JPS6260882A - 鋼材の苛性割れ防止構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、苛性ソーダ環境下で使用される鋼材の応力
腐食割れを防止するための苛性割れ防止構造に関するも
のである。

〈従来技術〉 炭素鋼や低合金鋼等の鋼材は、アルカリ水溶前１（−、
−４（、１，１，、、Ｈ’　　ｌ−７７ｙ＊　　＋ｊｌ
　　＊琳ｒ　　−ｍ　　）＋　　講壇　ピー、　　−ｈ
　　ｆ、　、−１けると、粒界型の腐食割れを生じるこ
とが従来より知られている。このため、鋼材をアルカリ
水溶液環境下で使用する場合は、腐食割れの影響を可及
的に排除すべく、腐食割れの臨界温度（略６０℃）より
低い温度下に置く必要が生じる。

ところが、例えば蒸気タービン発電用の機材は、高温高
圧（略３００℃、７０ｋｇ／Ｃｍ２）の水蒸気に曝され
るものであり、水蒸気中に不純物として含まれるナトリ
ウムがタービンブレードとタービン軸との接合部などに
侵入して苛性ソーダとして析出し、この苛性ソーダがタ
ービン駆動時に発生する強大な応力に基づき当該鋼材部
分に苛性割れを起こすとされているのが問題となってお
り、かかる問題の解決の手段が近年特に要望されている
。

ところで、苛性割れは一種の電気化学現象であり、第１
図に示すように鋼材の陽分極曲線における活性溶解と不
働態との遷移領域に対応する電位範囲（−０、８Ｖ　Ｖ
ｓ　ＳＣＥ　〜−１、２Ｖ　Ｖｓ　５ＣＥ）にのみ生ず
ることが知られている。したかって、鋼材の苛性割れを
防止するにはその遷移領域に対応する電位範囲よりも卑
あるいは責な電位に分極することが肝要である。

そこで、かかる分極を行なうための手段としては、従来
より当該鋼材に外部から強制的に電流を通じて分極を起
こさせる外部電源方式や、保護すべき鋼材の電位と所定
の電位差を有する金属を当該鋼材と電気的に接触させて
分極する流電方式などが知られている。ここで、流電方
式は保護すべき鋼材の電位を接触する金属に対して陽極
電位とするか陰極電位とするかによって流電アノード方
式または流電カソード方式に分けている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、外部電源方式による苛性割れ防止の手法
は、保護すべき鋼材の近傍に対極及び照合電極を取り付
け、各電極間を環境水溶液により液絡するとともに、常
時特定の電極密度で通電しておくことが必要であるので
、例えば前述した蒸気タービンの機材のように保護すべ
き鋼材が回転運転連動を行なうものであったり、鋼材表
面が局所的に濡れているｔものであったりするような使
用環境Ｆにおいては、通電を行なうことが極めて困難で
あり採用し難いものである。

一方　流電方式による手法は保護すべき鋼材とこの鋼材
に対して所定の電位差を有する金属を電気的に接合する
ものであるので、外部電源方式による手法のような問題
点は回避されるが、流電方式のうちＦＬ電カソード方式
の場合は、苛性割れ環境下において保護すべき鋼材の表
面に水素発生反応が生じ易く、この結果その鋼材が水素
吸蔵による脆、化を伴うことや、鋼材に接合される金属
としてのアノード電極部材が亜鉛系あるいはアルミニウ
ム系材質のものに限定されるので、苛性割れ環境下では
電極部材の溶失が著しく進展し易く取り替えるための手
間がかかることなどの問題があり、採用し難い。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は上記問題点に着目してなされたものであり、
　ＦｔＺ７ノード式用カソード電極部材として、第１の
発明の場合１５．０〜６５．０重陽％のニッケルを含有
し、残部を鉄及び不可避的不純物とした合金鋼を用い、
第２の発明の場合６．０〜６５．０東着％のニッケル、
１６．０〜３０，０屯ｊ五％のクロームをそれぞれ含有
し、残部を鉄及び不可避的不純物とした合金鋼を用い、
第３の発明は、６．０〜６５．０重量％のニッケル。

