水素腐食と防護対策について

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1. 水素による膨張　低強度鋼、特に多量の非金属介在物を含む場合、溶液中で生成した水素原子は金属内部に容易に拡散する。大部分のHは容器壁を通って反対側でH2となって放出されるが、ごく少量のHが鋼材の内部空洞に留まりH2となる。水素分子は拡散できないため、蓄積されて巨大な内部圧力を生じ、鋼材の表面が膨らんだり、さらには破壊されたりする。 　　環境中に硫化物、シアン化物、リン酸イオンなど、水素放出反応を阻害する毒素が含まれていると、水素原子が鋼の内部に入り込んで気泡を生成します。石油産業の材料には上記の元素が含まれていることが多く、水素の気泡発生はよく見られる害です。防止方法：このような元素を除去することが最も効果的；多くの気孔を持つ沸騰鋼の代わりに、気孔のない鎮静鋼を使用することもできる。また、水素が浸透しにくいオーステナイト系ステンレス鋼やニッケルのライニング、あるいはゴム、プラスチック、タイルライニング、腐食抑制剤の添加などを用いることができる。 2.水素脆性　高強度鋼において格子が著しく変形し、Hが侵入すると格子変形がさらに進み、靭性や延性が低下して脆化し、外部からの力によって破壊が引き起こされる。しかし、破壊する前の水素脆性は可逆的であり、適切な熱処理によって水素を除去すれば、金属は元の性能を回復することができる。一般的に、鋼の強度が高いほど、水素脆性破壊に対する感受性は高くなる。そのメカニズムはまだ十分には明らかでなく、水素分子の凝集によって巨大な内部圧力が生じるといった様々な説がある；水素を吸着させることで表面エネルギーが低下したり、原子間結合力に影響を与えたりして、転位の移動などを促進する。いくつかの兆候から、フェライト系およびマルテンサイト系の鉄合金はき裂先端で水素と反応していることが示唆されており、チタンやタンタルなど水素化物を容易に生成する金属は、高温下で溶解した水素と反応し、もろい水素化物を形成しやすい。高温下では、水素は脱炭も引き起こす。 　　金属中に入る水素は、めっき、溶接、酸洗い、カソード防食などの工程でよく発生する。応力腐食によるき裂先端の酸化後も水素脆化が生じるが、アノード腐食は既に永続的な損傷を引き起こしており、単純な水素脆化とは異なる。水素脆性は鋼中の空孔とは無関係なため、その防止法は水素バブリングの防止法とはやや異なります。水素脆性が発生しやすい環境では、高強度鋼の使用を避け、NiやCrを含む合金鋼を使用することができます；溶接時は低水素系のワイヤーを使用し、環境を乾燥させておく（水は水素の主な供給源である）；電着液を選び、電流を制御する；酸洗液に腐食抑制剤を加える。水素が金属内に入った後は、低温での焼成によって水素を除去することができ、鋼の場合は一般的に90～150℃で脱水素される。