(57)【要約】　　　（修正有）【課題】屋外に設置され、かつ、プロセス上、１００℃前後の高温雰囲気になる設備で用いられ、残留応力のある状態で使用されているステンレス鋼の外面応力腐食割れを再現し、その改善手段を見出すための試験方法とそのための試験装置を提供すること。【解決手段】（１）ステンレス鋼試験片のみ、又はステンレス鋼試験片と他の組み合わせ金属材料試験片を重ね合わせた試験片組が、Ｕ字曲げされ；（２）該試験片（組）に接して高温化手段が設けられており；（３）複数の該試験片（組）をとりつけた立位支持台が、当該ステンレス鋼が実使用されている設備の近傍の屋外にとりつけられている；ステンレス鋼外面応力腐食割れ性の評価試験装置。さらに、その評価試験装置を使用し、複数の試験片（組）を時系列に取り外して、ステンレス鋼試験片の外面応力腐食割れ状況を観察することにより、外面応力腐食割れに抵抗性のある金属材料の組み合わせを見出す。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋外に曝露され、残留応力があり、高温状態で使用されるステンレス鋼の外面応力腐食割れ性を評価するための試験装置であって、
（１）ステンレス鋼試験片のみ、又はステンレス鋼試験片と他の組み合わせ金属材料試験片を重ね合わせた試験片組が、Ｕ字曲げされ、該Ｕ字両端部にあけられたボルト穴を通して該試験片（組）は立位支持台上にボルト、ナットで固定されており；（２）該試験片（組）に接して高温化手段が設けられており；（３）複数の該試験片（組）をとりつけた立位支持台が、当該ステンレス鋼が実使用されている設備の近傍の屋外にとりつけられている；ステンレス鋼外面応力腐食割れ性の評価試験装置。
【請求項２】
屋外に曝露され、残留応力があり、高温状態で使用されるステンレス鋼の外面応力腐食割れ性の改善手段を見出すための試験方法であって、（１）ステンレス鋼試験片のみ、又はステンレス鋼試験片と他の組み合わせ金属材料試験片を重ね合わせた試験片組が、Ｕ字曲げされ、Ｕ字両端部にあけられたボルト穴を通して該試験片（組）は立位支持台上にボルト、ナットで固定されており；（２）該Ｕ字型試験片（組）に接した高温化手段が設けられており；（３）複数の該試験片（組）をとりつけた立位支持台が、当該ステンレス鋼が実使用されている設備の近傍の屋外にとりつけられている；ステンレス鋼外面応力腐食割れ性の評価試験装置を使用し、複数の試験片（組）を時系列に取り外して、ステンレス鋼試験片の外面応力腐食割れ状況を観察することにより、外面応力腐食割れに抵抗性のあるステンレス鋼種類もしくはステンレス鋼と他の金属材料の組み合わせを見出す試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場の化学プラント等の保守管理方法に関し、特に屋外に曝露され、残留応力があり、高温状態で使用されるステンレス鋼配管のフランジ継手部近傍で起きることのある、外面応力腐食割れを再現して観察し、その改善策を立てるための試験方法およびそのための試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学プラントでは、その主構造材として、その要求度に応じた品質の各種ステンレス鋼が使用されている。しかし、ステンレス鋼も長期の使用のうちに、その使用条件下、腐食や割れ等の劣化が起こったりするため、常に保守点検、改善措置が行われる必要がある。通常、化学プラントでは、その内部においてプロセス流体に曝されて腐食や割れ等を生じる場合が多いため、塔、槽、熱交換器、反応器などの設備内に試験片を設置して、再現試験や改善のための材料試験が行われることが多い。
【０００３】
しかしながら、例えば、屋外に曝露され、１００℃前後の高温状態で使用されていて、かつ残留応力があるステンレス鋼配管のフランジ継手部近傍などで、外面応力腐食割れを生じるケースが少なくない。このような場合、プラント設備内ではなく、屋外にあって雨水に曝されたり、高温であったり、また残留応力がある状態である等、従来の単純な試験方法では再現試験を実施することが困難なものである。
【０００４】
「外面応力腐食割れ」は、単なる腐食による損傷が徐々に進行するのとは異なって、残留応力がある場合には、腐食から割れまで一気に進んで、補修がきかないという当該設備にとって深刻な事態を引き起こす。すなわち、残留応力（それも引張り残留応力）のあることが、問題を大きくする原因であり、腐食を引き金にして「外面応力腐食割れ」が起こる。また、海塩ミスト中の塩素イオンは、残留応力がない状態では孔食状腐食を起こすが、残留応力が高い状態では割れを起こすことが知られている。なお、引張り残留応力が残る場合としては、ステンレス鋼を曲げ加工した場合、溶接加工した場合、フランジ継手部などでボルト、ナットで締め付けられた鋼材部分等が挙げられる。
