出展：腐食センターニュース
No.081 2018 年 3 月

ステンレス鋼 SUS304TPD 連結送水管の腐食漏水事例について
ノーラエンジニアリング㈱堀田 幸兵，西村 正博
1. はじめに連結送水管におけるステンレス鋼SUS304TPDの腐食漏水事例については、平成29年4月20日付けで「連結送水管にSUS304TPDを使用する場合の留意点」１）がステンレス協会のホームページに開示されている。
平成 18 年から、連結送水管にステンレス鋼鋼管が本格的に採用され、一般配管用ステンレス鋼鋼管も 1,100 件超える施工件数があり、その内 5 件で溶接部において微生物が関与していると推定される漏水が確認されたとされている。
留意点及び対策として、（1）使用する水側での対策として、腐食リスク低減のため“水道水”を使用することが有効である。
（2）材料側での対策として、①溶接部の酸洗 ②溶接部の電解研磨 ③溶接時の酸化スケールの防止が記載されている。
しかしながら、事故発生率が 5 件／1100 件ということは、事故発生の 5 件に特異な環境が存在したのではないかと推察し、ステンレス協会から情報が開示された後に、当社が関係した案件で発生した事例１件を紹介し、若干の検討を加えたので以下に紹介する。

2 ステンレス鋼 SUS304TPD 連結送水管の腐食事故例
2.1 状況
（1）建物概要：集合住宅（15 階建て）
（2）配管材質：JIS G 3448 SUS304TPD－125Su（3）漏水箇所：地下ピット内の長い横引き配管。
（4）配管内水：①初期充填水は水道水との情報 ②消防検査時の水質は不明（5）漏水発生までの期間：漏水箇所が地下ピット内であったため発見が遅れ、漏水までの正確な期間は不明である。

2.2 調査結果（1）外観調査結果
写真 1－1 に腐食部内面の写真を示し、写真 1－2 に腐食部内面の拡大写真を示す。
配管内面には、腐食孔に比較して著しく大きい赤錆が認められた。
なお、回収した直後の管内面の腐食部を指で触ったところ“ヌルヌル”したことから、バイオフィルムが形成されていると推察された。

1 / 141）腐食部内面写真2）腐食部内面拡大写真
写真 1 腐食漏水部抜管品を半割り後の管内面観察結果（2）腐食部断面観察結果
写真 2 に、腐食部の断面を顕微鏡で観察した結果を示す。
腐食孔は、エルボと転造リング加工管の周溶接部のエルボ側溶接熱影響部に発生している。
なお、金属組織には異常は認められなかった。

写真 2 腐食部の断面顕微鏡観察結果（3） 配管内部内視鏡観察結果
写真 3 に、配管内部を内視鏡で観察し、腐食が認められた位置と写真を示す。
配管内部の 9 箇所で錆こぶが認められたが、錆こぶが認められたのは横引き配管のみで、竪管内部には錆こぶは全く認められなかった。

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写真 3 配管内部の内視鏡観察写真と配管系における腐食部の位置（4） 水質調査結果
表 1 に、漏水箇所にて採取した水サンプルと補給水槽から採取した水サンプルの水質分析結果を示す。
漏水箇所の食孔から漏水してくる水と、補給水槽から採取した水の水質はほぼ一致しており、同一水と考えられる。また、水道局の検査結果とも酷似しており、補給水には水道水が使用されていることが判る。

表 1 漏水箇所で採取した水及び補給水槽の水の水質分析結果と水道局の水質検査結果比較
番号項目

配管内水

水槽水

水道局の水道水検査結果

1電気伝導率（ｍS/ｍ）

24.2

24.2

―

2ｐH（25℃）

7.9

7.8

7.7

3

酸消費量（pH4.8）

55

54―

4

塩化物イオン(mg/ℓ)

