JPS62238378A - 耐水素誘起割れ性の優れた表面処理鋼材 - 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、水素誘起割れに対して漫れた防御性能を発揮
する表面処理鋼材に関するものである。

［従来の技術］ 石油精製工業や石油化学工業等の技術分野においては、
反応器、貯留槽及び配管等に使用される鋼材が環境中の
不純物である湿潤硫化水素によって腐食され、その際発
生する水素が鋼材中に侵入することによって鋼材に水素
誘起割れ（以下、ＨＩＣと略称することもある）を生じ
ることが知られている。即ち湿潤硫化水素は、下記（１
）式に示す様に鉄と反応して原子状水素を発生すると共
に副生したＦｅＳが水素過電圧を高めて前記原子状゛水
素の鋼材中への侵入を促進するものと考えられている。

Ｆｅ＋Ｈｚ　５−ＦｅＳ＋２Ｈ−−−（ｉ）こうして鋼
材中に侵入した原子状水素は、硫化物系介在物等を起点
としてＨＩＣを引き起こすと言われている。

上述した様なＨＩＣは低強度鋼材において特に発生しや
すく且つ無応力下においても発生するので、この点に関
する限りでは従来から知られている硫化物応力腐食割れ
と異なると把握されているが、応力腐食割れとＨＩＣと
の明確な区別は困難である。事実、硫化物応力腐食割れ
においても、内部だけに独立した割れを生じたり、硫化
物濃度の高いときには表面にふくれを生じるなどの特異
な現象を生じることがあり、これは硫化物応力腐食割れ
においても侵入水素が関与していることを示唆するもの
である。

いずれにしても、原子状水素に基因する鋼材の割れが圧
延方向に平行して発生する為、その割れが相互に継がる
ことによって鋼材厚み方向へのｉｔ　ｍ　割れが発生す
るものであると考えられている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した様な情況のもとで、ＨＩＣ防止対策として各種
の技術が提案されている。例えばＨＩＣ促進因子を除去
するという観点から、溶銑予備処理等の方法によって鋼
材中のＳ量を低減したり、希土類元素やＣａ等を添加す
ることによって硫化物系介在物の形態制御を行ない、前
記（１）式の反応を抑制するということが検討されてい
る。しかし上記いずれの手段を法用するにしても工程が
多くなり、製造コストが高くなると言った問題があった
。

一方原子状水素が鋼材中へ侵入するのを抑制するという
観点から、鋼材中に貴金属元素を添加して鋼材の水素過
電圧（カソードにおける水素の活性化分極）を低くする
という技術が提案されている（特公昭４１−１２０２号
公報）、シかしながらこの様な技術においても、Ｐｔ等
の貴金属元素を添加する為鋼材の製造コストが高くなる
。又鋼材を用いて各種機器を製造する際に、該機器を溶
接構造とすることは避けられ／ンいので、その溶接部分
の防食という新しい問題を生じる。

本発明はこの様な状況のもとでなされたものであって、
耐ＨＩＣ性に優れた効果を発揮Ｖる各種機器を実現すべ
く、工業的に十分実用化でき且つ比較的安価な表面処理
鋼材を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る耐ＨＩＣ性の優れた表面処理鋼材とは、体
積率で５０％以上のマグネタイトを含む酸化物層を鋼材
の表面に形成してなる点に要旨を有するものである。

［作用］ 本発明は上述した如く構成されるが、要は原子状水素が
鋼材中へ侵入するのを抑制する為にマグネタイトを含む
酸化物層を鋼材表面に形成したものである。

本発明を研究する過程において木発明者らは、はじめに
、原子状水素の鋼材中への侵入は鋼材表面に酸化物層を
形成することによって抑制されるのではないかとの着想
を得た。次に本発明者らは、各種条件下で酸化処理を施
すことによって表面に酸化物層を形成した鋼材について
、硫化水素雰囲気（硫化水素飽和人工海水）中における
原子状水素の挙動を調査すべく実験を行なった。実験は
、鋼材中を透過した引抜き透過水素量を鋼材表面側で測
定することにより実施した。

