(57)【要約】【課題】短時間で、鋼材因子又は環境因子に起因した耐水素脆化特性の評価ができる、評価方法を提供する。【解決手段】陰極チャージ法により得られた基準対象の直線式と評価対象の直線式とを用いて、水素侵入効率に起因した、基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１を求める。さらに、基準対象又は評価対象における直線式の傾き、及び、基準対象での自然電位と評価対象での自然電位との差分値との乗算値を用いて、電位に起因した、基準対象の単位時間当たりの最大の侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める。侵入水素量比Ｒ１と、侵入水素量比Ｒ２との乗算値を、基準対象の単位時間当たりの最大侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの最大侵入水素量の割合とみなす。【選択図】図７
2020169870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐水素脆化特性の評価方法であって、
基準鋼材及び基準試験液で構成される基準対象を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記基準対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る基準対象陰極チャージ工程と、
前記基準鋼材を構成する因子、又は、前記基準試験液を構成する因子を変更した評価対象を用いて、前記陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る評価対象陰極チャージ工程と、
前記基準対象での自然電位と、前記評価対象での自然電位とを求める自然電位測定工程と、
前記基準対象における直線式と前記評価対象における直線式とにおいて、同一電位での単位時間当たりの侵入水素量の対数値の差分値が、水素侵入効率に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値と前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値との差分値に等しいとみなして、前記水素侵入効率に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１を求める水素侵入効率起因侵入水素量比決定工程と、
前記基準対象又は前記評価対象における直線式の傾き、及び、前記基準対象での自然電位と前記評価対象での自然電位との差分値の乗算値が、電位に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値と前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値との差分値に等しいとみなして、前記電位に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める電位起因侵入水素量比決定工程と、
前記水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１と、前記電位起因の侵入水素量比Ｒ２との乗算値を、前記基準対象の単位時間当たりの最大の前記侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの最大侵入水素量の割合である、最大侵入水素量比Ｒ０とみなす、最大侵入水素量比決定工程とを備える、
耐水素脆化特性の評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記評価対象陰極チャージ工程では、
前記基準鋼材を構成する因子を変更し、前記基準試験液の因子を変更しない前記評価対象を用いて、前記陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る、
耐水素脆化特性の評価方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記評価対象陰極チャージ工程では、
前記鋼材の化学組成を因子として変更した前記評価対象を用いて、前記陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る、
耐水素脆化特性の評価方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記電位起因侵入水素量比決定工程では、
前記基準対象における直線式の傾きと、前記評価対象における直線式の傾きとの差が所定値以下の場合、前記電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める、
耐水素脆化特性の評価方法。
【請求項５】
請求項４に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記電位起因侵入水素量比決定工程では、
前記基準対象における直線式の傾きと、前記評価対象における直線式の傾きとの差が０．５以下の場合、前記電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める、
耐水素脆化特性の評価方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記基準鋼材及び前記基準試験液で構成される前記基準対象を用いて、自然浸漬法による水素透過試験を実施して、単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフを作成したとき、前記単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフには、ピーク値が存在する、
耐水素脆化特性の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、耐水素脆化特性の評価方法に関し、さらに詳しくは、基準鋼材及び基準試験液で構成される基準対象と、基準鋼材を構成する因子、又は、基準試験液を構成する因子を変更した評価対象とを比較した、耐水素脆化特性の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の耐水素脆化特性の評価方法の１つに、電気化学的水素透過法がある。通常、鋼材の耐水素脆化特性の評価では、自然浸漬法による水素透過試験が実施されている。たとえば、特開２０１５−２２２２６４号公報（特許文献１）で提案されている侵入水素量の測定方法は、金属材料の腐食に伴って発生し金属内部に侵入する水素の量を、電気化学的水素透過法を用いて測定する。具体的には、被検体としての金属材料の片面を腐食環境に暴露し腐食反応により発生する水素の侵入面とする。また、被検体の他面を水素検出面とする。水素検出面側の電位を−０．１〜＋０．３ＶｖｓＳＣＥに保持した状態で検出面に拡散してくる水素の流束をアノード電流として測定する。つまり、特許文献１では、自然浸漬法により侵入水素量を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、鋼材の表面から鋼材の内部に水素が侵入するプロセスを説明するための模式図である。図１を参照して、始めに、鋼材１が環境中において腐食すると、鋼材１中のＦｅがＦｅ2+となって、腐食環境中に溶解する。このとき、電子ｅ-が鋼材１の外部に放出される（Ａ：腐食の発生）。環境中に存在する水素イオンＨ+が、鋼材１から放出された電子ｅ-を受け取って還元され、吸着水素原子Ｈadとして鋼材１の表面に吸着する（Ｂ：水素イオンの吸着反応）。以上のメカニズムにより、鋼材１の表面には、複数の吸着水素原子Ｈadが存在する。これらの吸着水素原子Ｈadのほとんどは、吸着水素原子Ｈad同士で結合して水素ガスＨ2となり、鋼材１の表面から環境中に離脱する。しかしながら、鋼材１の表面に存在する複数の吸着水素原子Ｈadのうち、ごく一部の吸着水素原子Ｈadは、鋼材１の表面から鋼材１の内部に侵入して、侵入水素原子Ｈabとなる（Ｃ：水素の侵入）。そして、侵入水素原子Ｈabにより、鋼材中で水素脆化が発生する。
