(57)【要約】【課題】低合金鋳鋼のアルカリ環境割れを短期間、かつ簡易的に評価することが可能な低合金鋳鋼の割れの評価方法を提供すること。【解決手段】アルカリ環境下における低合金鋳鋼の割れ評価方法であって、アルカリ環境下にて１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測する計測工程と、該計測されたアノード分極曲線の活性溶解状態と不働態化状態との境界に存在する遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて、低合金鋳鋼の割れを評価する評価工程とからなることを特徴とする。【選択図】図１
2010271249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ環境下における低合金鋳鋼の割れ評価方法であって、
アルカリ環境下にて１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測する計測工程と、
当該計測されたアノード分極曲線の活性溶解状態と不働態化状態との境界に存在する遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて、低合金鋳鋼の割れを評価する評価工程と、
からなることを特徴とする低合金鋳鋼の割れ評価方法。
【請求項２】
前記評価工程は、前記遷移電位領域における第２ピークの出現挙動に基づいて低合金鋳鋼の割れを評価することを特徴とする請求項１に記載の低合金鋳鋼の割れ評価方法。
【請求項３】
前記評価工程は、前記遷移電位領域における第２ピークの出現挙動と、低合金鋳鋼の割れがないおける第２ピークの出現挙動とを比較することで低合金鋳鋼の割れを評価することを特徴とする請求項２に記載の低合金鋳鋼の割れ評価方法。
【請求項４】
アルカリ環境下における低合金鋳鋼の割れ評価装置であって、
アルカリ環境下にて１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測する計測手段と、
前記アノード分極曲線の活性溶解状態と不働態化状態との境界に存在する遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて、低合金鋳鋼の割れの有無を判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする低合金鋳鋼の割れ評価装置。
【請求項５】
前記判断手段は、前記遷移電位領域における第２ピークの出現挙動に基づいて低合金鋳鋼の割れの有無を判断することを特徴とする請求項４に記載の低合金鋳鋼の割れ評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低合金鋳鋼の割れ評価方法に関し、特には、アルカリ環境下において生ずる低合金鋳鋼の割れを簡易的に評価することが可能な低合金鋳鋼の割れ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、低合金鋳鋼はアルカリ環境下において割れを発生することが知られており、低合金鋳鋼を基材として使用する装置を設計・製造する場合には、装置が実際に使用される環境におけるアルカリ割れのリスクを事前に把握することが求められている。これに鑑み、近年において、非特許文献１に開示がされているように炭素鋼やＳＵＳ３０４などの代表的な鋼種のアルカリ環境下における割れデータを参照して、アルカリ割れのリスクを評価する方法や、実際の環境や模擬環境において低合金鋳鋼の浸漬試験を行い、当該試験結果に基づいてアルカリ割れのリスクを評価する方法が行われている。この方法によれば、実際に用いられる鋼種が炭素鋼やＳＵＳ３０４などの代表的な鋼種であればアルカリ環境割れのリスクをある程度評価することができる。
【０００３】
また、アルカリ環境下における割れは、表面の電気化学状態に大きな影響を受け、割れ感受性を示す表面電位域が活性溶解状態と不働態化状態との遷移電位領域にあることが知られている。そこで、表面電位を測定し、割れ感受性の高い電位領域と比較することでアルカリ割れのリスクを評価する方法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】大久保勝男ら  化学工学  社団法人化学工学会  １９７６年  ｖｏｌ．４０  Ｐ５７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１には、代表的な鋼種の割れデータが開示されているものの、全ての鋼種（低合金鋳鋼）に関する割れデータは開示されておらず、割れデータが開示されていない鋼種を用いる場合にはアルカリ環境割れのリスクを評価することができない。さらに、実際に用いられる低合金鋳鋼の環境は多種多様であるのに対し、開示されているデータはあくまでも代表的な環境における評価データであり実際に使用される環境全てを網羅するものではないことから、当該開示されたデータに基づいて行われるアルカリ環境割れのリスク評価は推測の域をでない。
