金属材料の腐食タイプとその試験方法

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1. 均一腐食（uniform corrosion） 均一腐食（全面的腐食とも呼ばれる）とは、合金材料の表面全体にわたって比較的均一な形で生じる腐食現象のことである。その形態的特徴は、全面腐食が起こると材料の厚さが徐々に薄くなり、最終的には腐食によって貫通してしまうことである。 全面腐食は、機械装置が実際の使用において故障する基本的な形態です。全面腐食は、材料の全体的な重量損失を表します。この種の腐食は、簡単な浸漬試験や腐食に関する文献の調査、あるいは製造経験に基づいて予測することができ、機器の寿命を見積もるのに役立つ。耐食材料を選定する際、その全体的な腐食性能は耐食性の最も基本的な要件です。 均一腐食試験で最も一般的に用いられるのは重量法であり、試料を試験媒体に浸し、一定時間経過後にその重量変化を測定して腐食速度を算出する。規格はGB/T10124－1998「金属材料の実験室における均一腐食・完全浸漬試験方法」である。2.点腐食（ピッティング腐食） 鋭化型金属が耐腐食性を持つのは、その表面に保護的な鋭化膜が形成されるためである。しかし、この不動態膜が破壊され、自己不動態化の条件や能力が欠如していると、金属は腐食を起こす。もし腐食が装置の特定の領域にのみ集中し、そこで深部へと広がる小さな腐食穴が形成される一方で、金属の大部分の表面は依然として不動態状態を保つ場合、これを点腐食と呼ぶ。 点腐食の試験方法には、主に電気化学法と化学浸漬法がある。 電気化学法は、主に試料のステンレス鋼の破壊電位を測定するものです。その基準はGB/T17899－1999「ステンレス鋼の点食電位測定方法」であり、化学浸漬法は主に塩化第三鉄溶液を用いて点食の化学的促進試験を行うものである。その基準はGB/T17899－1999「ステンレス鋼の塩化第三鉄による点腐食試験方法」である。 3. 晶間腐食（intergranular attack） 晶粒間界とは、結晶の配向が異なる晶粒同士が乱れて重なり合っている領域であり、そのため金属内の各種溶質元素の偏析や、炭化物やσ相などの金属化合物の沈着・析出が起こりやすい領域となる。一部の腐食性媒体では、結晶粒界が先に腐食されることがある。材料の結晶粒間の境界に沿って先に起こるこの腐食により、結晶粒同士の結合力が失われる局所的な破壊現象を、粒間腐食と呼ぶ。 一般的に使用されるステンレス鋼および合金鋼の粒間腐食試験方法には、シュウ酸電気浸食法GB/T4334.1－2000「ステンレス鋼の10％シュウ酸浸食試験方法」、硫酸－硫酸鉄法GB/T4334.2－2000「ステンレス鋼の硫酸－硫酸鉄腐食試験方法」、沸騰硝酸法GB/T4334.3－2000「ステンレス鋼の65％硝酸腐食試験方法」、硝酸－フッ化水素酸法GB/T4334.4－2000「ステンレス鋼の硝酸－フッ化水素酸腐食試験方法」、硫酸－硫酸銅法GB/T4334.5－2000「ステンレス鋼の硫酸－硫酸銅腐食試験方法」がある。 粒界腐食試験法の選定は、経験およびニーズに基づいて行われる。大まかな原則は、一般的な媒体には硫酸－硫酸銅法を用いることです；65％硝酸法は安易には使用されず、主に60℃から沸点の希硝酸媒体および尿素合成媒体で用いられる；Mo含有ステンレス鋼は一般的に硝酸－フッ化水素酸法が用いられる；10％シュウ酸法は、主に他の方法でのスクリーニングに用いられる。 4.き裂腐食（crevice corrosion）き裂腐食とは、誘電体溶液中（特にハロゲンイオンを含む媒体中）で、金属同士または金属と非金属の表面間にある狭いき裂内において、溶液の流れが妨げられることでき裂内の溶液内の酸素が枯渇する。その結果、塩素イオンがき裂の外部から内部へと移動し、さらに金属塩化物の加水分解による自己触媒的な酸化反応によって不動態膜が破壊されるため、自己触媒的な点腐食に類似した局部的な腐食が生じる。