【０００５】
鋼材における水素脆化のメカニズムは上述のとおりである。したがって、鋼材の水素脆化を抑制するためには、次の３つのアプローチが存在する。
アプローチＡ：腐食の抑制
アプローチＢ：水素吸着反応の抑制
アプローチＣ：水素侵入の抑制
【０００６】
アプローチＡでの対策として、鋼材１の表面に腐食生成物による保護皮膜を形成する研究がされている。保護皮膜を形成することにより、腐食の発生を抑制する。これにより、Ｆｅの溶解による電子ｅ-の放出が抑制される。そのため、環境中の水素イオンＨ+が吸着反応して吸着水素原子Ｈadとなるのを抑制できる。たとえば、鋼材に対して、腐食生成物を生成しやすい元素を含有させることにより、腐食生成物による保護皮膜を安定化させる。この場合、腐食が抑制され、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。
【０００７】
アプローチＢでの対策として、鋼材の自然電位を高める研究がされている。水素吸着反応の駆動力は、電気化学では電位として表すことができる。すなわち、鋼材の環境に対する電位（自然電位）を高めることができれば、水素吸着反応の駆動力を低減させることができる。たとえば、Ｎｉ、Ｃｕ、及び、Ｍｏは、鋼材の自然電位を貴化する。そのため、鋼材にＮｉ、Ｃｕ、又はＭｏを含有することにより、水素吸着反応の駆動力が低減する。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。
【０００８】
アプローチＣでの対策として、水素侵入効率を低減する研究がされている。水素侵入効率とは、吸着水素原子Ｈad量に対する、侵入水素原子Ｈab量の比率で定義される。水素侵入効率が高い場合、吸着水素原子Ｈadにおいて、水素ガスＨ2とならずに侵入水素原子Ｈabとして鋼材内部に侵入する量が多くなる。水素侵入効率が低い場合、吸着水素原子Ｈadにおいて、その多くが水素ガスＨ2となり、侵入水素原子Ｈabとして鋼材内部に侵入する量が少なくなる。水素侵入効率については、鋼材中の因子（化学組成、ミクロ組織等）の影響、及び、環境中の因子（ｐＨ、温度、水素侵入促進触媒等）の影響が考えられる。
【０００９】
図２は、電気化学的水素透過法のうち、自然浸漬法による水素透過試験により得られた、単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフである。単位時間当たりの侵入水素量はたとえば、水素透過電流（μＡ／ｃｍ2）であってもよいし、水素透過係数（μＡ／ｃｍ）であってもよいし、水素透過速度（ｍｏｌＨ／ｍｓ）であってもよい。図２を参照して、単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフにおいて、試験開始から単位時間当たりの侵入水素量がピークとなる時点までの期間を「活性期」と定義する。単位時間当たりの侵入水素量がピークとなる時点以降の期間を「安定期」と定義する。活性期は、腐食生成物皮膜が形成されていない期間である。そのため、活性期における耐水素脆化特性を高めるには、水素吸着反応の抑制（アプローチＢ）と、水素侵入の抑制（アプローチＣ）とが検討項目となる。一方、安定期では、腐食生成物皮膜が水素の侵入を抑制できる程度に形成されているため、侵入水素量が減少する。そのため、安定期における耐水素脆化特性を高めるには、腐食生成物皮膜形成による腐食の抑制（アプローチＡ）、水素吸着反応の抑制（アプローチＢ）、及び、水素侵入の抑制（アプローチＣ）が検討項目となる。
【００１０】
ところで、図２に示すとおり、活性期における単位時間当たりの侵入水素量のピークＰ時点において、単位時間当たりの侵入水素量が最も多くなる。そこで、自然浸漬法により得られる単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフにおいて、侵入水素量にピークＰ時点が存在する場合、ピークＰ時点での単位時間当たりの侵入水素量に基づいて、鋼材又は環境での因子の変更による水素侵入量の抑制効果を評価するのが好ましい。
【００１１】
しかしながら、自然浸漬法により単位時間当たりの侵入水素量のピーク値を得るには時間が掛かる。たとえば、単位時間当たりの侵入水素量のピークを得るまでの試験時間は、鋼材にもよるが、数時間〜数週間かかる場合がある。強度が高い鋼材ほど、単位時間当たりの侵入水素量のピークが出るまでに時間が掛かる。引張強度が１０００ＭＰａを超える自動車部品用途の鋼材に対して自然浸漬法により単位時間当たりの侵入水素量のピークを得るには、数日又は数週間かかる。
【００１２】
したがって、本開示の目的は、自然浸漬法による水素透過試験よりも短時間で、鋼材因子又は環境因子に起因した耐水素脆化特性の評価ができる、耐水素脆化特性の評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示による耐水素脆化特性の評価方法は、
基準鋼材及び基準試験液で構成される基準対象を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記基準対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る基準対象陰極チャージ工程と、
前記基準鋼材を構成する因子、又は、前記基準試験液を構成する因子を変更した評価対象を用いて、前記陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る評価対象陰極チャージ工程と、
前記基準対象での自然電位と、前記評価対象での自然電位とを求める自然電位測定工程と、
前記基準対象における直線式と前記評価対象における直線式とにおいて、同一電位での単位時間当たりの侵入水素量の対数値の差分値が、水素侵入効率に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値と前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値との差分値に等しいとみなして、前記水素侵入効率に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１を求める水素侵入効率起因侵入水素量比決定工程と、
前記基準対象又は前記評価対象における直線式の傾き、及び、前記基準対象での自然電位と前記評価対象での自然電位との差分値の乗算値が、電位に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値と前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値との差分値に等しいとみなして、前記電位に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める電位起因侵入水素量比決定工程と、
前記水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１と、前記電位起因の侵入水素量比Ｒ２との乗算値を、前記基準対象の単位時間当たりの最大の前記侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの最大侵入水素量の割合である、最大侵入水素量比Ｒ０とみなす、最大侵入水素量比決定工程とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本開示による耐水素脆化特性の評価方法は、自然浸漬法による水素透過試験よりも短時間で、鋼材因子又は環境因子に起因した耐水素脆化特性の評価ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、鋼材の表面から鋼材の内部に水素が侵入するプロセスを説明するための模式図である。