【０００６】
また、実際に用いられる環境において浸漬試験を行って低合金鋳鋼の割れを評価した場合には、ある程度アルカリ環境割れのリスクを評価することができるものの、アルカリ環境割れという現象は浸漬試験などの簡単な手法では非常に再現の難しい現象であり、割れがあった場合でも試験方法によっては誤った評価をしてしまう可能性がある。ここで再現性を高めるためには、浸漬時間を長くすることなどが考えられるが、どの程度まで浸漬時間を長くすれば再現性の高い評価を得られることができるかについての指標がなく、また、種々の理由で評価に時間的な制約を受ける場合が多く、長期的な試験の実施は困難であるという問題があった。
【０００７】
また、表面電位で割れを評価する方法を用いた場合であっても、表面電位はあくまでも試験中の表面の状態を示した指標にすぎないことから実際の割れ発生を評価する方法としては確実性に欠ける。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本願発明は、アルカリ環境下における低合金鋳鋼の割れ評価方法であって、アルカリ環境下にて１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測する計測工程と、計測されたアノード分極曲線の活性溶解状態と不働態化状態との境界に存在する遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて、低合金鋳鋼の割れを評価する評価工程とからなることを特徴とする。
【０００９】
また、前記評価工程は、前記遷移電位領域における第２ピークの出現挙動に基づいて低合金鋳鋼の割れを評価することとしてもよく、前記遷移電位領域における第２ピークの出現挙動と、低合金鋳鋼の割れがない場合における第２ピークの出現挙動とを比較することで低合金鋳鋼の割れを評価することとしてもよい。
【００１０】
また、上記課題を解決するための本願発明は、アルカリ環境下における低合金鋳鋼の割れ評価装置であって、アルカリ環境下にて１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測する計測手段と、前記アノード分極曲線の活性溶解状態と不働態化状態との境界に存在する遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて、低合金鋳鋼の割れの有無を判断する判断手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記判断手段は、前記遷移電位領域における第２ピークの出現挙動に基づいて低合金鋳鋼の割れの有無を判断することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低合金鋳鋼のアルカリ環境割れを短期間、かつ簡易的に評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のアルカリ環境下における低合金鋳鋼の割れ評価方法における低合金鋳鋼のアノード分極曲線の模式図である。
【図２】本発明の実施例における割れ評価装置の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施例におけるアノード分極曲線の計測結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例における浸漬を行うための装置に用いられるＵベンド試験片を示す図である。
【図５】本発明の実施例における浸漬を行うための装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まずはじめに、本願発明のアルカリ環境下における低合金鋳鋼の評価方法について図１を用いて具体的に説明する。なお図１（ａ）は、電位スイープ速度が１ｍＶ／ｓ以上で計測された低合金鋳鋼のアノード分極曲線の模式図であり、図１（ｂ）は、電位スイープ速度が１ｍＶ／ｓ未満で計測された低合金鋳鋼のアノード分極曲線の模式図である。
