(57)【要約】【課題】  環境および人体への悪影響が軽減され、鋼中への水素の封入能力が優れ、しかも、低ひずみ速度試験法による限界拡散性水素量の同定が可能となるので、定荷重試験法に比べて、短時間で評価でき、しかも用意するサンプル数も少なくて済む。【解決手段】  鋼材に拡散性水素を含有させ、限界拡散性水素量を測定することによって、前記鋼材の遅れ破壊特性を評価する遅れ破壊特性の評価方法において、前記限界拡散性水素量の測定中に前記鋼材から水素が放出されることを防止するために、塩化亜鉛、塩化アンモニウム、光沢剤を含有する塩化アンモン浴を用いて、前記鋼材に亜鉛めっきを施す。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材に拡散性水素を含有させ、限界拡散性水素量を測定することによって、前記鋼材の遅れ破壊特性を評価する遅れ破壊特性の評価方法において、
前記限界拡散性水素量の測定中に前記鋼材から水素が放出されることを防止するために、塩化亜鉛、塩化アンモニウム、光沢剤を含有する塩化アンモン浴を用いて、前記鋼材に亜鉛めっきを施すことを特徴とする、遅れ破壊特性の評価方法。
【請求項２】
前記塩化アンモン浴は、塩化亜鉛の含有量が２０〜７０ｇ／Ｌ、塩化アンモニウムの含有量が１４０〜２３０ｇ／Ｌ、光沢剤の含有量が１５〜５０ｍＬ／Ｌであることを特徴とする、請求項１記載の、遅れ破壊特性の評価方法。
【請求項３】
前記塩化アンモン浴の浴温は、１０〜４５℃であることを特徴とする、請求項１または２記載の、遅れ破壊特性の評価方法。
【請求項４】
前記塩化アンモン浴のｐＨは、５．０〜６．５であることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の、遅れ破壊特性の評価方法。
【請求項５】
前記亜鉛めっき時の陰極電流密度は、０．３〜６Ａ／ｄｍ2であることを特徴とする、請求項１から４の何れか１つに記載の、遅れ破壊特性の評価方法。
【請求項６】
めっき時間は、１分以上であることを特徴とする、請求項１から５の何れか１つに記載の、遅れ破壊特性の評価方法。
【請求項７】
鋼材に拡散性水素を含有させ、限界拡散性水素量を測定することによって、前記鋼材の遅れ破壊特性を評価する際に、前記鋼材からの水素の放出を防止するために、塩化亜鉛、塩化アンモニウム、光沢剤を含有する塩化アンモン浴を用いて、前記鋼材に亜鉛めっきを施すことを特徴とする、遅れ破壊特性を評価する際に行なうめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、環境および人体への悪影響が軽減され、鋼中への水素の封入能力が優れ、しかも、従来法に比べて多くの限界拡散性水素量の同定が可能となる、遅れ破壊特性の評価方法およびその際行なうめっき方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遅れ破壊の評価方法として、限界拡散性水素量を用いることが有効であることは広く知られている。例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているように、限界拡散性水素量を用いた鋼材の耐遅れ破壊特性の評価が、耐遅れ破壊特性に優れた材料開発に結び付けられている。
【０００３】
この限界拡散性水素量は、上記特許文献１および特許文献２に記載されているように、種々の量の水素を鋼材に含有させた後、遅れ破壊試験中に鋼材から水素が放出されることを防止するために、鋼材にカドミウムめっきを施し、その後、大気中で定荷重試験を行い、鋼材が破断に至るまでの時間を測定することによって同定される。
【０００４】
しかし、限界拡散性水素量の同定に必要不可欠な要素である、遅れ破壊試験中の鋼材からの水素放出の防止手段として、カドミウムめっきが用いられており、このカドミウムは、環境に多大な負荷を与え、かつ、人体へ著しい悪影響を及ぼすという問題が指摘されていた。
【０００５】
この問題に対処するため、非特許文献１に示されているように、カドミウムめっきの代替として、環境および人体への悪影響が軽減される亜鉛めっきが提案された。しかし、非特許文献１には、硫酸亜鉛浴を用いて亜鉛めっきをすることのみが開示され、そのめっき浴の組成およびめっき条件の詳細な開示が無い。従って、限界拡散性水素量を同定するために必要となる充分な鋼中水素封入能力を提供する適切なめっき浴組成およびめっき条件を求めることが困難である。
【０００６】
