(57)【要約】【課題】応力腐食割れによって生じる複数の微少亀裂が進展する過程において隣り合う微少亀裂同士が合体する過程を模擬的に再現して観察する方法を提供する。【解決手段】試験片１を屈曲させた状態で腐食液３に浸漬し、試験片１の表面１１に複数の微少亀裂１２を発生させ、試験片１の表面１１に、型取り材を積層させ剥がすことで各微少亀裂１２が転写されたレプリカを採取し、試験片１に、表面１１に引張応力が生じるように曲げを加えて各微少亀裂１２を進展させ、試験片１の表面１１に、型取り材を積層させ固化後に剥がすことで、進展した各微少亀裂１２を転写したレプリカを採取し、試験片１の曲げとレプリカの採取とを交互に繰り返すことで、各微少亀裂１２の進展を進めつつそれを転写したレプリカを採取し、これまで採取した複数のレプリカを観察することで、隣り合う微少亀裂１２同士が合体する過程を観察する。【選択図】図２
2008216120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力腐食割れによって生じる複数の微少亀裂が進展する過程において隣り合う微少亀裂同士が合体する過程を模擬的に再現して観察する方法であって、
平板状の試験片を屈曲させた状態で腐食液に浸漬することで、上記試験片の引張応力が作用している側の表面に複数の微少亀裂を発生させる第１ステップ、
上記試験片の上記表面に、当初は液体で爾後固化する型取り材を積層させ固化後に剥がすことで上記各微少亀裂が転写されたレプリカを採取する第２ステップ、
上記試験片に、上記表面に引張応力が生じるように曲げを加えて上記各微少亀裂を進展させる第３ステップ、
上記試験片の上記表面に、上記型取り材を積層させ固化後に剥がすことで、進展した上記各微少亀裂を転写したレプリカを採取する第４ステップ、
上記第３ステップと上記第４ステップとを交互に繰り返し、上記各微少亀裂の進展を進めつつそれを転写したレプリカを採取する第５ステップ、
これまで採取した複数のレプリカを観察することで、隣り合う微少亀裂同士が合体する過程を観察する第６ステップ、
を備えることを特徴とする微少亀裂合体過程観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力腐食割れによって生じる複数の微少亀裂が進展する過程において隣り合う微少亀裂同士が合体する過程を模擬的に再現して観察する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
応力腐食割れ（Stress Corrosion Cracking：ＳＣＣ） は、金属材料が一定の残留応力の掛かった状態で、その材料に特有の腐食性雰囲気に置かれた場合に生じる割れである。
【０００３】
例えば、板状の金属材料の表面に引張残留応力が掛かった状態で腐食性雰囲気に置かれると、先ずその表面に複数の微少亀裂が発生し、その後、応力腐食割れが進行することで各微少亀裂が進展し、隣り合う微少亀裂同士が合体する。このように隣接する微少亀裂同士が合体すると、一気に大きな亀裂が形成されるため、金属材料の破損を招く。
【０００４】
なお、関連する公知文献として特許文献１、２が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１６３２号公報
【特許文献２】特開２００６−１１８８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、応力腐食割れの発生・進展過程において、隣接する微少亀裂同士が合体する過程を観察すること（例えば隣接する微少亀裂同士が合体する臨界距離を求めること）は、金属材料の応力腐食割れに因る破損を考察する上で非常に重要であるが、これまで微少亀裂の合体を観察する手法は存在しなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、応力腐食割れによって生じる複数の微少亀裂が進展する過程において隣り合う微少亀裂同士が合体する過程を模擬的に再現して観察する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、応力腐食割れによって生じる複数の微少亀裂が進展する過程において隣り合う微少亀裂同士が合体する過程を模擬的に再現して観察する方法であって