【００１５】
本願発明は、アルカリ環境下にて１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測する計測工程と、当該計測されたアノード分極曲線の活性溶解状態と不働態化状態との境界に存在する遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて、低合金鋳鋼の割れを評価する評価工程とを有する点に特徴を有する。
【００１６】
本発明のアルカリ環境下における低合金鋳鋼の評価方法は、この要件を具備するものであれば特に限定されるものではない。具体的には、本発明のアルカリ環境下における低合金鋳鋼の評価方法は、低合金鋳鋼の種別にかかわらずいかなる低合金鋳鋼であっても好適にアルカリ環境下の割れのリスクを短期間、かつ簡便に評価することができる。
【００１７】
以下、本願発明のアルカリ環境下における低合金鋳鋼の割れ評価方法の各工程について説明する。
【００１８】
（計測工程）
計測工程は、アルカリ環境下にて１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測する工程である。
【００１９】
ここで、電位スイープ速度とアノード分極曲線の遷移電位領域において出現するピークとの関係について説明する。低合金鋳鋼のアルカリ環境割れは、低合金鋳鋼表面の電気化学状態に大きな影響を受け、アルカリ環境割れの指標となるピークは電流により金属が金属イオンとなって激しく溶解する状態である活性溶解状態と、金属表面に不活性な皮膜が形成し、電流が僅かな金属の溶出と不活性皮膜の破壊と再形成に消費されている状態であり、腐食が著しく抑制されている状態である不働態化状態との境界に存在する遷移電位領域に存在し、遷移電位領域には、図１（ａ）に示すように、アノード分極曲線における活性溶解状態と不働態化状態との境界に存在する遷移電位領域においては、種々のピークが存在する（図１（ａ）に示す場合にあっては、第１ピークと第２ピーク）。
【００２０】
後述するように遷移電位領域に出現する種々のピークの中でも、第２ピークは低合金鋳鋼のアルカリ環境割れの評価の指標となるピークであり、遷移電位領域におけるピークの出現挙動、具体的には第２ピークの出現挙動に基づいてアルカリ環境割れを評価することができる。
【００２１】
なお、第２ピークは電位スイープ速度に影響を受け、第２ピークが出現する環境下で計測を行った場合であっても、電位スイープ速度が１ｍＶ／ｓ未満である場合には図１（ｂ）に示すように第２ピークが出現しない。したがって、計測工程においては、アノード分極曲線の計測を行う際の電位スイープ速度が１ｍＶ／ｓ以上であることを必須の条件とする。
【００２２】
電位スイープ速度が１ｍＶ／ｓ以上の条件で計測を行うことで、第２ピークが出現する環境下である場合には図１（ａ）に示すように確実に第２ピークを出現させることが可能となる。なお、これは不働態へ遷移する電位領域で１ｍＶ／ｓ以上の速度でスイープするプロセスが、不働態化状態から結晶粒界の部分破壊が起こり、アルカリ環境割れが発生する状況（具体的には、低合金鋳鋼の表面が不働態化し、粒界が部分的に溶解し割れが進展する状況）を良好に模擬できるためと考えられる。
【００２３】
アノード分極曲線の計測に用いられる装置について特に限定はなく、１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測可能な装置を好適に用いることができる。例えば、１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度で計測可能なポテンシオスタット等を用い、実際に使用されるアルカリ環境下に浸漬させた低合金鋳鋼試料をカソード側及びアノード側に１ｍＶ／ｓ以上のスイープ速度で分極させることにより計測することができる。
【００２４】
（評価工程）
評価工程は、計測工程において計測されたアノード分極曲線の活性溶解状態と不働態化状態との境界に存在する遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて、低合金鋳鋼の割れを評価する工程である。
【００２５】