【図２】図２は、電気化学的水素透過法のうち、自然浸漬法による水素透過試験により得られた、単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフである。
【図３】図３は、水素透過試験装置を示す模式図である。
【図４】図４は、実施例により得られた、基準対象の水素透過電流Ｊrefの経過グラフと、評価対象の水素透過電流Ｊevaの経過グラフとを示す図である。
【図５】図５は、表１中の試験番号１及び２の陰極チャージ法による水素透過試験により得られた、電位と単位時間当たりの侵入水素量（本例では水素透過電流）との関係を示す図である。
【図６】図６は、表１中の試験番号１〜３の陰極チャージ法による水素透過試験により得られた、電位と単位時間当たりの侵入水素量（本例では水素透過電流）との関係を示す図である。
【図７】図７は、基準対象及び評価対象の陰極チャージ法による水素透過試験により得られた、電位と単位時間当たりの侵入水素量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは、鋼材又は環境の因子の変化による単位時間当たりの最大の侵入水素量への影響を、短時間で評価できる方法を検討した。
【００１７】
始めに、本発明者らは、鋼材又は環境の因子の一例として、鋼材の化学組成を変化させた場合の、単位時間当たりの最大の侵入水素量への影響を調査した。具体的には、表１に示す化学組成を有する鋼材（試験番号１及び試験番号２）を準備した。鋼材の形状は板状（すなわち鋼板）とした。
【００１８】
【表１】
2020169870.tif 000003
【００１９】
本例では、因子の一例として、鋼材の化学組成中のＣｏ含有量を変化させた。具体的には、表１に示す試験番号１の鋼材は、Ｃｏを含有しなかった。試験番号１の鋼材を「基準鋼材」と定義した。試験番号２の鋼材は、Ｃｏを３．０％含有した。試験番号２の鋼材を「評価対象鋼材」と定義した。つまり、本例では、Ｃｏを因子として、Ｃｏ含有による鋼材の耐水素脆化特性を評価した。
【００２０】
各試験番号の鋼材の板厚中央位置から試験片を採取した。試験片は、厚さが１ｍｍであって、直径が２５ｍｍの円板状とした。図３に示す水素透過試験装置１０を準備した。試験片１１を水素侵入側セル２０と、水素検出側セル３０との間に挟み、固定した。５．０質量％のＮａＣｌと０．５質量％のＣＨ3ＣＯＯＨとの混合水溶液であってｐＨを２．７に調整した試験液を準備した。水素侵入側セル２０に、試験液を充填して、高純度のＡｒで１時間以上脱気した。脱気後、試験ガス供給装置２２から、試験ガス（１ｂａｒのＨ2Ｓガス）を３０分以上通気し、飽和させた。試験時の１ｂａｒのＨ2Ｓが飽和した試験液を常温（たとえば、２５±３℃）に保持し、水素侵入側セル２０を密閉状態とした。この状態での試験液を、基準試験液２１とした。つまり、本実施例では、試験番号１の基準鋼材と、基準試験液２１とで構成される基準対象と、化学組成中のＣｏ含有量を変更した評価対象鋼材と、因子を変更しない基準試験液２１とで構成される評価対象とを準備した。
【００２１】
水素侵入側セル２０の対極ＣＥを白金とし、参照電極ＲＥを飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極とした。また、水素検出側セル３０に、０．１Ｎ（０．１規定）のＮａＯＨ水溶液３１を充填した。水素検出側セル３０の対極ＣＥを白金とし、参照電極ＲＥを飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極とした。なお、試験片１１において、基準試験液２１と接触している面積を、試験面積と定義した。試験面積は２．３ｃｍ2であった。
【００２２】
試験片１１を自然浸漬中に自発的に進行する腐食反応により、試験片１１の表面のうち、水素侵入側セル２０側の表面に水素を発生させた。発生した水素の一部は、水素原子として試験片１１を透過して、水素検出側セル３０内で水素イオンに酸化されるため、このときの酸化電流値をポテンショスタッド４０で測定した。水素検出側セル３０では、試験片１１を参照電極（飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極）ＲＥに対して＋０．１４８Ｖに定電位保持して、透過した水素元素を水素イオンに酸化した。測定された酸化電流値を試験面積（２．３ｃｍ2）で除して、単位時間当たりの侵入水素量の指標である、水素透過電流Ｊ（μＡ／ｃｍ2）を求めた。なお、試験の間、基準試験液２１に試験ガス供給装置２２から試験ガス（１ｂａｒのＨ2Ｓガス）を１０ｍＬ／分程度の流量で通気して、飽和を維持した。試験開始からの水素透過電流Ｊを経時的に測定し、図４に示す水素透過係数の経時グラフを作成した。試験開始から９６時間経過後、試験を終了した。
【００２３】
基準対象、及び、評価対象に対して、上述の自然浸漬法による水素透過試験を実施して、基準対象の水素透過電流Ｊrefの経過グラフと、評価対象の水素透過電流Ｊevaの経過グラフとを求めた。
【００２４】
図４は、実施例により得られた、基準対象の水素透過電流Ｊrefの経過グラフと、評価対象の水素透過電流Ｊevaの経過グラフとを示す図である。図４を参照して、基準対象の水素透過電流Ｊrefの経過グラフと、評価対象の水素透過電流Ｊevaの経過グラフとはともに、ピークＰref、Ｐevaを示した。基準対象のピークＰrefでの水素透過電流値ＪrefＭＡＸと、評価対象のピークＰevaでの水素透過電流値ＪevaＭＡＸとを用いて、因子として質量％で３．０％のＣｏを含有したことによる、最大侵入水素量の低減率ＳＥ０（Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（％）を次式により求めた。
ＳＥ０＝（１−ＪevaＭＡＸ／ＪrefＭＡＸ）×１００
【００２５】
その結果、質量％で３．０％のＣｏを含有することによる、侵入水素量の低減率ＳＥ０は、５３％であった。つまり、基準対象の単位時間当たりの最大の侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの最大の侵入水素量の比である、最大侵入水素量比Ｒ０は、０．４７であった。
【００２６】
さらに、基準鋼材のピークＰrefでの電位は、−０．６４７Ｖｖｓ．ＳＳＥであったのに対して、評価対象鋼材のピークＰevaでの電位は、−０．６０５Ｖｖｓ．ＳＳＥであり、質量％で３．０％のＣｏを含有することにより、鋼材の自然電位が４２ｍＶ上昇していた。つまり、Ｃｏは水素吸着反応の抑制効果を示した。
【００２７】
以上の実験結果を基準として、本発明者は、自然浸漬法以外の他の方法により、自然浸漬法よりも短時間で、最大侵入水素量比Ｒ０を求める方法について検討した。その結果、自然浸漬法に代えて、（Ｉ）陰極チャージ法を用いて、基準対象及び評価対象の単位時間当たりの侵入水素量と電位との関係を求め、さらに、（ＩＩ）基準対象及び評価対象の自然電位を求め、（Ｉ）及び（ＩＩ）で求めた結果を用いて、自然浸漬法による水素透過試験よりも短時間で、最大侵入水素量比Ｒ０を求めることができることを見出した。以下、この新知見について説明する。
【００２８】
［陰極チャージ法による水素透過試験］
上述のとおり、鋼材の単位時間当たりの最大侵入水素量は、活性期の完了時における侵入水素量に相当する。つまり、単位時間当たりの最大侵入水素量は、鋼材に腐食生成物の保護皮膜が形成されていない状態で得られる。ところで、陰極チャージ法による水素透過試験は、試験片に電位を印加し、常に水素が発生している状態で試験を実施する。つまり、陰極チャージ法は、腐食生成物の保護皮膜が生成していない鋼材の状態（活性期の状態）で、単位時間当たりの侵入水素量を求める試験である。したがって、本発明者らは、陰極チャージ法による水素透過試験の結果を用いれば、活性期の状態での試験を実施できると考えた。
【００２９】