212122.05硫酸イオン（mg/ℓ）

25.6

25.0

―

6TOC（mg/ℓ）

0.7

0.8

0.9

7

一般細菌数（CFU/mℓ）000

漏水箇所採取水と補給水の水が同一となった理由は、水採取時の食孔からの漏水量が約 400ml/分であったことから、配管内容積から算出すると、数日間で全ての水が入れ替わることになる。
従って、食孔部から漏水してきた水は、補給水と同一になったと考えられ、腐食発生時の水質ではないと推定される。

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2.3 まとめ（1）腐食部は溶接部であること、竪管には腐食が認められず、長い横引き配管の領域で腐食・漏水が発生していることから、単に水質不良による腐食ではないと判断される。回収管の腐食部を指で触ると“ヌルヌル”したこと及び腐食・漏水部は孔食の大きさに対して錆こぶ（腐食生成物）の大きさが極めて大きいことなどから微生物誘起腐食と推察される。2）（2）水質分析の結果、漏水部から採取した水は、漏水量が多いため補給水に置換されたと考えられ、補給水槽採取水と同一であり、腐食発生時の水とは異なっていると推定される。
（3）今回の水質調査箇所は、漏水箇所と補給水槽近傍箇所であったが、今後は漏水部の下流側である連結送水管の送水口近傍の 3 箇所の水質分析が必要と考える。

3 ステンレス協会開示事例を含めた SUS304TPD 連結送水管の腐食に関する考察
中性環境におけるステンレス鋼の腐食発生有・無は腐食発生電位と自然電位との関係で決定され、腐食発生電位が自然電位より貴であれば腐食は発生せず、腐食発生電位が自然電位より卑であれば腐食が発生する可能性がある。

3.1 SUS304TPD 溶接部の腐食に及ぼす各種因子について（1） 自然電位に及ぼす流動状態の影響
図 1 に、温度 20℃における、自然電位に及ぼす流動状態の影響を示す。
残留塩素 0.3mg/ℓ の水道水の流し水では、残留塩素及び溶存酸素ともに潤沢に供給されるため自然電位は約 0.35V（vs SCE）であるが、循環水の場合、残留塩素は消費され溶存酸素のみとなり自然電位は0.1V（vs SCE）で、消火設備配管の様な静止水の場合自然電位は 0V（vs SCE）となる。

図 1 ステンレス配管の自然電位におよぼす流動状態の影響 3）（2） 温度 20℃における腐食発生電位に及ぼす溶接品質の影響
写真 4 に溶接 A、溶接 B、溶接 C の酸化スケールの生成状態と溶接部断面形状を示す。
溶接 A は、管内シールドガス（Ar）の流量を十分に流して周溶接したもので、管内面に酸化スケールがほとんど生成しておらず、ビード部の断面形状も良好である。
溶接 B は、管内シールドガス流量を少なくし、Ar ガスシールが不十分な状態で周溶接したもので、酸化スケールの生成は多いが、ビードの形状は良好である。
溶接 C は、管内をガスシールせずに溶接したものであって、酸化スケール生成が多く、ビード形状は不良である。これは、現地溶接を想定したものである。

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図 2 に、温度 20℃における溶接 A、溶接 B 及び溶接 C の塩化物イオン濃度と腐食発生電位の関係図を示す。
腐食発生電位に対して、材料側因子として溶接品質、環境因子として塩化物イオンがあり、溶接品質が劣ると、腐食発生電位は卑となり、塩化物イオン濃度が大きくなると腐食発生電位は卑になる。

写真 4 試験供試材各種溶接品質（溶接 A、B,C）の管内面の 図 2 20℃における腐食発生電位に及ぼす
溶接肌の状態（20Su）3）

溶接品質及び塩化物イオン濃度の影響 3）

表 2 に、
文献 4 から引用した溶接 A 及び溶接 B の塩化物イオン濃度と腐食発生電位の早見表を示す。
表 2 温度 20℃の腐食発生電位に及ぼす溶接品質及び塩化物イオン濃度の影響早見表 4）
V(vs SCE)（3） 温度 20℃における腐食発生電位に及ぼす塩化物イオン共存下での炭酸水素イオンの影響
図 3 に、
温度 20℃における、SUS304 溶接 B の塩化物イオン共存下です炭酸水素イオンの影響を示す。
塩化物イオン濃度によって炭酸水素イオン濃度の影響は若干異なるが、ある濃度範囲で腐食発生電位が卑になる領域が存在する。