１６．０〜３０．０１ｆｆｉ％のクロームをそれぞれ含
有し、かつ、モリブデン、銅、窒素、チタン。

ニオブニウム、タングステン、ホウ素、バナジウム、カ
ルシウム、セリウム、マグネシウム、マンガンなどのう
ち少なくとも１種を０．００５〜１０．０重量％で含有
し、残部を鉄及び不可避的不純物とした合金鋼を用いる
ようにし、他方、保護すべき鋼材の表面積の少なくとも
８０％を占める表面積を有′するようにカソード電極部
材を形成し、さらに、この方ソード電極部材を鋼材に対
しボルトナツト接合等の流電接合手段を介して電気的に
接合するようにしたことを特徴とするものである。

く作用〉 カソード電極部材とそでニッケルを含有した鋼、あるい
はニッケル及びクロームを含有した鋼を用いると、保護
すべき鋼材の腐食電位が−０，８Ｖ　　Ｖｓ　　ＳＣＥ
よりも責な電位に移行し、かつ、腐食速度も小さくなる
。

〈実施例〉 第２図に示すように、保護すべき鋼材の苛性ソーダ水溶
液環境下での腐食電位を責に移行させるカソード電極部
材の材質は、ニッケル（Ｎｉ　）を含有した鋼（実線で
連ねた折線ｆＬ１参照）、並びにＮ１−Ｃｒ（クローム
）を含有した鋼（破線で連ねた折線文、参照）が好適で
あり、また、含有されたＮｉ及びＣｒの含有量が多い鋼
はど腐食電位は賢に移行することが理解できる。さらに
、同図から理解できることは、苛性割れ防止の臨界腐食
電位である−０．８Ｖ　　Ｖｓ　　ＳＣＥよりも責な腐
食電位にする合金組成は、Ｎ−ｉ含有鋼の場合。

１５、ｏ毛１％以−ヒのＮｉを含有していることが必要
であり、Ｎ　ｉ　−Ｃｒ含有鋼の場合、１６．０重量％
以Ｌ・のＣｒ及び６．０毛量％以−ＬのＮｉを含有して
いることが必要であるとゆう点であり、これら両温にお
いて腐食電位は責にするＮｉの添加効果は同様であって
Ｎｉの含有量が６５．０重量％をこえると飽和現象があ
られれるという点である。

また、Ｎｉ−Ｃｒ含有鋼については、後述するようにモ
リブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）　、窒素（Ｎ）、チタン
（Ｔｉ）、ニオブニウム（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）
、ホウ素（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、カルシウム（Ｃａ
）、セリウム（Ｃｅ）、マグネシウム（Ｍｅ）、の各元
素のうち少なくとも１種を１０．０重量％以下で含有し
た場合には苛性割れの効果に影響を与えない。

以上の点に鑑みこの発明に係るカソード電極部材として
用いられるＮｉ含有鋼及びＮ　ｉ　−Ｃｒ含有鋼の組成
は以下の通りである。

■Ｎｉ含有鋼：　Ｎｉは苛性割れ防止に有効な元素であ
るが、１５．ｏｉ量％未満ではその期待された効果が得
られず、また、６５．０重埴％を越えて含有するとその
効果が飽和し、それ以１−の添加はＮｉが高価であるた
め不経済である。よって、Ｎｉ含有量は１５．０〜６５
．０重量％とじた。

すＮｉ−Ｃｒ含有′！Ｓ： りＣｒはＮｉと同時添加した場合のみ、苛性割れ防止に
有効となる元素であるが、１６．０重量未満ではその期
待された効果が得られず、また、第１表に示すように３
０．０重量％を越えて含有すると熱間加工性が著しく劣
化し板状電極部材の製造が困難となる。よって、Ｃｒ含
有量は１６．０〜３０．０重量％とした。