そこで、上述の基準鋼材及び評価対象鋼材に対して、陰極チャージ法を実施して、単位時間当たりの侵入水素量と電位との関係を求めた。具体的には、次に示す陰極チャージ法による水素透過試験を実施した。図３に示す水素透過試験装置１０を用いた。試験片１１に種々の電位を印加して、試験片１１の電位を参照電極（飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極）ＲＥに対してマイナスの電位として、試験片１１の表面のうち、水素侵入側セル２０側の表面において水素を発生させた。発生した水素のうち一部が、侵入水素原子として試験片１１を透過して、水素検出側セル３０内で水素イオンに酸化された。このときの酸化電流値をポテンショスタッド４０で測定した。水素検出側セル３０では、試験片１１を参照電極（飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極）ＲＥに対して＋０．１４８Ｖに定電位保持して、透過した水素元素を水素イオンに酸化した。測定された酸化電流値を試験面積で除して、水素透過電流Ｊ（μＡ／ｃｍ2）を求めた。その他の試験条件は、上述の自然浸漬法による水素透過試験と同じとした。試験片１１に印加する電位を変化させて、複数の電位における、水素透過電流Ｊref、Ｊevaを求めた。得られたデータに基づいて、電位と、単位時間当たりの侵入水素量（本例では水素透過電流）との関係をグラフにした。
【００３０】
図５は、陰極チャージ法による水素透過試験により得られた、電位と、単位時間当たりの侵入水素量（本例では水素透過電流）との関係を示す図である。図５の横軸は試験片１１に印加した電位（Ｖ）であり、縦軸は、水素透過電流の対数値（μＡ／ｃｍ2）である。図５中の「Ｆref」は基準対象の結果を示し、「Ｆeva」は評価対象鋼材の結果を示す。
【００３１】
図５を参照して、基準対象及び評価対象ともに、水素透過電流の対数値と電位とは、直線式で示すことができた。ここで、本発明者らは、基準対象の直線式Ｆrefの傾きΔＦrefと、評価対象の直線式Ｆevaの傾きΔＦevaとに注目した。基準対象の直線式Ｆrefの傾きΔＦrefと、評価対象の直線式Ｆevaの傾きΔＦevaとは同じであり、いずれも−１．１７であった。つまり、基準対象、及び、評価対象ともに、電位に対する単位時間あたりの侵入水素量（水素透過電流）の依存性が実質的に同じであることを、本発明者らは初めて知見した。
【００３２】
そこで、本発明者らは、表１に示す試験番号３として、試験番号１の基準対象と比較して、Ｃｏ含有量を質量％で２．０％とした鋼材と、基準試験液とで構成される評価対象に対して、試験番号１の鋼材、試験番号２の鋼材と同様に、上述の陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、電位と、単位時間当たりの侵入水素量（本例では水素透過電流Ｊ）の対数値との関係を示す図を作成した。その結果、図６に示すとおり、試験番号３においても、水素透過電流の対数値と電位とは、直線式Ｆ３で示すことができ、傾きΔＦ３は−１．１７であった。つまり、試験番号１〜３において、陰極チャージ法による水素透過試験にて得られた電位と単位時間当たりの水素侵入量（本例では水素透過電流）とは直線式で示すことができ、傾きはいずれも実質的に同じであった。
【００３３】
以上の新たな重要な知見に基づいて、本発明者らは、次のとおり考えた。
【００３４】
陰極チャージ法による水素透過試験により得られる、電位に対する単位時間当たりの侵入水素量の対数値の依存性は、基準対象であっても、基準対象と異なる因子を含む評価対象であっても、同じである。
【００３５】
ところで、上述のとおり、活性期における単位時間当たりの侵入水素量は、水素の吸着反応（アプローチＢ）と、水素の侵入（アプローチＣ）とが影響する。水素吸着反応（アプローチＢ）では、自然電位が影響する。つまり、基準対象と評価対象との自然電位の変化量に伴う、単位時間当たりの侵入水素量の変化量が、水素吸着反応（電位）に起因した単位時間当たりの侵入水素量の低減率ＳＥ２と考えられる。
【００３６】
一方、水素の侵入（アプローチＣ）では、上述のとおり、水素侵入効率が影響する。つまり、水素侵入に関しては、電位は影響しない。そこで、本発明者らは、図５のグラフに注目した。上述のとおり、基準対象（試験番号１）、及び、評価対象（試験番号２）ともに、電位に対する単位時間あたりの侵入水素量（水素透過電流）の依存性は実質的に同じである。つまり、基準対象の直線式Ｆrefは、質量％で３．０％のＣｏを含有することにより、図５のグラフにおいて、傾きが同じまま、平行に下方に移動している（直線式Ｆevaになる）ことを意味する。本発明者らは、この下方への平行移動量こそが、水素侵入効率に起因する、単位時間当たりの侵入水素量の低減率ＳＥ１を示すと考えた。
【００３７】
そこで、図５において、任意の同一電位における基準対象の水素透過電流の対数値と、評価対象鋼材の水素透過電流の対数値との差分値ΔＺを求めた。その結果、差分値ｌｏｇΔＺは、０．２８μＡ／ｃｍ2であった。
【００３８】
ここで、アプローチＣに影響する基準鋼材の水素透過電流をＪ１ref（μＡ／ｃｍ2）と定義し、アプローチＣに影響する評価対象鋼材の水素透過電流をＪ１eva（μＡ／ｃｍ2）と定義する。この場合、次の式が成立する。
ｌｏｇ（Ｊ１ref）−ｌｏｇ（Ｊ１eva）＝ΔＺ
ｌｏｇ（Ｊ１ref／Ｊ１eva）＝ΔＺ
ｌｏｇ（Ｊ１ref／Ｊ１eva）＝０．２８
水素侵入効率に起因した、基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１は、次式で示される。
Ｒ１＝Ｊ１eva／Ｊ１ref＝１／１０0.28＝０．５２
【００３９】
したがって、水素侵入抑制効果（アプローチＣ）による単位時間当たりの侵入水素量の低減率ＳＥ１は次式で示すことができる。
ＳＥ１＝（１−Ｒ１）×１００＝４８％
【００４０】
したがって、試験番号１の基準対象に対して、因子として質量％で３．０％のＣｏを含有した鋼材を評価対象とした場合、水素侵入抑制効果（アプローチＣ）による単位時間当たりの侵入水素量の低減率ＳＥ１は４８％と考えた。つまり、基準対象に対して因子として質量％で３％のＣｏを含有した評価対象では、水素侵入抑制効果（アプローチＣ）により、単位時間当たりの侵入水素量が４８％抑制されたと考えた。
【００４１】
一方、上述の通り、単位時間当たりの最大侵入水素量は、水素の侵入（アプローチＣ）だけでなく、水素吸着反応（アプローチＢ）も影響する。ところで、図５に示すとおり、活性期においては、電位に対する単位時間当たりの侵入水素量の対数値の依存性は、基準対象であっても、評価対象であっても、同じである。そこで、本発明者らは、基準対象の自然電位と、評価対象の自然電位とを求め、基準対象の自然電位と、評価対象の自然電位との差分値ΔＥ（Ｖ）が得られれば、陰極チャージ法による透過水素試験により得られた、電位と単位時間当たりの侵入水素量の対数値とによる直線式Ｆref又はＦevaの傾きΔＦ（ΔＦはΔＦref又はΔＦeva）を用いて、次式により、基準対象の単位時間当たりの最大の侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求めることができると考えた。
ｌｏｇ（Ｊ２ref）−ｌｏｇ（Ｊ２eva）＝ΔＦ×ΔＥ
ここで、Ｊ２refは、水素吸着反応（電位）に起因する基準対象の単位時間当たりの侵入水素量（本例では水素透過電流）を意味し、Ｊ２evaは、水素吸着反応（電位）に起因する単位時間当たりの評価対象の侵入水素量（本例では水素透過電流）を意味する。
【００４２】
上述のとおり、自然浸漬法で得られた、ピークＰrefでの基準鋼材の自然電位と、ピークＰevaでの評価対象自然電位との差分値ΔＥは、４２ｍＶである。そこで、これを上記式に当てはめると、次のとおりとなる。
ｌｏｇ（Ｊ２ref）−ｌｏｇ（Ｊ２eva）＝１．１７×０．０４２
ｌｏｇ（Ｊ２ref／Ｊ２eva）＝０．０４９
Ｒ２＝Ｊ２eva／Ｊ２ref＝１／１０0.049＝０．８９
【００４３】
したがって、水素吸着反応（アプローチＢ）による単位時間当たりの侵入水素量の低減率ＳＥ２は次式で示すことができる。
ＳＥ２＝（１−Ｒ２）×１００＝１１（％）
【００４４】