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図 3 温度 20℃における塩化物イオン共存下の腐食発生電位に及ぼす炭酸水素イオンの影響 2）
表 3 に、文献 4 から引用した、溶接 A の腐食発生電位に及ぼす塩化物イオン濃度と炭酸水素イオン濃度の関係の早見表を示す。
なお、表中の M アルカリ度は、炭酸水素イオン濃度＝約 1.22×M アルカリ度として計算した値である。
表 3 温度 20℃における SUS304TPD 溶接 A の腐食発生電位に及ぼす塩化物イオン濃度と炭酸水素イオン濃度の関係早見表 4）
V(vs SCE)

6 / 143.2 腐食・漏水事例からの検討
表 4 に、ステンレス協会開示資料の情報から M アルカリ度及び塩化物イオン濃度の情報を抽出した結果を示す。
表 4 事故事例の水質情報１）
事例①②

充填水と配管内水の状況
充填水；厨房排水処理水
配管内水充填水；工業用水
配管内水(充填水)水道水；水道局給④⑤Ｍアルカリ度

塩化物イオン(mg/ℓ)(mg/ℓ)

103

110

70～110119～157――(60 と仮定)8.7～150―26.9

水栓水質データ

その他情報①過酸化物試験紙が紫色に反応②自然電位が、0.3V(vs SCE)まで貴化①鉄細菌を検出②腐食生成物の強熱減量 30％①一般細菌 580CFU/mg/ℓ②屋上露出配管で、夏場は素手で触配管内水

181

81

れない程温度上昇(充填水)水道水――①鉄細菌、鉄酸化細菌、硫酸塩還元

55～68

19～32

配管内水菌を検出

注１）事例③は、配管交換後に水道水を充填した後の水質分析値と記されているため、データとして採用せず。
注２）前述２．項の事故事例は、漏水部採取水が補給水と同一のため、腐食発生時の水質ではないと判断し、データとして採用せず。

（1）事例①の腐食発生の可能性についての検討
連結送水管の水は静止状態であり、残留塩素はゼロである。従って、図 1 より自然電位は 0V（vs SCE）となる。
事例①の水質は、M アルカリ度の最大値は 110mg/ℓ で、塩化物イオン濃度の最大値は 157mg/ℓ である。
この時の溶接 A の腐食発生電位は、表 3 より約 0.28V（vs SCE）であり、自然電位 0V(vs SCE)より貴であって、腐食が発生することは考えにくい。
漏水部の配管内から採取した水サンプルに投入したステンレスの電極の自然電位の最大値が 342ｍV(vs Ag/AgCL)であり、これを SCE に換算すると 0.30V（vs SCE）である。事例①の M アルカリ度の最大値 110mg/ℓ と塩化物イオン濃度の最大値 157mg/ℓ とした場合、溶接 A の腐食発生電位が 0.28V(vs SCE)であることから、腐食発生電位 0.28V＜自然電位 0.30V となり、腐食が発生する可能性がある。
（2）事例②での腐食発生の可能性についての検討
事例②の水質は、塩化物イオンの最大値 150mg/ℓ、M アルカリ度の分析値がないので 60mg/ℓ と仮定する。
この水質における、溶接 A の腐食発生電位は、表 3 より約 0.32V である。自然電位の貴化を事例１と同じ自然電位 0.30V とすると、腐食発生電位 0.32V＞自然電位 0.30V となり、腐食は発生しないことになる。
従って、自然電位は、0.30V（SCE）より貴であると推定される。