【０００５】
フランジ継手部などでは、建設コストを低減させるために、薄肉ステンレス配管をＬ型に曲げてその上に厚肉の炭素鋼フランジをルーズ型で重ねて、炭素鋼フランジをボルト、ナットで締め付ける構造とすることは少なくない。しかし、このようなフランジ継手部では、異なる金属材質をつなぎあわせているためにそもそも腐食しやすく、Ｌ型ステンレス配管と炭素鋼フランジの間に隙間部ができることは避け難い。屋外曝露であるため、その隙間部に雨水の酸成分やハロゲン化物など腐食促進成分が濃縮され、かつ高温であり、薄肉ステンレス配管を曲げているため残留応力がかかっている。すなわち、応力腐食割れが生じ易い条件がいくつも重なっているといえる。
【０００６】
しかしながら、このような場合への対応策として、屋外設置で、高温下で、かつ残留応力がある状態をつくり出して、外面応力腐食割れの再現試験をし、改善案を探索するということは容易ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、屋外に設置され、かつ、プロセス上、１００℃前後の高温雰囲気になる設備で用いられ、残留応力のある状態で使用されているステンレス鋼の外面応力腐食割れを再現し、その改善手段を見出すための試験方法とそのための試験装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、ステンレス鋼試験片のみ、又はステンレス鋼試験片と他の組み合わせ金属材料試験片を重ね合わせた試験片組をＵ字曲げし、これを支持台に固定し、高温化手段を付加して、設備近傍の屋外にとりつけることで、ステンレス鋼試験片の外面応力腐食割れ状況がほぼ再現できて、その改善手段を探索できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、屋外に曝露され、残留応力があり、高温状態で使用されるステンレス鋼の外面応力腐食割れ性を評価するための試験装置であって、
（１）ステンレス鋼試験片のみ、又はステンレス鋼試験片と他の組み合わせ金属材料試験片を重ね合わせた試験片組が、Ｕ字曲げされ、Ｕ字両端部にあけられたボルト穴を通して該試験片（組）は立位支持台上にボルト、ナットで固定されており；（２）該試験片（組）に接して高温化手段が設けられており；（３）複数の該試験片（組）をとりつけた立位支持台が、当該ステンレス鋼が実使用されている設備の近傍の屋外にとりつけられている；ステンレス鋼外面応力腐食割れ性の評価試験装置を提供し、また、屋外に曝露され、残留応力があり、高温状態で使用されるステンレス鋼の外面応力腐食割れの改善手段を見出すための試験方法であって、前記のステンレス鋼外面応力腐食割れ性の評価試験装置を使用し、複数の試験片（組）を時系列に取り外して、ステンレス鋼試験片の外面応力腐食割れ状況を観察することにより、外面応力腐食割れに抵抗性のあるステンレス鋼種類もしくはステンレス鋼と他の金属材料の組み合わせを見出す試験方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステンレス鋼外面応力腐食割れ性の評価試験装置（主要部を図１に示す）および改善材料探索のための試験方法について詳細に説明する。
【００１１】
ステンレス鋼試験片１のみ、又はステンレス鋼試験片１と他の組み合わせ金属材料試験片２を重ね合わせた試験片組を、Ｕ字曲げする。後者の場合、ステンレス鋼１が内側となるように二つの金属が接触したＵ字曲げ状態とする。Ｕ字両端部にあけられたボルト穴を通して該試験片（組）をステンレス製などの立位支持台６上にボルト３、ナット４で固定する。これによって、該試験片（組）が残留応力を有する状態を実現する。なお、二つの金属試験片をＵ字曲げしたものでは、両者の間に隙間ができるので、フランジ継手部ラップジョイントにおける雨水などの浸透の影響が再現できる。
【００１２】
上記のＵ字曲げは、ＪＩＳ　Ｇ　０５７６の「Ｕ字曲げ試験」に準じて行う。厚さ２ｍｍ、幅１５ｍｍ、長さ７５ｍｍの試験片（組）を、内側半径８ｍｍのポンチを用いて、両脚が平行となるようにローラー曲げを行う。試験片（組）の二つの端部には、同じ位置に予めボルト穴をあけておき、テフロン（Ｒ）パッキン５をかました上、ボルト穴部を通して、立位支持台６にボルト３、ナット４で固定する。ボルト３、ナット４の固定なので、Ｕ字型試験片（組）は、時系列的な変化を追跡できるよう任意に取り外しが可能である。
【００１３】
さらに、当該試験片（組）を固定した立位支持台６の設置場所に、高温化手段として、高温スチーム細配管７を引き込み、この細配管をＵ字型試験片（組）と接触させることにより、当該Ｕ字型試験片（組）が曝される温度を１００℃前後の高温に維持する。
【００１４】