したがって、試験番号１の基準対象に対して、因子として質量％で３．０％のＣｏを含有した鋼材を評価対象とした場合、水素吸着反応（電位：アプローチＢ）による単位時間当たりの侵入水素量の低減率ＳＥ２は１１％と本発明者らは考えた。つまり、基準対象に対して因子として質量％で３．０％のＣｏを含有した評価対象では、水素吸着反応（電位：アプローチＢ）により、単位時間当たりの侵入水素量が１１％抑制されたと考えた。
【００４５】
水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１と、電位起因の侵入水素量比Ｒ２との乗算値を、基準対象の単位時間当たりの最大の侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの最大の侵入水素量の割合である、最大侵入水素量比Ｒ０とみなす。つまり、最大侵入水素量比Ｒ０は次式で示される。
Ｒ０＝Ｒ１×Ｒ２＝０．５２×０．８９＝０．４６
【００４６】
最大侵入水素量比Ｒ０により、基準対象から因子を変更した評価対象により得られる耐水素脆化特性の効果を評価することができる。たとえば、次式により、評価対象による最大侵入水素量の低減率ＳＥ０（％）を求めることができる。
最大侵入水素量の低減率ＳＥ０＝（１−Ｒ０）×１００＝（１−Ｒ１×Ｒ２）×１００
【００４７】
上記実施例の場合、最大侵入水素量の低減率ＳＥ０は、次のとおりである。
ＳＥ０＝（１−Ｒ０）×１００＝５４（％）
したがって、試験番号１の基準対象に対して、因子として質量％で３．０％のＣｏを含有した鋼材を評価対象とした場合、単位時間当たりの最大侵入水素量が５４％抑制されたと本発明者らは考えた。
【００４８】
ここで、図４に示す自然浸漬法により得られた、基準対象のピークＰrefでの最大水素透過電流ＪrefＭＡＸは７．７２μＡ／ｃｍ2であり、評価対象鋼材のピークＰevaでの最大水素透過電流ＪevaＭＡＸは３．６３μＡ／ｃｍ2であった。したがって、自然浸漬法による水素透過試験により得られた、単位時間当たりの最大侵入水素量の低減率ＳＥ０は、次のとおりとなった。
ＳＥ０＝（１−３．６３／７．７２）×１００＝５３（％）
【００４９】
図５に示す陰極チャージ法及び自然電位を用いて算出した、単位時間当たりの最大侵入水素量の低減率ＳＥ０（＝５４％）と、図４に示す自然浸漬法により得られた、単位時間当たりの最大侵入水素量の低減率ＳＥ０（＝５３％）とは、実質同一であった。つまり、陰極チャージ法による水素透過試験により、基準対象と評価対象との電位と単位時間当たりの侵入水素量との直線式を求め、かつ、基準対象と評価対象との自然電位差を求めれば、自然浸漬法による水素透過試験により単位時間当たりの最大侵入水素量（たとえば水素透過電流）を求めなくても、基準対象に対する評価対象の最大侵入水素量比Ｒ０を求めることにより、基準対象に対する評価対象の耐水素脆化特性を評価することができることがわかった。
【００５０】
上述のとおり、陰極チャージ法による水素透過試験時間は、自然浸漬法による水素透過試験において、単位時間当たりの侵入水素量（たとえば水素透過電流）の最大値を得るまでに掛かる時間よりもはるかに短い。さらに、基準対象と評価対象の自然電位は、鋼材と参照電極とを試験液に浸漬して１０分程度で得ることができる。つまり、自然電位の測定時間も、自然浸漬法による水素透過試験において単位時間当たりの侵入水素量（たとえば水素透過電流）の最大値を得るまでに掛かる時間よりもはるかに短い。したがって、本実施形態の鋼材の耐水素脆化特性の評価方法は、従来よりも短時間で、基準対象の単位時間当たりの最大侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの最大侵入水素量の割合（最大侵入水素量比Ｒ０）を求めることができ、基準対象に対する評価対象の耐水素脆化特性を短時間で評価することができる。
【００５１】
以上の知見による、本実施形態の鋼材の耐水素脆化特性の評価方法は、次の構成を有する。
［１］の耐水素脆化特性の評価方法は、
基準鋼材及び基準試験液で構成される基準対象を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記基準対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る基準対象陰極チャージ工程と、
前記基準鋼材を構成する因子、又は、前記基準試験液を構成する因子を変更した評価対象を用いて、前記陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る評価対象陰極チャージ工程と、
前記基準対象での自然電位と、前記評価対象での自然電位とを求める自然電位測定工程と、
前記基準対象における直線式と前記評価対象における直線式とにおいて、同一電位での単位時間当たりの侵入水素量の対数値の差分値が、水素侵入効率に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値と前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値との差分値に等しいとみなして、前記水素侵入効率に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１を求める水素侵入効率起因侵入水素量比決定工程と、
前記基準対象又は前記評価対象における直線式の傾き、及び、前記基準対象での自然電位と前記評価対象での自然電位との差分値の乗算値が、電位に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値と前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の対数値との差分値に等しいとみなして、前記電位に起因した、前記基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める電位起因侵入水素量比決定工程と、
前記水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１と、前記電位起因の侵入水素量比Ｒ２との乗算値を、前記基準対象の単位時間当たりの最大の前記侵入水素量に対する、前記評価対象の単位時間当たりの最大侵入水素量の割合である、最大侵入水素量比Ｒ０とみなす、最大侵入水素量比決定工程とを備える。
【００５２】
［２］の耐水素脆化特性の評価方法は、［１］に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記評価対象陰極チャージ工程では、
前記基準鋼材を構成する因子を変更し、前記基準試験液の因子を変更しない前記評価対象を用いて、前記陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る。
【００５３】
［３］の耐水素脆化特性の評価方法は、［１］又は［２］に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記評価対象陰極チャージ工程では、
前記鋼材の化学組成を因子として変更した前記評価対象を用いて、前記陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、前記評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る。
【００５４】
［４］の耐水素脆化特性の評価方法は、［１］〜［３］のいずれか１項に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記電位起因侵入水素量比決定工程では、
前記基準対象における直線式の傾きと、前記評価対象における直線式の傾きとの差が所定値以下の場合、前記電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める。
【００５５】
［５］の耐水素脆化特性の評価方法は、［４］に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記電位起因侵入水素量比決定工程では、