しかも、上記のカドミウムめっきおよび硫酸亜鉛浴による亜鉛めっきを活用して限界拡散性水素量を同定した試験では、特許文献２の表２に示されているように、最大でも２．１０ｍａｓｓ ｐｐｍの限界拡散性水素量が求められた例しかなく、本発明者らによる検討では、これらの従来手法では、鋼材の限界拡散性水素量が２．１０ｍａｓｓ ｐｐｍより多い場合には、遅れ破壊試験中に鋼材から水素が放出してしまい、その鋼材の限界拡散性水素量を同定することができないことが分かった。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２７０５３１号公報
【特許文献２】特開２００１−２８８５３８号公報
【非特許文献１】「材料とプロセス」日本鉄鋼協会、Ｖｏｌ．１３、２０００年、ｐ．１３７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来の技術は、次のような問題があった。限界拡散性水素量の同定に必要不可欠な要素である、水素放出防止に用いられるめっきについて、カドミウムの扱いが可能である特殊な施設や、めっき浴組成やめっき条件に関する特殊なノウハウを持った機関でのみしか実施できず、しかも、２．１０ｍａｓｓ ｐｐｍを超える限界拡散性水素量の同定ができなかった。
【０００９】
従って、この発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、環境および人体への悪影響が軽減され、鋼中への水素の封入能力が優れ、しかも、従来法に比べて多くの限界拡散性水素量の同定が可能となる、遅れ破壊特性の評価方法およびその際行なうめっき方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者等は、従来技術の上記問題点を解決すべく、めっき浴組成およびめっき条件に関して詳細に調べた。その結果、塩化アンモン浴を用いた亜鉛めっきによって、従来技術であるカドミウムめっきと比較して環境および人体への悪影響が軽減され、かつカドミウムめっきや硫酸亜鉛浴を用いた亜鉛めっきよりも鋼中水素封入能力が優れるという知見を得た。
【００１１】
この発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、下記を特徴とするものである。
【００１２】
請求項１記載の発明は、鋼材に拡散性水素を含有させ、限界拡散性水素量を測定することによって、前記鋼材の遅れ破壊特性を評価する遅れ破壊特性の評価方法において、前記限界拡散性水素量の測定中に前記鋼材から水素が放出されることを防止するために、塩化亜鉛、塩化アンモニウム、光沢剤を含有する塩化アンモン浴を用いて、前記鋼材に亜鉛めっきを施すことに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、塩化アンモン浴は、塩化亜鉛の含有量が２０〜７０ｇ／Ｌ、塩化アンモニウムの含有量が１４０〜２３０ｇ／Ｌ、光沢剤の含有量が１５〜５０ｍＬ／Ｌであることに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、塩化アンモン浴の浴温は、１０〜４５℃であることに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の発明において、塩化アンモン浴のｐＨは、５．０〜６．５であることに特徴を有するものである。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１から４の何れか１つに記載の発明において、亜鉛めっき時の陰極電流密度は、０．３〜６Ａ／ｄｍ2であることに特徴を有するものである。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１から５の何れか１つに記載の発明において、めっき時間は、１分以上であることに特徴を有するものである。
【００１８】