２）Ｎｉは苛性割れ防止に有効な元素で、Ｃｒと同時添
加の場合、苛性割れに対して複合効果があるが、６．０
重量％未満ではその期待された効果が得られず、また、
６５．０重量％を越えて含有するとその効果が飽和し、
それ以上の添加はＮｉが効果であるため不経済である。

よって、Ｎｉ含有量は６．０〜６５．０重量％とした。

３）ＭＯｌＣｕ、Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｂ、Ｖ、（’、
２　ｒｐ　　Ｍｐ　　の〒圭１士一般ｉ介轢　強度の向
」二および熱間前り性の改善に有効であるが、１種また
は２種以上でｌ　Ｏ、ＯｑＴ　ｕ％を越えて含有すると
苛性割れ防ＩＦ効果が劣化する。よって、これらの元素
の含有量は１ｏ、ｏＢｑ％以下とした。

次にカソード電極部材と保護すべき鋼材との電気的接続
を図るための流電接合手段についてのべる。接合は後述
するように１両者の電気的接続を実現し得る手段、例え
ばカソード電極部材の溶射、肉感溶接、板の爆着、溶接
やボルトナツト接合による締め付は等のいずれでもよい
が、接合させる際のカソード電極部材の大きさは保護す
べき鋼材の使用環境に曝される表面積に対して８．０以
上の表面積が必要で、これ以下の大きさでは苛性割れ防
止効果かはとんんと期待できない。

第１表及び第２表に、保護すべき鋼材及びカソード電極
部材の組成及び熱間加工性を示す、保護すべき鋼材は市
販鋼板（板厚２〜５ｍｍ）を用い、カソード電極部材に
ついては、市販の鋼板（板厚３ｍｍ）、溶加棒（φ３ｍ
ｍ）、及び粉末（１００〜３００ｇ）を用いたり、ある
いは高周波炉により常法に従って５０ｋｇ鋼塊を溶製し
、熱間圧延（板厚３ｍｍ）、機械加工を施したものを用
いている。

第１表に記載の熱間加工性は、熱間圧延時の鋼板の割れ
発生有無で評価した。

第３図に示すように、応力腐食割れ試験片１は保護すべ
き鋼材（例えば、厚みｔ　：　２ｍｍ、輻Ｗ：２０ｍｍ
、長さｎ　：　１９０ｍｍ（７）板材を曲率１０ｍｍで
曲げて）を馬蹄形に形成し、第４図に示すように、第２
表に示す、例えば５ＶＳ３０４からなるカソード電極部
材２を、例えば、５ｖＳ３０４からなるポルト３とナツ
ト４により、試験ノ（１と電気的に接続したものを組立
て実験に供した。

耐応力腐食割れ性は、１５０℃の脱気した３ｏ、ｏｉ量
％の苛性ソーダ水溶液中に試験片を２週間浸漬し、その
後取出して応力腐食割れの発生有無及び割れ深さを光学
顕微鏡で詳細に調べて評価した。

第３表に本願発明の第１の発明に係るＮｉ含有鋼の実施
例を示し、第４表に本願発明の第２の発明および第３の
発明に係るＮｉ−Ｃｒ含有鋼の実施例を示す。

この第３表および第４表から明らかなように。

本発明に係るカソード電極部材として、Ｎｉ含有鋼およ
びＮｉ−Ｃｒ含有鋼を接合させて流電アノード式による
防食手段を施した炭素鋼および低合金鋼はいずれも応力
腐食割れを発生させず健全であるが、比較例は応力腐食
割れを発生させるという結果が示される。