前記基準対象における直線式の傾きと、前記評価対象における直線式の傾きとの差が０．５以下の場合、前記電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める。
【００５６】
［６］の耐水素脆化特性の評価方法は、［１］〜［５］のいずれか１項に記載の耐水素脆化特性の評価方法であって、
前記基準鋼材及び前記基準試験液で構成される前記基準対象を用いて、自然浸漬法による水素透過試験を実施して、単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフを作成したとき、前記単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフには、ピーク値が存在する。
【００５７】
以下、本実施形態の耐水素脆化特性の評価方法について詳述する。
【００５８】
［耐水素脆化特性の評価方法のフロー］
本実施形態の耐水素脆化特性の評価方法は、基準対象陰極チャージ工程Ｓ１と、評価対象陰極チャージ工程Ｓ２と、自然電位測定工程Ｓ３と、水素侵入効率起因侵入水素量比決定工程Ｓ４と、電位起因侵入水素量比決定工程Ｓ５と、最大侵入水素量比決定工程Ｓ６とを備える。以下、各工程について詳述する。
【００５９】
［基準対象陰極チャージ工程Ｓ１］
基準対象陰極チャージ工程Ｓ１では、基準鋼材及び基準試験液で構成される基準対象を用いて陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、基準対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る。
【００６０】
［基準鋼材について］
基準鋼材は、特に限定されない。好ましくは、耐水素脆化特性が求められる用途に用いられる鋼材を、基準鋼材に選定する。基準鋼材はたとえば、油井用途に用いられる低合金鋼材であってもよいし、自動車部品用途に用いられる機械構造用鋼材又は低合金鋼材であってもよい。本明細書でいう低合金鋼材は、合金元素の総含有率が質量％で１５．０％以下のものを意味する。低合金鋼材における合金元素の総含有量は１３．０％以下であってもよいし、１２．０％以下であってもよいし、１０．０％以下であってもよいし、５．０％以下であってもよい。基準鋼材のミクロ組織も特に限定されない。基準鋼材のミクロ組織は、フェライト、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、オーステナイトからなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
【００６１】
［基準試験液について］
基準試験液は、特に限定されない。基準試験液はたとえば、試験ガスを飽和した試験液とする。ここで、試験液はたとえば、ＮＡＣＥ  Ａ液（５．０質量％ＮａＣｌ＋０．５質量％ＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液）である。試験ガスはたとえば、所定の分圧のＨ2Ｓである。基準試験液はたとえば、１ｂａｒのＨ2Ｓが飽和した５．０質量％ＮａＣｌ＋０．５質量％ＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液（ＮＡＣＥ  Ａ液）であってもよいし、１ｂａｒ以外の分圧のＨ2Ｓが飽和したＮＡＣＥ  Ａ液であってもよい。基準試験液はまた、ｐＨ変動の少ない緩衝溶液であってもよい。緩衝溶液はたとえば、酢酸と酢酸ナトリウムを混合した酢酸緩衝溶液である。基準試験液のｐＨ、温度は特に限定されない。また、基準試験液は、上述のＨ2Ｓ以外の他の水素侵入促進触媒を含有してもよい。水素侵入触媒はたとえば、チオシアン酸化合物、シアン化合物、ヒ素化合物、チオ硫酸化合物、セレン化合物、テルル化合物等である。
【００６２】
基準鋼材及び基準試験液で構成される基準対象を用いて、自然浸漬法による水素透過試験を実施した場合、単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフには、図２に示すような、ピーク値が存在する。つまり、基準対象を用いた自然浸漬法による水素透過試験により得られた、単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフには、活性期が存在し、単位時間当たりの侵入水素量にはピーク値（最大値）が存在する。
【００６３】
基準対象陰極チャージ工程Ｓ１では、基準鋼材及び基準試験液で構成される基準対象を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を実施する。陰極チャージ法による水素透過試験は、たとえば、次の方法で実施する。
【００６４】
図３に示す水素透過試験装置１０を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を実施する。始めに、基準鋼材から試験片１１を採取する。試験片１１のサイズは特に限定されない。試験片１１は円板状であってもよいし、板状であってもよい。図３の水素透過試験装置１０は、水素侵入側セル２０と、水素検出側セル３０とを備える。試験片１１を、水素侵入側セル２０と、水素検出側セル３０との間に挟み、基準鋼材を使用する環境を模擬した基準試験液を準備する。
【００６５】
水素侵入側セル２０内には、参照電極ＲＥ及び対極ＣＥが配置される。水素侵入側セル２０内の参照電極ＲＥは周知の電極で足りる。参照電極ＲＥはたとえば、飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極である。ただし、参照電極ＲＥは飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極以外の他の周知の電極であってもよい。水素侵入側セル２０内の対極ＣＥは周知の電極で足りる。対極ＣＥはたとえば白金である。
【００６６】
水素検出側セル３０内には、参照電極ＲＥ及び対極ＣＥが配置される。水素検出側セル３０内の参照電極ＲＥは周知の電極で足りる。参照電極ＲＥはたとえば、飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極である。ただし、参照電極ＲＥは飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極以外の他の周知の電極であってもよい。水素検出側セル３０内の対極ＣＥは周知の電極で足りる。対極ＣＥはたとえば白金である。
【００６７】
水素透過試験装置１０内の試験片１１において、基準試験液２１と接触している面積（図３でいうＡ１１の領域）を、試験面積と定義する。試験面積は特に限定されない。
【００６８】
始めに、水素検出側セル３０に、周知の電解液３１を充填する。周知の電解液３１はたとえば、０．１〜１０ＮのＮａＯＨ水溶液である。続いて、水素侵入側セル２０に、基準試験液２１を充填する。基準試験液２１が試験ガスを飽和した試験液である場合、次の方法により、基準試験液２１を水素侵入側セル２０に充填する。予め別の容器で試験液を脱気する。別の容器内で脱気した試験液に対して、試験ガスを通気して、試験ガスを試験液に飽和させる。試験ガスを飽和した試験液を、空気に触れないように、別の容器から水素侵入側セル２０に充填する。たとえば、試験ガスを飽和した試験液を収納する別の容器と、水素侵入側セル２０とを配管でつなぐ。試験ガスを飽和した試験液を、配管を通して、水素侵入側セル２０に移す。水素侵入側セル２０に試験ガスを飽和した試験液を充填した後、試験液の温度及びｐＨを調整して、水素侵入側セル２０を密閉状態とする。以上の工程により、水素侵入側セル２０内の試験液を基準試験液２１とする。
【００６９】
上記方法に代えて、次の方法により、水素侵入側セル２０に基準試験液２１を充填してもよい。試験液を水素侵入側セル２０に充填する。水素侵入側セル内の試験液を、不活性ガスで所定時間（たとえば、高純度のＡｒで１時間以上）脱気する。所定時間脱気した後、試験ガス供給装置２２から、試験ガスを所定時間通気し、飽和させる。水素侵入側セル２０に試験ガスを飽和した試験液を充填した後、試験液の温度及びｐＨを調整して、水素侵入側セル２０を密閉状態とする。以上の工程により、水素侵入側セル２０内の試験液を基準試験液２１としてもよい。