上述の第２ピークはセメンタイトの溶出を示す電位と一致することから、第２ピークの出現はセメンタイトの溶出を意味する。ここで、低合金鋳鋼のアルカリ環境割れは、組織粒界に多く存在するセメンタイトが溶出し局部腐食が進行することにより割れが進展することから、セメンタイトの溶出を示す第２ピークの出現は局部腐食が進行し低合金鋳鋼のアルカリ環境割れが進展するリスクがあることを示す。したがって、評価工程では、遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて低合金鋳鋼のアルカリ環境割れのリスクを評価する。
【００２６】
具体的には、第２ピークの出現挙動（第２ピークが出現したか否か）に基づいて低合金鋳鋼のアルカリ環境割れのリスクを評価する。遷移電位領域に第２ピークが出現した場合には、評価環境が低合金鋳鋼にとってアルカリ環境割れを引き起こすリスクがある環境であると判断される。特に、第２ピークが出現した場合と出現しなかった場合との境界部分の条件（計測工程で計測されたアノード分極曲線の遷移電位領域に第２ピークが出現しなかった条件と、計測工程で計測されたアノード分極曲線の遷移電位領域に第２ピークが出現した条件との境界にある条件）が、アルカリ環境割れを引き起こすリスクが最も高い環境であると判断される。
【００２７】
一方で、遷移電位領域に第２ピークが出現しなかった場合には、腐食が激しく進行し、アノード溶解が非常に多量な低合金鋳鋼の全面腐食が進行している状態を意味することから、第２ピークが出現しなかった場合には、全面腐食が生じていると判断される。
【００２８】
また、使用初期から第２ピークの出現挙動を経時的にモニタリングすることにより、低合金鋳鋼のアルカリ環境割れの評価を行うこととしてもよい。具体的には、使用初期の第２ピークの出現挙動を予め計測しておき、当該出現挙動と評価時の第２ピークの出現挙動とを比較することで低合金鋳鋼の割れを評価することとしてもよい。例えば、使用初期の第２ピークの高さと、評価時の第２ピークの高さとを比較して、評価時の第２ピークの高さが使用初期の第２ピークの高さよりも高くなった場合には、低合金鋳鋼の割れが生じるリスクが高いと評価することができる。なお、第２ピークの高さは、第２ピークが存在する同一電位において、各時点で計測される電流密度の値を比較することにより評価することができる。
【００２９】
また、割れが発生する環境中における低合金鋳鋼の自然電位が、当該環境の第２ピークの電位と一致した場合には、低合金鋳鋼に割れが発生するリスクが高くなっていると判断することができる。一方で、自然電位と第２ピークの電位とが一致しない場合には、割れの発生するリスクは低いと判断することができる。
【００３０】
このように、評価工程では、まず、遷移電位領域におけるピークの出現挙動、具体的には第２ピークの出現挙動に基づいてアルカリ環境割れが発生するリスクを判断することができる。また、第２ピークが出現した場合には、当該第２ピークと自然電位とのピークとを比較することで、具体的には第２ピークと自然電位とのピークが一致したか否かにより、より正確にアルカリ環境割れの発生リスクを判断することができる。
【００３１】
（低合金鋳鋼の割れ評価装置）
次に、本願発明の低合金鋳鋼の割れ評価装置について説明する。なお、図２は、本願発明の低合金鋳鋼の割れ評価装置の構成の一例を示す図である。
【００３２】
本願発明の低合金鋳鋼の割れ評価装置は、アルカリ環境下にて１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測する計測手段と、前記アノード分極曲線の活性溶解状態と不働態化状態との遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて、低合金鋳鋼の割れの有無を判断する判断手段とを備える点に特徴を有する。
【００３３】
本発明のアルカリ環境下における低合金鋳鋼の評価装置は、この要件を具備するものであれば特に限定されるものではなく、従来公知の評価装置等を適宜選択して用いることができる。
【００３４】
例えば、１ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度で計測可能なポテンシオスタットと従来公知のモニタリング装置等を接続した評価装置を用いることができる。当該装置においては、実際に使用されるアルカリ環境下に浸漬させた低合金鋳鋼試料をカソード側及びアノード側に１ｍＶ／ｓ以上のスイープ速度で分極させることによりアノード分極曲線を計測し、当該モニタリング装置に表示されたアノード分極曲線の遷移電位領域におけるピークの出現挙動により低合金鋳鋼のアルカリ環境割れを判断することができる。
【００３５】