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（3）事例④での腐食発生の可能性についての検討
事例④の水質は、塩化物イオン 81mg/ℓ、M アルカリ度 181mg/ℓ である。このときの溶接 A の腐食発
生電位は、0.33V(vs SCE)であり、腐食発生電位 0.33V＞自然電位 0.30V となり、腐食が発生しないことになる。
（4）事例⑤での腐食発生の可能性についての検討
事例⑤の水質は、塩化物イオンの最大値 32mg/ℓ、M アルカリ度の最大値 68mg/ℓ であり、このときの溶接 A の腐食発生電位は、約 0.5V(vs SCE)であり、腐食発生電位 0.5V＞自然電位 0.30V であって、腐食は発生しない。
（5）まとめ微生物の関与で自然電位が貴化する電位を事例①で測定された 0.3V(vs SCE)とすると、事例①のみ腐食の可能性を説明できるが、事例②、事例④及び事例⑤では腐食の可能性がない。
従って、適用可能な自然電位は 0.3V(vs SCE)よりも貴であると考えられる。

3.3 自然電位の貴化に関する文献調査（１）事例①では、抜管した腐食部の近傍に「過酸化物試験紙」を濡らしたところ青～紫色に変色したことから、過酸化水素の存在が示唆され、自然電位の貴化試験終了後の表面に「過酸化物試験紙」を当てて濡らした場合も、青～紫に変色したことから、過酸化水素の存在が示唆された。
この現象は、西尾 5）、幸 7）8）、天谷 6）らの好気性微生物の代謝反応による過酸化水素の生成による自然電位の貴化と良く一致する。好気性微生物による過酸化水素の生成メカニズムについては、引用の論文によることとし、ここでは、好気性微生物の代謝反応によって、自然電位がどの程度まで貴化するかを重点的に調査した。

表 5 微生物が関与した場合の自然電位に関する文献調査結果
出展
事例①

日新製鋼技

水質及び測定値

自然電位の数値

連結送水配管内の水

自然電位の貴化

充填水：厨房排水処理水

0.3V(vs SCE)

井戸水の水質井戸水

報 3）

0.3V(vs SCE)

天谷，幸 6） 自然海水中での Ecorr の貴化現象の測定例

最大で＋400ｍV(vs SCE)
貴化

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幸 8）

SUS304 で 0.25V～0.4V(vs SCE)。
最大 0.4V(vs SCE)
SUS316L で 0.3V～0.5V(vs SCE)。
最大 0.5V(vs SCE)

淡水の河川水中におけるステンレス鋼その他金属の自然電位の比較(土木研究所資料，河川・ダム施設防食ガイドライン－ステンレス材料編－(2005))

以上のデータより、微生物の代謝反応による自然電位の貴化は、0.3V～0.5V（vs SCE）を考えれば良いと考えられる。
自然電位 0.3V(vsSCE)を適用した場合、適用可能な事例は１件のみであり、他の事例 3 件は適用できないことから、自然電位は 0.3V(vs SCE)より貴に設定する必要がある。

3.4 自然電位 0.4V(vs SCE)のときの SUS304TPD 溶接 A の耐食域判定図と妥当性の検討（1）自然電位 0.4V(vs SCE)のときの SUS304TPD 溶接 A の耐食域判定図
図 4 に、表 3 の温度 20℃における SUS304TPD 溶接 A の腐食発生電位に及ぼす塩化物イオン濃度と炭酸水素イオン濃度の関係から、自然電位を 0.4V(vs SCE)とした場合の耐食域判定図を示す。

図 4 溶接 A における自然電位 0.4V(vs SCE)の場合の耐食域判定図

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（2） 事故事例からの妥当性の検討
図 4 の耐食域判定図に、事故発生水質をプロットし妥当性の検討を行う。
図 5 に、表 5 の塩化物イオン濃度最大値と炭酸水素イオン濃度（＝約 1.22×M アルカリ度）最大値を、
図 4 の溶接 A における自然電位 0.4V(vs SCE)の耐食域判定図にあてはめた図を示す。