それは機械的接続の完全性や密封性を損ない、装置の正常な動作に深刻な障害や故障を引き起こし、場合によっては破壊事故に至ることもあります。 隙間腐食は、通常、電解質溶液（特にハロゲンイオンを含む場合）が滞留する隙間や遮蔽された表面内で発生します。一般の機械装置において、フランジの接合部や、リベット、ボルト、ワッシャー、ガスケット（特にゴム製ガスケット）、バルブシート、表面に付着した堆積物、付着した海洋生物などと接触する箇所、さらには管束式熱交換器の膨張管の隙間などでは、隙間腐食が発生しやすい。指摘しておくべきは、塩化物イオンが存在しなくても、隙間腐食が発生する可能性があるということです。 一般的な試験方法には、塩化第三鉄による化学的浸漬法と電気化学的な方法の2種類がある。 塩化第三鉄化学浸漬法規格：GB/T10127－1998「ステンレス鋼の塩化第三鉄による隙間腐食試験方法」。 5. 应力腐食　機械装置の部品が応力（引張応力）と腐食性媒体の相互作用により、材料の強度限界以下で脆性的なき裂が生じ、装置や部品が機能しなくなる現象を应力腐食き裂という。媒体の主成分に塩化物、水酸化物、硝酸塩、含酸素水などがあるため、それぞれ塩化物き裂（塩化物脆性または塩化物腐食き裂）、アルカリき裂（アルカリ脆性）、硝酸塩き裂（硝酸塩脆性）、酸素き裂（酸素脆性）などと呼ばれる。 応力腐食割れは、単なる機械的応力によって生じる割れとは異なり、極めて低い負荷応力でも割れが発生する；それは単なる腐食によって引き起こされる亀裂とも異なり、腐食性が極めて弱い媒体でも応力腐食割れを引き起こすことがある。その全面腐食は通常軽度であり、変形の前兆もなく、突如として破断が起こる。応力腐食は、工業生産において最も危険な悪性腐食の一種である。 機械装置や部品が応力腐食割れ（SCC）を起こすためには、材料、環境、応力という3つの特定の条件が同時に満たされなければならない。 応力負荷の方法によって、応力腐食試験法は主に4つのカテゴリーに分けられる：（1）一定変形法　試料に一定の変形を与え、試験環境下でのき裂発生しやすさを評価する。 （2）定荷重法 つまり、単軸引張型の試験片に軸方向に応力を加え、腐食媒体中で試験し、破断時間の長短を比較するか、または応力と破断時間の関係曲線を用いて、応力腐食割れの臨界応力σsccを求める方法である。（3）低ひずみ速度法 これは、特別に設計された低ひずみ速度応力試験機を用いて、試験片を腐食媒体中で一定のひずみ速度で引張り、破断するまで行う方法である。試験片の破断状況や破面特性などを分析し、応力腐食割れ感受性を評価する。 （4）破壊力学法　くさび状に開口した負荷型試験片を用いて研究を行い、事前にき裂が導入された試験片に様々なK値を与えて、き裂の進展が止まる臨界値であるKISCCを測定する。 その基準は以下の通りである：GB/T4157－1984「金属の硫化物誘起応力腐食割れに対する定荷重引張試験方法」、GB/T17898－1999「沸騰した塩化マグネシウム溶液におけるステンレス鋼の応力腐食試験方法」、GB/T10126－1988「高温水における鉄－クロム－ニッケル合金の応力腐食試験方法」。応力腐食破壊を引き起こす可能性のある金属材料と環境の組み合わせには、主に以下のものがある：（1）オーステナイト系ステンレス鋼、塩化物イオン、塩化物＋蒸気、硫化水素、アルカリ液など； （2）炭素鋼および低合金鋼　媒体はアルカリ液、硝酸塩溶液、無水液アンモニア、湿った硫化水素、酢酸； （3）モリブデン含有オーステナイトステンレス鋼 アルカリ液、塩化物水溶液、硫酸＋硫酸銅の水溶液など； （4）真鍮　アンモニアガス及び溶液、塩化第一鉄、湿った二酸化硫黄など； （5）チタン　塩酸を含むフオルミック酸またはエタノール、溶融塩化ナトリウム； （6）アルミニウム：湿った硫化水素、水素を含む硫化水素、海水。