Ｕ字型試験片（組）を複数とりつけた立位支持台６は、再現試験もしくは改善材料探索試験の対象である設備近傍の屋外に設置する。試験片（組）のＵ字型は、上部に開いたＵ字をなしており、前記の如く、二つの金属試験片をＵ字曲げしたものでは、両試験片の間の隙間へ雨水などが浸透し得る。
【００１５】
供試する試験片は、試験の目的に応じて、材料の種類、組み合わせ、数等が任意に選択されてよい。
【００１６】
例えば、その現場条件下におけるステンレス鋼溶接加工部の外面応力腐食割れの対策を検討する場合は、数種類のステンレス鋼の試験片１をＵ字曲げして、上記の要領で立位支持台６に固定して屋外曝露試験をする。経時的に観察して、外面応力腐食割れのない、最も低コストの材料を選ぶことができる。この場合、試験材料としては、ステンレス鋼の種類（組成）のほかに、ステンレス鋼の全面を塗装した材料を試験することもできる。当然のことながら、ひとまとまりの試験は、同時期に開始されるべきである。
【００１７】
なお、試験されるステンレス鋼は、耐食性の要請から化学プラントによく用いられる、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼（γ系ステンレス鋼）が中心である。しかし、これらステンレス鋼は、引っ張りや曲げによってミクロ構造の変化が起こるなど、必ずしも満足できる材料ではないため、外面応力腐食割れに対してはより高級なステンレス鋼を検討しなければならない場合も少なくない。
【００１８】
本発明における、もう一つの代表試験例として、フランジ継手部などで、薄肉ステンレス配管をＬ型に曲げてその上に厚肉の炭素鋼フランジをルーズ型で重ねて、炭素鋼フランジをボルト、ナットで締め付ける構造のものの、外面応力腐食割れの再現試験がある。ステンレス鋼試験片１と他の組み合わせ金属材料試験片２を重ね合わせた試験片組をＵ字曲げして、同様に、上記の要領で立位支持台６に固定して屋外曝露試験をする。しかしながらこの場合も、他の組み合わせ金属材料試験片２は、安価な炭素鋼に固定し、これと相性のよいステンレス鋼を種々（種類・組成、塗装材料）探索することが行われるのが通常である。もとより、炭素鋼以外の他の金属材料が試験されてもよい。
【００１９】
試験片（組）のグループは、経時的にとりはずして、腐食状況、割れ状況の観察、評価を行う。試験片そのままの状態で染色探傷テスト（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ）が行われ、Ｕ字部断面の光学顕微鏡観察が行われ、さらには、外面割れ部の電子線回折分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｚｅｒ）などが用いられる。これら観察、分析は、外面応力腐食割れが起こり易い残留応力のあるＵ字曲がり部分、ボルト、ナットで締め付けられていた部分に、特に注目して行われ腐食や割れ発生の有無が調査される。
【００２０】
一つの屋外設備について、溶接材料試験、ラップジョイント材料試験など、複数の試験が並行して行われてよい。また、試験片は時系列にとりはずして、破壊的な検査を行うので、同一の試験片グループが少なくとも３つはとりつけられる必要がある。したがって、立位支持台には、何組かの試験のための試験片（組）グループが複数固定され、高温化手段としての一本の高温スチーム細配管７が、各試験片（組）に接して張りめぐらされた形となる。
【００２１】
本発明の試験方法が好適に応用できる化学プラントの機器類は、溶接部位、曲げ加工部位、継ぎ手フランジ部位等がある、屋外配管、屋外塔・屋外槽等であり、本発明の試験装置、試験方法を用いることにより、外面応力腐食割れが起こった場合にその再現ができ、適切な改善策を講じることが可能となる。また、それら試験結果は、将来の機器設計の貴重な参考資料となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の試験装置、試験方法により、屋外に設置され、かつ、プロセス上、１００℃前後の高温雰囲気になる設備で用いられ、残留応力のある状態で使用されているステンレス鋼の外面応力腐食割れを再現し、その改善手段を見出すことが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｕ字曲げされたステンレス鋼試験片と他の金属材料試験片を重ね合わせた試験片組が立位支持台上に固定された状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１　ステンレス鋼試験片
２　炭素鋼試験片
３　ボルト
４　ナット
５　テフロン（Ｒ）パッキン
６　立位支持台
７　高温スチーム細配管
【図１】
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