図 5 自然電位 0.4V(vs SCE)の溶接 A 耐食域判定図への事故例水質の当てはめ
事例①、②、④は、溶接 A、自然電位 0.4V の耐食域判定図の腐食発生域に合致するが、事例⑤のデータは耐食域となり、合致しない。

3.5 自然電位 0.5V(vs SCE)のときの SUS304TPD 溶接 A の耐食域判定図と妥当性の検討（1）自然電位 0.5V(vs SCE)のときの SUS304TPD 溶接 A の耐食域判定図
図 6 に、表 3 の温度 20℃における SUS304TPD 溶接 A の腐食発生電位に及ぼす塩化物イオン濃度と炭酸水素イオン濃度の関係から、自然電位を 0.5V(vs SCE)とした場合の耐食域判定図を示す。

図 6 溶接 A における自然電位 0.5V(vs SCE)の場合の耐食域判定図

10 / 14（2） 事故事例からの妥当性の検討
図 6 の耐食域判定図に、事故発生水質をプロットし妥当性の検討を行う。
図 7 に、表 5 の塩化物イオン濃度の最大値と M アルカリ度の最大値を、自然電位 0.5V(vs SCE)の耐食域判定図にあてはめた図を示す。

図 7 自然電位 0.5V(vs SCE)の溶接 A 耐食判定図への事故例水質の当てはめ
自然電位 0.5V(vs SCE)を適用すれば、事例 4 件の全てが包含される。
但し、水質範囲が極めて狭くなり、水道水を推奨しても実用的でない可能性がある。
表 6 に、表 2 の温度 20℃の溶接 B の腐食発生電位に及ぼす塩化物イオン影響につき、図 3 の炭酸水素イオンの影響を、文献 4 に記載された方法に従って補正して求めた、溶接 B の腐食発生電位に及ぼす塩化物イオン濃度と炭酸水素イオン濃度の関係表を示す。

表 6 温度 20℃における SUS304TPD 溶接 B の腐食発生電位に及ぼす塩化物イオン濃度と炭酸水素イオン濃度の関係早見表

11 / 14図 8 に、自然電位を 0.4V(vs SCE)とした場合の、温度 20℃における SUS304TPD 溶接 B の耐食判定図を作成し、事故事例の水質を当てはめた結果を示す。

図 8 自然電位 0.4V(vs SCE)、溶接 B のときの耐食域判定図への事例水質の当てはめ
事例⑤を包含する耐食域判定図は、自然電位 0.5V(vs SCE)に設定する場合と自然電位 0.4V(vs SCE)で溶接品質が B ランクの場合にも包含される。
事例⑤については、次の事項の検証が必要と考える。
（１）採取した水質分析値が、腐食発生時の水質と同一であるか。前述 2 項の事例の様に、漏水量が多く、補給水が混合された水になっていないか。
（２）溶接品質は溶接 A と同程度であるか。

3 SUS304TPD 連結送水管の耐食域判定図（暫定版）について連結送水管の事故事例が、ステンレス協会整理後の 1 件を含めて 6 件であり、採用可能な水質データが明確になっている事例は、その内 4 件のみであって、漏水事故が発生していない残りの約 1,094 件の水質調査を実施していない状況で、連結送水管の耐食域判定図を考えることは極めて難しく、正確性に欠けるが、ステンレス協会発行の「連結送水管に SUS304TPD を使用する場合の留意点」に記載された、水道水の使用が好ましいということの理由を考察し、「SUS304 連結送水管の耐食域判定図（暫定版）」を作成した。
前提条件としては、幸ら 5）6）7）8）の好気性微生物の代謝反応により、酸化剤である過酸化水素が生成され、自然電位が 0.4V まで貴化すると仮定した。

12 / 14図 9 ステンレス鋼 SUS304TPD 連結送水管の耐食域判定図(暫定版)