請求項７記載の発明は、鋼材に拡散性水素を含有させ、限界拡散性水素量を測定することによって、前記鋼材の遅れ破壊特性を評価する際に、前記鋼材からの水素の放出を防止するために、塩化亜鉛、塩化アンモニウム、光沢剤を含有する塩化アンモン浴を用いて、前記鋼材に亜鉛めっきを施すことに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、従来のカドミウムめっきを用いた遅れ破壊の評価方法と比べて、環境および人体へ及ぼす悪影響が軽減され、かつ、従来技術であるカドミウムめっきや硫酸亜鉛浴による亜鉛めっきを用いた遅れ破壊の評価方法では同定不可能であった２．１０ｍａｓｓ ｐｐｍより多くの限界拡散性水素量が同定可能となり、さらに、低ひずみ速度試験法による限界拡散性水素量の同定が可能となるので、定荷重試験法に比べて、短時間で評価でき、しかも用意するサンプル数も少なくて済むといった有用な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、この発明におけるめっき浴組成の限定理由について述べる。
【００２１】
（塩化亜鉛）
塩化亜鉛は、亜鉛めっきの主成分である金属亜鉛を提供するために添加するが、２０ｇ／Ｌ未満では、陰極電流効率が低下し、鋼材全面に緻密なめっきが形成されず、鋼中水素の封入能力を失う。一方、７０ｇ／Ｌを超えると、均一電着性が劣化し、鋼材全面に緻密なめっきを付与することができなくなり、鋼中水素の封入能力を失う。従って、塩化亜鉛の添加量は、２０〜７０ｇ／Ｌ、より好ましくは、３０〜６０ｇ／Ｌに限定した。
【００２２】
（塩化アンモニウム）
塩化アンモニウムは、適当な均一電着性と陰極電流効率を与え、鋼材全面に緻密なめっきを付与するために添加するが、１４０ｇ／Ｌ未満では、めっきが緻密とならずに粗雑となるため、鋼中水素の封入能力を失う。一方、２３０ｇ／Ｌを超えると、陰極電流効率が低下し、めっきが緻密とならないため、鋼中水素の封入能力を失う。従って、塩化アンモニウムの添加量は、１４０〜２３０ｇ／Ｌ、より好ましくは、１５０〜２２０ｇ／Ｌに限定した。
【００２３】
（光沢剤）
光沢剤は、主として均一電着性を向上させるために添加するが、１５ｍＬ／Ｌ未満では、均一電着性に劣り、全面に緻密なめっきを付与させることができないため、鋼中水素の封入能力を失う。一方、５０ｍＬ／Ｌを超えた場合も、均一電着性に劣り、全面に緻密なめっきを付与させることができないため、鋼中水素の封入能力を失う。従って、光沢剤の添加量は、１５〜５０ｍＬ／Ｌ、より好ましくは、２５〜４０ｍＬ／Ｌに限定した。
【００２４】
次に、この発明のめっき条件の限定理由について述べる。
【００２５】
（浴温）
浴温は、主として緻密な亜鉛めっきを作成するために管理するが、１０℃未満では、亜鉛めっき中にピットが発生し、鋼中水素の封入能力を失う。一方、４５℃を超えた場合も、亜鉛めっき中にピットが発生し、鋼中水素の封入能力を失う。従って、浴温は、１０〜４５℃、より好ましくは、２０〜３５℃に限定した。
【００２６】
（ｐＨ）
ｐＨは、主として緻密な亜鉛めっきを作成するために管理するが、５．０未満では、亜鉛めっき中にピットが発生し、鋼中水素の封入能力を失う。一方、６．５を超えた場合も、亜鉛めっき中にピットが発生し、鋼中水素の封入能力を失う。従って、ｐＨは、５．０〜６．５、より好ましくは５．５〜６．２に限定した。
【００２７】
（陰極電流密度）
陰極電流密度は、主として緻密な亜鉛めっきを作成するために管理するが、０．３Ａ／ｄｍ2未満の場合は、亜鉛めっき中にピットが発生し、鋼中水素の封入能力を失う。一方、６Ａ／ｄｍ2を超えた場合も、亜鉛めっき中にピットが発生し、鋼中水素の封入能力を失う。従って、めっき時の陰極電流密度を０．３〜６Ａ／ｄｍ2、より好ましくは、０．５〜５Ａ／ｄｍ2に限定した。
【００２８】
（めっき時間）
めっき時間は、水素封入のために必要な厚さのめっきを作成するために管理するが、１分未満ではめっき厚さが薄いため、充分な時間、水素を封入することができない。従って、めっき時間は、１分以上に限定した。
【実施例】
【００２９】
次に、この発明を実施例によって、さらに説明する。
【００３０】
５８０ＭＰａ級調質鋼材から試験片を切り取り、陰極水素チャージによって各試験片（本発明例Ｎｏ．１〜１０、比較例１１〜２４）に水素を導入後、表１に示す組成のめっき浴およびめっき条件下で各試験片に亜鉛めっきを施し、めっき直後またはめっき終了から１５０時間経過後にめっきを剥離し、ただちに昇温脱離式水素分析試験を行い、そして、各試験片中の拡散性水素量をガスクロマトグラフによって測定した。この結果を同表に示す。
【００３１】
拡散性水素量は、図１に例として示す昇温脱離式水素分析試験から得られる水素放出曲線にて、室温から３００℃までに放出される水素量とした。めっきによる鋼中水素の封入能力は、めっき直後の水素量に対して、めっき終了から１５０時間経過後も９０％以上の水素を保持している場合に合格として判断した。なお、光沢剤は、塩化アンモン浴用として、アサヒジンコール（登録商標）ＮＲ−１、ＮＲ−２（上村工業株式会社製）を使用した。