【００７０】
なお、水素透過試験装置１０は、水素侵入側セル２０及び水素検出側セル３０の周りを、温度調整用水が循環可能な構造となっている。これにより、試験中において、基準試験液２１の温度及び電解液３１の温度を所定温度に維持する。たとえば、試験中において、基準試験液２１の温度及び電解液３１の温度を常温（たとえば、２５±３℃）に維持してもよいし、常温以外の他の温度に維持してもよい。
【００７１】
以上の水素透過試験装置１０を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を次の方法で実施する。陰極チャージ法は定電流で行ってもよいし、定電位で行ってもよい。試験片１１に印加する電位は自然電位に対してより低い電位とする。この場合、試験片１１に流れる電流はマイナスの電流となる。これにより、試験片１１の表面のうち、水素侵入側セル２０側の表面において水素が発生する。発生した水素のうち一部が、侵入水素原子として試験片１１を透過して、水素検出側セル３０内で水素イオンに酸化される。このときの酸化電流値をポテンショスタッド４０で測定する。測定された酸化電流値に基づいて、単位時間当たりの侵入水素量を算出する。単位時間当たりの侵入水素量はたとえば、水素透過電流Ｊ（μＡ／ｃｍ2）として算出してもよいし、水素透過係数（μＡ／ｃｍ）として算出してもよいし、水素透過速度（ｍｏｌＨ／ｍｓ）として算出してもよい。たとえば、単位時間当たりの侵入水素量として、水素透過電流を算出する場合、測定された酸化電流値を試験面積で除して、水素透過電流Ｊ（μＡ／ｃｍ2）を求める。
【００７２】
試験片１１に印加する電位又は電流を複数回変化させて、複数の電位における、単位時間当たりの侵入水素量を求める。求めた複数の電位と、その電位での単位時間当たりの侵入水素量とに基づいて、図５に示すような、基準対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る。具体的には、複数の電位で求めた複数の単位時間当たりの侵入水素量の対数値をプロットする。複数のプロットの回帰直線を求め、求めた回帰直線を、基準対象での直線式とみなす。回帰直線は周知の方法で求めれば足りる。回帰直線はたとえば、最小二乗法で求めてもよいし、他の方法で求めてもよい。
【００７３】
以上の方法により、基準対象陰極チャージ工程では、基準鋼材及び基準試験液で構成される基準対象を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、基準対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る。
【００７４】
［評価対象陰極チャージ工程Ｓ２］
評価対象陰極チャージ工程Ｓ２では、基準鋼材を構成する因子、又は、基準試験液を構成する因子を変更した評価対象を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る。
【００７５】
［評価対象について］
本実施形態による耐水素脆化特性の評価方法は、基準対象に対して、基準対象を構成する因子を変更した場合の、耐水素脆化特性の変化を評価する。したがって、評価対象陰極チャージ工程Ｓ２では、基準鋼材を構成する因子、又は、基準試験液を構成する因子を変更したものを、評価対象とする。
【００７６】
［基準鋼材を構成する因子について］
基準鋼材を構成する因子を変更する場合、たとえば、基準鋼材の化学組成、及び／又は、ミクロ組織を変更する。因子として、基準鋼材の化学組成を変更する場合、基準鋼材の化学組成に含まれる元素は変更せずに、元素の含有量を変更することにより、化学組成を変更してもよい。また、基準鋼材の化学組成に含まれていない元素を含有することにより、化学組成を変更してもよい。因子として、基準鋼材のミクロ組織を変更する場合、フェライト、パーライト、オーステナイト、ベイナイト、マルテンサイト等の相の割合を変更又は追加してもよいし、析出物や介在物を変更又は追加してもよい。
【００７７】
基準試験液の因子を変更する場合、たとえば、基準試験液の種類、ｐＨ、温度、基準試験液に含有させる水素侵入促進触媒、からなる群から選択される１種又は２種以上を変更又は追加する。
【００７８】
基準試験液の因子として、試験液の種類を、たとえば、ＮＡＣＥ  Ａ液、酢酸緩衝溶液等に変更してもよい。基準試験液の因子として、ｐＨをたとえば、１〜１２の範囲で変更してもよい。基準試験液の因子として、温度をたとえば、４〜８０℃の範囲で変更してもよい。基準試験液の因子として、水素侵入促進触媒である硫化水素、チオシアン酸化合物、シアン化合物、ヒ素化合物、チオ硫酸化合物、セレン化合物、テルル化合物からなる群から選択される１種以上を追加又は変更してもよい。
【００７９】
基準鋼材を構成する因子、又は、基準試験液を構成する因子を変更した評価対象を選択する。そして、評価対象を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る。評価対象を用いた陰極チャージ法による水素透過試験は、基準対象陰極チャージ工程Ｓ１で実施する陰極チャージ法による水素透過試験と同じ方法で実施すればよい。基準鋼材を構成する因子を変更し、基準試験液を構成する因子を変更せずに、評価対象としてもよい。また、基準鋼材の化学組成を変更し、基準試験液を構成する因子を変更せずに、評価対象としてもよい。
【００８０】
評価対象陰極チャージ工程Ｓ２でも、陰極チャージ法による水素透過試験において、試験片１１に印加する電位を複数回変化させて、複数の電位における、単位時間当たりの侵入水素量を求める。求めた複数の電位と、その電位での単位時間当たりの侵入水素量とに基づいて、図５に示すような、評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る。具体的には、複数の電位で求めた複数の単位時間当たりの侵入水素量の対数値をプロットする。複数のプロットの回帰直線を求め、求めた回帰直線を、基準対象での直線式とみなす。回帰直線は周知の方法で求めれば足りる。回帰直線はたとえば、最小二乗法で求めてもよいし、他の方法で求めてもよい。
【００８１】
以上の方法により、評価対象陰極チャージ工程Ｓ２では、基準鋼材を構成する因子、又は、基準試験液を構成する因子を変更した評価対象を用いて、陰極チャージ法による水素透過試験を実施して、評価対象における、単位時間当たりの侵入水素量の対数値と、電位との直線式を得る。
【００８２】
［自然電位測定工程Ｓ３］
自然電位測定工程Ｓ３では、基準対象での自然電位と、評価対象での自然電位とを求める。自然電位は周知の方法で求めればよい。たとえば、自然電位は、次の方法で求める。基準試験液に基準鋼材と参照電極とを浸漬して、基準対象の自然電位を求める。また、評価対象の試験液に、評価対象の鋼材と、参照電極とを浸漬して、評価対象の自然電位を求める。
【００８３】
評価対象の自然電位の測定に使用する参照電極は、基準対象の自然電位の測定に使用する参照電極と同じ種類であるのが好ましい。しかしながら、異なる種類の参照電極（たとえば、飽和カロメル電極等）を用いる場合、評価対象の自然電位の測定に使用する参照電極と、基準対象の自然電位の測定に使用する参照電極との電位差を求めて補正すればよい。
【００８４】
なお、評価対象の自然電位を測定する場合の鋼材の試験液への浸漬時間は、基準対象の自然電位を測定する場合の鋼材の試験液への浸漬時間と同じにする。基準対象及び評価対象の自然電位は、鋼材を試験液に浸漬してから数分で求めることができる。
【００８５】
［水素侵入効率起因侵入水素量比決定工程Ｓ４］