、平板状の試験片を屈曲させた状態で腐食液に浸漬することで、上記試験片の引張応力が作用している側の表面に複数の微少亀裂を発生させる第１ステップ、上記試験片の上記表面に、当初は液体で爾後固化する型取り材を積層させ固化後に剥がすことで上記各微少亀裂が転写されたレプリカを採取する第２ステップ、上記試験片に、上記表面に引張応力が生じるように曲げを加えて上記各微少亀裂を進展させる第３ステップ、上記試験片の上記表面に、上記型取り材を積層させ固化後に剥がすことで、進展した上記各微少亀裂を転写したレプリカを採取する第４ステップ、上記第３ステップと上記第４ステップとを交互に繰り返し、上記各微少亀裂の進展を進めつつそれを転写したレプリカを採取する第５ステップ、これまで採取した複数のレプリカを観察することで、隣り合う微少亀裂同士が合体する過程を観察する第６ステップを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、応力腐食割れによって生じる複数の微少亀裂が進展する過程において隣り合う微少亀裂同士が合体する過程を模擬的に再現して観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１に、応力腐食割れによって生じる複数の微少亀裂が進展する過程において、隣り合う微少亀裂同士が合体する過程を模擬的に再現して観察するために用いる試験片１を示す。試験片１は、例えば冷間加工を加えた鋼板（ＳＵＳ３１６Ｌ等）を長方形状（平板状）に切り出して製造され、寸法が、例えば、縦５０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ２ｍｍとなっている。
【００１２】
図２に、試験片１に、応力腐食割れによって生じる複数の微少亀裂を付与する工程を示す（第１ステップ）。
【００１３】
試験片１は、ＣＢＢ（Creviced Bent Beam）試験治具２に装着されて所定の歪み（例えば１％）が与えられた状態で、所定の腐食液３（例えば２８８℃、溶存酸素濃度８ｐｐｍの高温水）中に浸漬される。ＣＢＢ試験治具２は、略円弧状断面の凹面部４を有する第一型５と、略円弧状断面の凸面部６を有する第二型７と、第一型５と第二型７とを凹面部４と凸面部６との間に試験片１を挟持した状態に保持する締結具８（ボルト、ナット）と、凹面部４と試験片１との間に介在された染み込み層９（グラファイトファイバウール等からなる）とを備えている。
【００１４】
ＣＢＢ試験治具２により試験片１を屈曲状態に保持することで、試験片１の凸側（図中上側）の表面１１に引張応力が作用した状態となる。そのＣＢＢ試験治具２を試験片１ごと腐食液３に浸漬することで、染み込み層９に染み込んだ腐食液３が試験片１の凸側の表面１１（引張応力が作用した状態の面）に接触する。これにより、試験片１の凸側の表面１１に、応力腐食割れが生じる。所定時間経過後、ＣＢＢ試験治具２を腐食液３から取り出し、ＣＢＢ試験治具２から試験片１を取り外す。
【００１５】
図３は、取り外した試験片１を示す。試験片１の凸側の表面１１（ＣＢＢ試験治具２の凹面部４に染み込み層９を介して押し付けられていた面）には、複数の微少亀裂１２（亀裂長さ：５０〜１００μｍ）が発生している。
【００１６】
こうして複数の微少亀裂１２が発生した試験片１の凸側の表面１１に、当初は液体で爾後固化する型取り材（シリコンや二液混合タイプ等）を積層させ、固化後に剥がすことで各微少亀裂１２が転写されたレプリカを採取する（第２ステップ）。
【００１７】
なお、試験片１の凸側の表面１１に型取り材を積層する前に、試験片１を乾燥させて各微少亀裂１２に浸入している腐食液３を蒸発させておくことが好ましい。各微少亀裂１２の奥まで型取り材を進入させて、適切なレプリカを得るためである。
【００１８】
次に、レプリカを採取した後の試験片１に、その凸側の表面１１に引張応力が生じるように曲げを加え、各微少亀裂１２を進展させる（第３ステップ）。
【００１９】
図４は、試験片１に曲げを加えるための曲げ装置１３を示す。曲げ装置１３は、基台１４に所定間隔を隔てて固定された一対の固定部１５と、固定部１５、１５の間に配置され基台１４から突き出される押圧部１６とを有し、固定部１５に試験片１の長手方向の両端側の部分の表面１１を当接させ、押圧部１６に試験片１の長手方向の中央の部分の裏面を当接させた状態で、押圧部１６をアクチュエータ（油圧シリンダ等）によって突き出すことで、試験片１に曲げを加えるものである。