【００３２】
【表１】
2005069815.tif 000002
【００３３】
表１から明らかなように、この発明によりめっきをした本発明例Ｎｏ．１〜１０は、何れも十分な量の水素が封入されていた。
【００３４】
これに対して、比較例Ｎｏ．１１〜２４は、何れも、水素の封入量が本発明例に比べて少なかった。
【００３５】
すなわち、塩化亜鉛濃度が本発明範囲の下限値未満である比較例Ｎｏ．１１、および、塩化亜鉛濃度が本発明範囲の上限値を超える比較例Ｎｏ．１２は、何れも、水素の封入量が少なかった。
【００３６】
塩化アンモニウム濃度が本発明範囲の下限値未満である比較例Ｎｏ．１３、および、塩化アンモニウム濃度が本発明範囲の上限値を超える比較例Ｎｏ．１４は、何れも、水素の封入量が少なかった。
【００３７】
光沢剤濃度が本発明範囲の下限値未満である比較例Ｎｏ．１５、および、光沢剤濃度が本発明範囲の上限値を超える比較例１６は、何れも、水素の封入量が少なかった。
【００３８】
浴温が本発明範囲の下限値未満である比較例Ｎｏ．１７、および、浴温が本発明範囲の上限値を超える比較例Ｎｏ．１８は、何れも、水素の封入量が少なかった。
【００３９】
ｐＨが本発明範囲の下限値未満である比較例Ｎｏ．１９、および、ｐＨが本発明範囲の上限値を超える比較例２０は、何れも、水素の封入量が少なかった。
【００４０】
陰極電流密度が本発明範囲の下限値未満である比較例Ｎｏ．２１、および、陰極電流密度が本発明範囲の上限値を超える比較例Ｎｏ．２２は、何れも、水素の封入量が少なかった。
【００４１】
めっき時間が本発明範囲の下限値未満である比較例Ｎｏ．２３および２４は、何れも、水素の封入量が少なかった。
【００４２】
次に、図２、図３および図４に、この発明によって、表１のＮｏ．３のめっき浴組成およびめっき条件下で５８０ＭＰａ級調質鋼の限界拡散性水素量を同定した結果を示す。図２は、定荷重試験法による場合であり、種々の量の水素を含有させたサンプル（試験片）にめっき後、引張強さの８０％の引張応力を負荷して、荷重負荷開始から破断までの時間を測定し、荷重負荷開始から１００時間以上遅れ破壊を生じない上限の拡散性水素量を限界拡散性水素量とした。図３は、図２の定荷重試験法において、引張強さの９０％の引張応力を負荷した場合である。図４は、低ひずみ速度試験法（ＳＳＲＴ法：Ｓｌｏｗ  Ｓｔｒａｉｎ  Ｒａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）による場合であり、種々の量の水素を含有させたサンプルにめっき後、クロスヘッドスピードが１×１０-3ｍｍ／分の低ひずみ速度で引張応力を負荷して、破断応力を測定し、その破断応力に対応する拡散性水素量をその破断応力に対応する限界拡散性水素量とした。
【００４３】
この結果、図２、図３に示す定荷重試験法および図４に示す低ひずみ速度試験法の何れでも限界拡散性水素量の同定が可能であることが分かった。また、低ひずみ速度試験法での引張強さの８０％または９０％に対応する限界拡散性水素量は、それぞれ定荷重試験法での引張強さの８０％または９０％の値と一致する。このことから、封入水素量の異なる数多くのサンプルを用意し、長時間かけて測定する必要がある定荷重試験法に代えて、短時間で測定が行なえ、しかもサンプル数も少なくて済む、より迅速簡便な限界拡散性水素量の評価法として低ひずみ速度試験法を用いることが可能となることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】昇温脱離式水素分析試験によって求められる水素放出曲線の一例を示すグラフである。
【図２】この発明による遅れ破壊の評価方法を用いて、５８０ＭＰａ級調質鋼の限界拡散性水素量を引張強さの８０％の引張応力を負荷して定荷重試験法により同定した結果を示すグラフである。
【図３】この発明による遅れ破壊の評価方法を用いて、５８０ＭＰａ級調質鋼の限界拡散性水素量を引張強さの９０％の引張応力を負荷して定荷重試験法により同定した結果を示すグラフである。
【図４】この発明による遅れ破壊の評価方法を用いて、５８０ＭＰａ級調質鋼の限界拡散性水素量を低ひずみ速度試験法により同定した結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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