水素侵入効率起因侵入水素量比決定工程Ｓ４では、活性期における水素侵入効率に起因した、基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の割合である、水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１を求める。具体的には、次の方法により水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１を求める。
【００８６】
図７を参照して、Ｆrefは、基準対象陰極チャージ工程Ｓ１で得られた直線式であり、Ｆevaは、評価対象陰極チャージ工程Ｓ２で得られた直線式である。上述のとおり、基準対象が、自然浸漬法により得られる単位時間当たりの侵入水素量の経過グラフにおいてピーク値を有する場合、直線式Ｆrefの傾きΔＦrefと、直線式Ｆevaの傾きΔＦevaは実質的に同じである。つまり、直線式Ｆrefと直線式Ｆevaとは、実質的に平行である。
【００８７】
要するに、直線式Ｆref及びＦevaは、電位に対する単位時間あたりの侵入水素量の依存性が実質的に同じである。つまり、基準対象の直線式Ｆrefは、基準対象の因子を変更することにより、図７のグラフにおいて、傾きが同じまま、平行に下方に移動して直線式Ｆevaとなったことを意味する。この下方への平行移動量は、水素侵入効率に起因した、単位時間当たりの侵入水素量の抑制量に相当する。
【００８８】
そこで、水素侵入効率起因侵入水素量比決定工程Ｓ４では、次の算出方法により、水素侵入効率に起因した、基準対象の単位時間当たりの侵入水素量に対する評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の比である、水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１を求める。
【００８９】
直線式Ｆref及び直線式Ｆevaにおいて、同一電位での単位時間当たりの侵入水素量の対数値の差分値ΔＺを求める。同一電位での差分値ΔＺであれば、電位値は特に限定されない。上述のとおり、直線式Ｆrefと直線式Ｆevaとは実質的に平行であるため、差分値ΔＺを求める電位値は任意でよい。得られた差分値ΔＺに基づいて、次の式により、水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１を求める。ここで、水素侵入効率に起因した、基準対象での単位時間当たりの侵入水素量をＪ１refとし、評価対象での単位時間当たりの侵入水素量をＪ１evaと定義する。
ｌｏｇ（Ｊ１ref）−ｌｏｇ（Ｊ１eva）＝ΔＺ
ｌｏｇ（Ｊ１ref／Ｊ１eva）＝ΔＺ
Ｒ１＝Ｊ１eva／Ｊ１ref＝１／１０ΔZ
なお、水素侵入効率に起因した、単位時間当たりの侵入水素量の低減率ＳＥ１（％）は、次式で求めることができる。
ＳＥ１＝（１−Ｒ１）×１００
【００９０】
［電位起因侵入水素量比決定工程Ｓ５］
電位起因侵入水素量比決定工程Ｓ５では、次の方法により、電位（水素吸着反応）に起因した、基準対象の単位時間当たりの最大の侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの侵入水素量の比である、電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める。
【００９１】
始めに、自然電位測定工程Ｓ３により得た基準対象の自然電位と、評価対象の自然電位との差分値ΔＥを求める。
ΔＥ＝基準対象の自然電位−評価対象の自然電位
【００９２】
図７に示すとおり、活性期においては、電位に対する単位時間当たりの侵入水素量の対数値の依存性は、基準対象も、評価対象も、同じである。つまり、直線式Ｆrefの傾きΔＦrefと、直線式Ｆevaの傾きΔＦevaとは実質的に等しい。そこで、傾きΔＦref又は傾きΔＦeva（以下、総称してΔＦという）と、ΔＥとを用いて、次式により、電位起因の侵入水素量比Ｒ２を求める。ここで、電位（水素吸着反応）に起因した、基準対象での単位時間当たりの侵入水素量をＪ２refとし、評価対象での単位時間当たりの侵入水素量をＪ２evaと定義する。
ｌｏｇ（Ｊ２ref）−ｌｏｇ（Ｊ２eva）＝ΔＦ×ΔＥ
ｌｏｇ（Ｊ２ref／Ｊ２eva）＝ΔＦ×ΔＥ
Ｒ２＝Ｊ２eva／Ｊ２ref＝１／１０ΔF×ΔE
なお、電位（水素吸着反応）に起因した、単位時間当たりの侵入水素量の低減率ＳＥ２（％）は、次式で求めることができる。
ＳＥ２＝（１−Ｒ２）×１００
【００９３】
［最大侵入水素量比決定工程Ｓ６］
最大侵入水素量比決定工程Ｓ６では、基準対象から因子を変更した評価対象により得られる耐水素脆化特性の効果の指標として、基準対象の単位時間当たりの最大の侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの最大の侵入水素量の比である、最大侵入水素量比Ｒ０を次式により求める。
Ｒ０＝Ｒ１×Ｒ２
つまり、水素侵入効率起因の侵入水素量比Ｒ１と、電位起因の侵入水素量比Ｒ２との乗算値を、基準対象の単位時間当たりの最大侵入水素量に対する、評価対象の単位時間当たりの最大侵入水素量の比とみなす。
【００９４】
最大侵入水素量比Ｒ０により、基準対象から因子を変更した評価対象により得られる耐水素脆化特性の効果を評価することができる。たとえば、次式により、評価対象による最大侵入水素量の低減率ＳＥ０（％）を求めることができる。
最大侵入水素量の低減率ＳＥ０＝（１−Ｒ０）×１００＝（１−Ｒ１×Ｒ２）×１００
【００９５】
以上の工程により、本実施形態の耐水素脆化特性の評価方法では、自然浸漬法により活性期の最大の侵入水素量を測定しなくても、陰極チャージ法による水素透過試験により基準対象及び評価対象の単位時間当たりの侵入水素量と電位との直線式を求め、さらに、基準対象及び評価対象の自然電位を求めることにより、基準対象から因子を変更した評価対象により得られる耐水素脆化特性の効果を評価することができる。陰極チャージ法による水素透過試験に掛かる時間と、自然電位を求める試験に掛かる時間とは、自然浸漬法により活性期の最大の侵入水素量を求める時間よりもはるかに短い。そのため、本実施形態の耐水素脆化特性の評価方法を用いれば、基準対象から因子を変更した評価対象により得られる耐水素脆化特性の効果を、短時間で評価できる。
【００９６】
なお、基準対象陰極チャージ工程Ｓ１により得られた直線式Ｆrefの傾きΔＦrefと、評価対象陰極チャージ工程Ｓ２により得られた直線式Ｆevaの傾きΔＦevaとの差分が０となるのが理想である。しかしながら、直線式Ｆref及び直線式Ｆevaは回帰直線であるため、傾きΔＦrefと傾きΔＦevaとの差が生じる場合もある。そこで、好ましくは、傾きΔＦrefと傾きΔＦevaとの差分値が所定値以下の場合、水素侵入効率起因侵入水素量比決定工程Ｓ４と、電位起因侵入水素量比決定工程Ｓ５とを実行する。この場合、最大の水素侵入量の誤差が小さくなり、基準対象から因子を変更した評価対象により得られる耐水素脆化特性の効果を、精度よく評価できる。
【００９７】
さらに好ましくは、傾きΔＦrefと傾きΔＦevaとの差分値が０．５以下の場合に、水素侵入効率起因侵入水素量比決定工程Ｓ４と、電位起因侵入水素量比決定工程Ｓ５とを実行する。この場合、最大の水素侵入量の誤差が５％未満となり、基準対象から因子を変更した評価対象により得られる耐水素脆化特性の効果を、精度よく評価できる。
【００９８】
上述の実施の形態では、評価対象の因子として、基準鋼材を構成する因子、又は、基準試験液を構成する因子を変更する。好ましくは、基準試験液の因子を変更せず、基準鋼材を構成する因子を変更した評価対象とする。この場合、基本鋼材の因子の変更に伴う耐水素脆化特性の効果を評価することができる。さらに好ましくは、基本鋼材の因子として、化学組成を変更する。
【００９９】
以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１  鋼材
１０  水素透過試験装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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