4 上水（水道水）の水質分布
表７に、日本水道協会のホームページから引用した、塩化物イオン及びアルカリ度の水質分布表を示す。
表７ 上水（水道水）の塩化物イオン及びアルカリ度の水質分布表（日本水道協会、平成 27 年度水道統計・水質分布表（浄水（給水栓水等）－平均値）より引用）

耐食域判定図は、塩化物イオンとアルカリ度の関係図であるが、日本水道協会の水質分布表からは、同一浄水（給水栓等）に関する塩化物イオンとアルカリ度の数値が示されていないことから、塩化物イオンについてのみ判定する。
自然電位の貴化を 0.4V（vs SCE）とした場合は、図 5 より塩化物イオン濃度が 50mg/ℓ 以下で良いことから、全データの約 99％が適用可能である。
自然電位の貴化を 0.5V(vs SCE)と置いた場合、図 6 より塩化物イオン濃度は 20mg/ℓ 以下が耐食域になることから、全データの約 89.5％は適用可能であるが、10.5％は適用できないことになり、水道水を適用すれば良いという制限だけでは、不十分と推察する。

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5 まとめ
連結送水管におけるステンレス鋼SUS304TPDの腐食漏水事例について、ステンレス協会のホームペー
ジに開示されている事例5件と、当社で経験した１件の事例を含めて検討し、以下の結果を得た。
（1）6 件の事故例は、いずれも長い横引き配管の直管と曲管の溶接部の管底部及び近傍にほぼ限定され、微生物誘起腐食と推察される。立て配管には、腐食は認められていない。
長い横引き配管に限定される原因の一つとして、エアー溜りの存在が関与している可能性があり、１つの事例では、気体の滞留の存在が確認されている。
（2）配管内面の腐食部を指で触ると“ヌルヌル”しており、バイオフィルムの存在が示唆されたこと、腐食部近傍で過酸化物試験紙を濡らすと青～紫に変色したことから過酸化水素の存在が示唆されたこと、配管内から採取した水に直ちに電極を投入し自然電位の経時変化を測定した結果、自然電位が貴化し、0.3V(vs SCE)の最高値が認められたことなどから、好気性微生物の代謝反応により過酸化水素が生成され、自然電位が貴化し、耐食性が最も卑である溶接部において微生物誘起腐食が発生したものと推察された。
（3）連結送水管の環境に対して、中性塩化物環境の腐食発生電位と自然電位の関係が適用できると仮定して、微生物の代謝反応によって自然電位がどこまで貴化するか文献を調査した結果、0.3V(vs SCE)～0.5V(vs SCE)と考えておけば良いと考えられる。
しかしながら、文献では井戸水、河川水や自然海水などであり、微生物も既に存在し、微生物が繁殖するための栄養分も豊富にあると推察されることから、ステンレス協会で推奨している水道水とは条件が異なると推察し、暫定的に自然電位を 0.4V（vs SCE）に設定した。
（4）自然電位を 0.4V(vs SCE)に設定して得られた「SUS304TPD 連結送水管の耐食域判定図（暫定版）」
について、腐食時の水質が明記された 4 件を当てはめた結果、3 件は正しく判定されたが、1 件は適用外となった。
腐食が発生していない案件の水質データを採取するなど、実績及び実験データを取り入れ、信頼性の向上を図りたい。

参考文献
1）連結送水管に SUS304TPD を使用する場合の留意点：ステンレス協会配管システム普及委員会
2）ステンレス鋼便覧、第 3 版、日刊工業社、(1995)、299
3) 西川光昭、原田和加大、足立俊郎、名越敏郎：日新製鋼技報，77，25－40(1998)．
4) 建築設備用ステンレス配管の水質指針―改訂版１【資料編】：ステンレス協会ホームページ掲載
5) 西尾淳一，幸 英昭：材料と環境，58，224-227(2009)6）天谷 尚，幸 英昭；溶接学会誌，64，146－149(1995)
7)幸 英昭：腐食防食学会，第 185 回腐食防食シンポジウム，1－10(2016)8)幸 英昭：ステンレス協会講演資料

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