その結果を第１図に示すが、鋼材表面に形成された酸化
物層中のマグネタイトが体積率で５０％以上である場合
には、マグネタイトを含まない場合に比べて透過水素量
を半分に抑えることができるという注目すべき事実が判
明し、種々検討の未来発明を完成するに至った。

本発明に係る表面処理鋼材が耐）（ＩＣ性に優れた効果
を発揮する機構は下記の様に考えることができる。

前記（１）式で表わした反応は下記（２）　、　（３）
式に分けて表わすことができる。

Ｆ　ｅ−＊Ｆ　ｅ”＋　２　ｅ　（陽極反応）　　　　
−（２）Ｈ２Ｓ＋２ｅ−２Ｈ＋Ｓ”″（＃極反応’）−
（３）そして鉄の表面に酸化層が形成されていない場合
、上記２つの反応は鉄の表面で進行し、陰極反応で発生
した原子状水素が鉄表面に吸着・侵入し、ＨＩＣの原因
となる。これに対し、鉄の表面にマグネタイト（電導性
）が存在する場合、腐食環境から鉄を隔離し、水素の発
生を抑制する。更に、この場合には陽極反応は鉄の表面
で起こるのであるが、陰極反応がマグネタイト表面で起
こるので、発生した原子状水素が鉄表面に吸着・侵入す
る機会が少なくなり且つその大部分が水素ガスとなって
逃散する。

［実施例］ 市販の５Ｂ４２　（板厚１２ｍｍ）の一部から２０ｗ×
１００　’　ｘ　１０ｔ（ｍｍ）の鋼材を採取し、下記
第１表に示した各種の処理条件によって、組成の異なる
酸化物層を鋼材表面に形成した各種試験片Ｎｏ、　　１
〜１３を得た。

この様にして得られた試験片Ｎ０１１〜１３を、Ｈ２Ｓ
を飽和した人工海水中に無応力下で９６時間浸漬した後
、−処理条件当たり９断面の検鏡によってＨＩＣの判定
を行なった。

その結果は、前記第１表に併記した。第１表の結果から
も明らかであるが、酸化物層中のマグネタイト量が本発
明に規定する５０％（体積率）以上の試験片ＮＯ３１〜
９のもの（実施例）は、優れた耐ＨＩＣ性を示すことが
理解される。これに対し、研磨のままで酸化未処理の試
験片Ｎｏ、１０、水酸化鉄のみの試験片Ｎｏ、１１′Ｅ
Ｌびマグネタイト量が少ない試験片Ｎｏ、１２〜１３の
もの（比較例）は、耐）（ＩＣ性が前記実施例と比べて
這かに劣っているのが理解される。

尚本発明に係る表面！Ａ理銅鋼材具体的適用例としては
、圧力容器や配管等において、水張り試験時に生じる水
酸化鉄を１５０℃程度の水蒸気で還元することによって
その表面にマグネタイトを５０％以上含む酸化物層を形
成することができる。又マグネタイトの体積率が１００
％に近い酸化物層を形成する為には、更に高温（例えば
２５０℃程度）の水蒸気中で酸化処理を行なうこと、若
しくは過熱蒸気中で酸化処理を行なうことも有効である
。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、既述の構成を採用する
ことによって、簡便な作業で、ＨＩＣの原因となる原子
状水素が鋼材中に侵入するのを抑制することができ、鋼
材のＨＩＣに対する顕著な防止効果を達成し得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋼材表面に各種酸化物層を形成した場合に、
マグネタイトの体積率と透過水素量との関係を示すグラ
フである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 体積率で５０％以上のマグネタイトを含む酸化物層を鋼
   材の表面に形成してなることを特徴とする耐水素誘起割
   れ性の優れた表面処理鋼材。