示すグラフである。第８図は実施例
４における脱脆化材の腐食電位の経時変化を示すグラフ
、第９図はそのスペクトル解析結果を示すグラフである
。第１０図は実施例５における脆化材の腐食電位の経時
変化を示すグラフ、第１１図はそのスペクトル解析結果
を示すグラフである。第１２図は実施例５における健全
材の腐食電位の経時変化を示すグラフ、第１３図はその
スペクトル解析結果を示すグラフである。第１４図は実
施例６で得られた破面遷移温度差（ΔＦＡＴＴ）とスペ
クトル解析の面接差との関係を示すグラフである。 第１図中、■は試験片、２は電解液、３は微小電極、４
は実体顕微鏡、５は塩橋、６は参照電極。 ７はガラスセル、８は電位差計、９は記録計である。 特許出願人　　東　北　大　学　長 使勢ヤ孝　′遣 第６図 第７図 Ｆ　ＲＥ　Ｑ　ｕ　Ｅ　Ｎ　ＣＹ　（ＬＯ９Ｈｌ　ｌ第
８図 第９図 ＦＭ！Ｑｕ区Ｎ　Ｃｙ　（ＬＭ　Ｈｚ　＋第１２図 第１３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温下で使用されている合金鋼の経年的材質劣化
   を判定するにあたり、該合金鋼の腐食電位の経時変化を
   測定して腐食電位の変動状態を判定の指標とすることを
   特徴とする合金鋼の経年的材質劣化判定法。
2. （２）合金鋼がクロム・モリブデン鋼、クロム・モリブ
   デン・バナジウム鋼あるいはステンレス鋼である特許請
   求の範囲第１項記載の判定法。