【００２０】
試験片１の変形量を計測するため、試験片１の表面１１の頂点の上方に、ダイヤルゲージ１７が配置される。ダイヤルゲージ１７は、計測結果が表示される表示部を有するゲージ本体１８と、ゲージ本体１８から突出された測定子１９とを有し、ゲージ本体１８が基台１４に固定され、測定子１９の先端が試験片１の表面１１の頂点に当接されている。このダイヤルゲージ１７によれば、試験片１の変形に伴って測定子１９がゲージ本体１８内に没入し、その没入量が表示部に表示される。この没入量は試験片１の変形量に相当する。こうして計測された試験片１の変形量に基づいて、上記アクチュエータ（油圧シリンダ）による試験片１への付与荷重を制御する。なお、アクチュエータ（油圧シリンダ）のストロークをセンサで検出し、試験片１の変形量を計測するようにしてもよい。
【００２１】
試験片１に所定の変形量の曲げを加えた後、試験片１を曲げ装置１３から取り外す。
【００２２】
曲げ装置１３から取り外した試験片１の表面１１には、曲げ装置１３により曲げを加える前よりも進展した各微少亀裂１２が形成されている。その試験片１の表面１１に、上記型取り材を積層させ固化後に剥がすことで、進展した各微少亀裂１２が転写されたレプリカを採取する（第４ステップ）。
【００２３】
レプリカを採取した後の試験片１を、第３ステップで述べたように再び曲げ装置１３に装着して所定の変形量の曲げを加え、各微少亀裂１２を更に進展させた後、その試験片１を曲げ装置１３から取り外し、更に進展した各微少亀裂１２のレプリカを第４ステップで述べたようにして採取する。このように第３ステップによる曲げ応力の付与と第４ステップによるレプリカの採取とを交互に繰り返すことで、各微少亀裂１２の進展の度合が異なる複数のレプリカを得る（第５ステップ）。
【００２４】
第３ステップによる曲げ応力の付与と第４ステップによるレプリカの採取との繰り返しは、試験片１が予め定められた別の所定の変形量に達するまで行う。
【００２５】
第２ステップで得られたレプリカ、第４ステップで得られたレプリカ、第５ステップで得られたレプリカの夫々には、進展の度合が異なる微少亀裂１２が転写されている。よって、これまでに採取した各レプリカに転写された各微少亀裂１２を顕微鏡観察して、隣り合う微少亀裂１２同士が合体する過程を観察する（第６ステップ）。
【００２６】
これにより、図５に示すように隣接する微少亀裂１２、１２が合体する臨界距離Ｌを求めることができる。
【００２７】
すなわち、試験片１に加える曲げを大きくしていくと、隣接する一方の微少亀裂１２の長さと他方の微少亀裂１２の長さとが共に進展して大きくなっていき、一方の微少亀裂１２の端部と他方の微少亀裂１２の端部とが所定距離Ｌ（合体臨界距離Ｌ）まで近付くと、それら端部同士が連結（合体）するように新たな亀裂が一気に生じる。ここで、第６ステップで述べたように、進展の度合が異なる微少亀裂１２が転写された各レプリカを顕微鏡観察することで、隣接する微少亀裂１２、１２が合体する様子を観察できるため、上記所定距離すなわち合体臨界距離Ｌを、計測或いは推定により求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る微少亀裂合体観察方法に用いられる試験片の斜視図である。
【図２】試験片を屈曲させた状態で腐食液に浸漬する第１ステップを示す説明図である。
【図３】試験片の表面に発生した複数の微少亀裂を示す試験片の斜視図である。
【図４】試験片に曲げを加えて微少亀裂を進展させるための曲げ装置を示す断面図である。
【図５】隣り合う微少亀裂同士が合体する臨界距離を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  試験片
２  ＣＢＢ試験治具
３  腐食液
９  染み込み層
１１  表面
１２  微少亀裂
１３  曲げ装置
【図１】
2008216120.tif 000003
【図２】
2008216120.tif 000004
【図３】
2008216120.tif 000005
【図４】
2008216120.tif 000006
【図５】
2008216120.tif 000007