また、モニタリング装置に表示されたアノード分極曲線の遷移電位領域における第２ピークの出現挙動により低合金鋳鋼のアルカリ環境割れを判断することとしてもよい。
【００３６】
以上のように、本発明のアルカリ環境下における低合金鋳鋼の評価装置としては、特にその構成は限定しないが、評価を行うにあたって必須な工程である１ｍＶ／ｓ以上のスイープ速度でアノード分極曲線を計測する工程、及びアノード分極曲線の遷移電位領域におけるピークの出現挙動に基づいて低合金鋳鋼のアルカリ環境割れを判断する判断工程が実施可能な構成とすることが必須である。
【００３７】
なお、本実施形態のポテンシオスタットは本発明の計測手段を構成し、モニタリング装置は本発明の判断手段を構成する。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【００３９】
（実験１）
図２に示す装置を用い、低合金鋳鋼としてＳＣＰＨ２１を濃度：１ｋｍｏｌ／ｍ３、溶液温度：９０℃の水酸化ナトリウム溶液に浸漬させ、ポテンシオスタット（北斗電工株式会社製  ＨＺ-３０００システム）によりカソード側及びアノード側に１．６ｍＶ／ｓ（実施例１）、０．３２ｍＶ／ｓ（比較例１）の電位スイープ速度で分極させアノード分極曲線の計測を行った。図３に計測されたアノード分極曲線を示す。
【００４０】
図３からも明らかなように、電位スイープ速度が１ｍＶ／ｓ以上の実施例１では、第２ピークの出現が確認できるのに対し、電位スイープ速度が１ｍＶ／ｓ未満の比較例１では、第２ピークが活性態アノード溶出電流に隠れてしまい第２ピークの出現が確認されなかった。
【００４１】
（実験２）
次に、表１に示す電位スイープ速度で、実験１と同様の手法によりアノード分極曲線を計測し、遷移電位領域において第２ピークが出現したか否かを判別した。第２ピークの出現の有無を併せて表１に示す。
【００４２】
【表１】
2010271249.tif 000003
表１からも明らかなように、第２ピークは電位スイープ速度が１ｍＶ／ｓ以上である場合にのみ確認されるのに対して、電位スイープ速度が１ｍＶ／ｓ未満である場合には第２ピークの出現は確認できなかった。
【００４３】
（実験３）
次に、図２に示す装置を用い、表２に示す溶液温度と濃度の水酸化ナトリウム溶液に、ＳＣＰＨ２１を浸漬させ、実施例１の電位スイープ速度（１．６ｍＶ／ｓ）、比較例１の電位スイープ速度（０．３２ｍＶ／ｓ）で分極させたアノード分極曲線を計測し、遷移電位領域において第２ピークが出現したか否かを判別した。第２ピークの出現の有無を併せて表２に示す。また、ＳＣＰＨ２１のインゴット材をＵベント形状の試験片に加工し、ボルトナットを用いて降伏応力に相当する応力を負荷した状態で表２に示す溶液温度と濃度の水酸化ナトリウム溶液に浸漬させた。なお、浸漬はポテンシオスタットで割れ感受性が高いと判断される電位に制御した状態で１２０日浸漬を行い、その後試験片の割れの発生状況を確認した。割れの発生状況を表３に示す。なお、図４にＵベント試験片を、図５に浸漬装置を示す。
【００４４】
【表２】
2010271249.tif 000004
【００４５】
【表３】
2010271249.tif 000005
【００４６】
表２からも明らかなように、比較例１の電位スイープ速度にてアノード分極曲線の計測を行った場合には、全遷移電位領域に第２ピークが出現していない。また、表２、表３から明らかなように、実施例１の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測した際に第２ピークが出現した条件では試験片に全面腐食が発生していないのに対し、実施例１の電位スイープ速度でアノード分極曲線を計測した際に第２ピークが出現していない条件では、試験片の全面腐食が発生していることがわかる。
【００４７】
したがって、１．０ｍＶ／ｓ以上の電位スイープ速度で分極曲線を計測した際の遷移電位領域における第２ピークの出現挙動に基づいて低合金鋳鋼のアルカリ環境割れを短期間かつ、簡易的に評価することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・第１ピーク
２・・・第２ピーク
３・・・ポテンシオスタット
４・・・モニタリング装置
５・・・Ｕベント試験片
【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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