第５図は保護すべき鋼材の応力腐食割れ試験片ｌとカソ
ード電極部材２との流電接合手段の他の実施例を示すも
のであり、テフロン被覆導線５の両端をそれぞれ応力腐
食割れ試験片１とカソード電極部材２とにスポット溶接
により接合するようにしたものである。このように、応
力腐食割れ試験片ｌとカソード電極部材２とは所定距離
だけ離隔するようにしてもかまわない。

第６図は、応力腐食割れ試験片ｌの外表面に、カソード
電極部材２を、ｆＩＬｔ接合手段としての溶射により付
着させようとした場合を示している。

なお、溶射は第７図に示すように応力腐食割れ試験片ｌ
の外表面の一部に行なうようにしてもかまわない。

〈発明の効果〉 第１の発明によれば、１５．０〜６５．０重量％のＮｉ
を含有する合金鋼をカソード電極部材として用いる構成
したので、いかなる使用環境下であっても鋼材の苛性割
れ防止を容易かつ有効に行なうことができ、しかもカソ
ード電極部材は耐久性に優れるという効果がある。

また、第２の発明によれば、６．０〜６５．０重量％（
７）Ｎｉ、１６．０〜３０．０重量％ｔｙ）Ｃｒを含有
する合金鋼をカソード電極部材として用いる構成とした
ので、玉記第１の発明の効果に加え、熱間加工性に優れ
たカソード電極部材を提供できる。

さらに、第３の発明によれば、Ｍｏ等の元素を明に係る
Ｎｉ、Ｃｒの組成以外に含有させるようにした合金鋼を
カソード電極部材として用いる構成どしたので、第２の
発明の効果に加えてさらに、熱間加工性、一般耐食性、
そして機械的強度に優れたカソード電極部材を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼材の陽分極曲線を示すグラフ、第２図はこの
発明に係るカソード電極部材のＮｉ含有看に対する腐食
電位を説明するグラフ、第３図は応力腐食割れ試験片の
形状を説明する斜視図、第４図はボルト、す−／　トに
よる流電接合手段を説明する斜視図、第５図はスポット
溶接による流電接合手段を説明する斜視図、第６図は全
面溶射による流電接合手段を説明する斜視図、第７図は
一部溶射による流電接合手段を説明する斜視図である。 ｌ・・応力腐食割れ試験片、２会会力ソード電極部材。 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）１５．０〜６５．０重量％のニッケルを含有し、
   残部を鉄及び不可避的不純物とする流電アノード式用カ
   ソード電極部材であって、保護すべき鋼材の表面積の少
   なくとも８０％をしめる表面積を有する部材を、該鋼材
   に対しボルトナット接合等の流電接合手段を介して電気
   的に接続したことを特徴とする鋼材の苛性割れ防止構造
   。
2. （２）６．０〜６５．０重量％のニッケル、１６．０〜
   ３０．０重量％のクロームをそれぞれ含有し、残部を鉄
   及び不可避的不純物とする流電アノード式用カソード電
   極部材であって、保護すべき鋼材の表面積の少なくとも
   ８０％をしめる表面積を有する部材を、該鋼材に対しボ
   ルトナット接合等の流電接合手段を介して電気的に接続
   したことを特徴とする鋼材の苛性割れ防止構造。
3. （３）６．０〜６５．０重量％のニッケル、１６．０〜
   ３０．０重量％のクロームをそれぞれ含有し、かつ、モ
   リブデン、銅、窒素、チタン、ニオブニウム、タングス
   テン、ホウ素、バナジウム、カルシウム、セリウム、マ
   グネシウム、マンガンなどのうち少なくとも１種を０．
   ００５〜１０．０重量％で含有し、残部を鉄及び不可避
   的不純物とする流電アノード式用カソード電極部材であ
   って、保護すべき鋼材の表面積の少なくとも８０％を占
   める表面積を有する部材を、該鋼材に対しボルトナット
   接合等の流電接合手段を介して電気的に接続したことを
   特徴とする鋼材の苛性割れ防止構造。