JPH06249828A - 電気化学的分極法による低合金鋼の炭化物検出方法 - Google Patents
電気化学的分極法による低合金鋼の炭化物検出方法Info
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- JPH06249828A JPH06249828A JP5059607A JP5960793A JPH06249828A JP H06249828 A JPH06249828 A JP H06249828A JP 5059607 A JP5059607 A JP 5059607A JP 5960793 A JP5960793 A JP 5960793A JP H06249828 A JPH06249828 A JP H06249828A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】電気化学的分極法を用いて、効率よく低合金鋼
の劣化程度を知る。 【構成】高温で応力の負荷された低合金鋼のＣｒＭｏＶ
鋼に、電気化学的分極測定用セル内の飽和ピクリン酸溶
液の電解液を接触させ、ＣｒＭｏＶ鋼とセル内の塩橋間
の電位を掃引することにより、特定の電位付近でＭｏ−
ｒｉｃｈの炭化物Ｍ6 Ｃが溶出反応を起こし、この反応
が２番目のピーク電流、即ち、２次アノードピーク電流
として現われる。２次アノードピーク電流は、Ｍ6 Ｃの
析出量と関係を有することから、簡便な方法で精度よく
ＣｒＭｏＶ鋼の劣化程度を知ることができる。
の劣化程度を知る。 【構成】高温で応力の負荷された低合金鋼のＣｒＭｏＶ
鋼に、電気化学的分極測定用セル内の飽和ピクリン酸溶
液の電解液を接触させ、ＣｒＭｏＶ鋼とセル内の塩橋間
の電位を掃引することにより、特定の電位付近でＭｏ−
ｒｉｃｈの炭化物Ｍ6 Ｃが溶出反応を起こし、この反応
が２番目のピーク電流、即ち、２次アノードピーク電流
として現われる。２次アノードピーク電流は、Ｍ6 Ｃの
析出量と関係を有することから、簡便な方法で精度よく
ＣｒＭｏＶ鋼の劣化程度を知ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低合金鋼の高温、かつ
応力が負荷された状態で生ずるクリープ損傷に係わる炭
化物を検出する方法に関する。
応力が負荷された状態で生ずるクリープ損傷に係わる炭
化物を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、現在蒸気タービンは、運転実績
１０年以上を経過しているものが７０％を超えつつあ
り、その部材は高温下で使用されるため、材料の劣化程
度を非破壊的に計測し、残存寿命を予測する余寿命診断
技術が重要になっている。構造材料として蒸気タービン
に使用されるＣｒＭｏＶ鋼が受ける損傷には、高温下で
応力が重畳した場合に生じるクリープ損傷、繰り返しの
力に起因する疲労損傷、およびＣｒＭｏＶ鋼に特徴的な
焼き戻し脆化などがある。
１０年以上を経過しているものが７０％を超えつつあ
り、その部材は高温下で使用されるため、材料の劣化程
度を非破壊的に計測し、残存寿命を予測する余寿命診断
技術が重要になっている。構造材料として蒸気タービン
に使用されるＣｒＭｏＶ鋼が受ける損傷には、高温下で
応力が重畳した場合に生じるクリープ損傷、繰り返しの
力に起因する疲労損傷、およびＣｒＭｏＶ鋼に特徴的な
焼き戻し脆化などがある。
【０００３】これらのうち、最も留意しなければならな
いのは、クリープ損傷であり、ＣｒＭｏＶ鋼は、金属組
織に微細な炭化物や転位組織を分散させて、高強度を付
与しているが、高温かつ長時間にわたる使用により、炭
化物の凝集や転位組織の回復などによる材質劣化が起こ
り、これが応力の作用によって加速され、さらに、結晶
粒界においてボイドが発生し、このボイドが連結して亀
裂となる損傷である。現在、クリープ損傷を非破壊的に
計測する手法として、材料の硬さの低下程度（以下、硬
さ低下法）、および結晶粒界におけるクリープボイドの
発生量（以下、クリープボイド法）によって評価する方
法が用いられている。
いのは、クリープ損傷であり、ＣｒＭｏＶ鋼は、金属組
織に微細な炭化物や転位組織を分散させて、高強度を付
与しているが、高温かつ長時間にわたる使用により、炭
化物の凝集や転位組織の回復などによる材質劣化が起こ
り、これが応力の作用によって加速され、さらに、結晶
粒界においてボイドが発生し、このボイドが連結して亀
裂となる損傷である。現在、クリープ損傷を非破壊的に
計測する手法として、材料の硬さの低下程度（以下、硬
さ低下法）、および結晶粒界におけるクリープボイドの
発生量（以下、クリープボイド法）によって評価する方
法が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
硬さ低下法やクリープボイド法には、次のような問題が
ある。硬さ低下法は、未使用時における初期硬さを基準
として、運転経過後の硬さ低下量、もしくは硬さ低下比
（実測値／初期値）によって劣化程度を評価するもので
ある。したがって、あらかじめ硬さの初期値を求めてお
く必要があるが、初期値が不明のときは、初期値をどの
ようにして推定するかが問題となる。このような場合、
一般的には、非損傷部位（例えば蒸気タービンのロータ
では使用温度の低いカップリング部) の値を初期値とし
て代用することが多いが、部材の硬さ値に分布を有する
不均一性が見られる場合は、評価対象部位の硬さの初期
値を精度よく推定することができなくなる。
硬さ低下法やクリープボイド法には、次のような問題が
ある。硬さ低下法は、未使用時における初期硬さを基準
として、運転経過後の硬さ低下量、もしくは硬さ低下比
（実測値／初期値）によって劣化程度を評価するもので
ある。したがって、あらかじめ硬さの初期値を求めてお
く必要があるが、初期値が不明のときは、初期値をどの
ようにして推定するかが問題となる。このような場合、
一般的には、非損傷部位（例えば蒸気タービンのロータ
では使用温度の低いカップリング部) の値を初期値とし
て代用することが多いが、部材の硬さ値に分布を有する
不均一性が見られる場合は、評価対象部位の硬さの初期
値を精度よく推定することができなくなる。
【０００５】また、クリープボイド法は、クリープボイ
ドの生成条件、および測定値がばらつきを有するため、
クリープ破断を生じたものをクリープ損傷１００％とす
ると、クリープ損傷が４０〜５０％を超えたクリープ損
傷後期の劣化度を有するものに対して評価することがで
きる。しかし、現状の余寿命診断の対象となる機器は、
理論的推定から、クリープ損傷ほぼ４０％以下のものが
大半であることを考えると、この方法は精度的に不十分
であるといえる。さらに、クリープボイド法は、部材表
面の金属ミクロ組織をレプリカフィルムで転写し、走査
型電子顕微鏡などで実験室的に測定しなければならず、
作業能率が悪いという問題もある。
ドの生成条件、および測定値がばらつきを有するため、
クリープ破断を生じたものをクリープ損傷１００％とす
ると、クリープ損傷が４０〜５０％を超えたクリープ損
傷後期の劣化度を有するものに対して評価することがで
きる。しかし、現状の余寿命診断の対象となる機器は、
理論的推定から、クリープ損傷ほぼ４０％以下のものが
大半であることを考えると、この方法は精度的に不十分
であるといえる。さらに、クリープボイド法は、部材表
面の金属ミクロ組織をレプリカフィルムで転写し、走査
型電子顕微鏡などで実験室的に測定しなければならず、
作業能率が悪いという問題もある。
【０００６】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、実機へ適用して効率よく高精度
に、部材の劣化程度を知ることができる電気化学的分極
法による低合金鋼の炭化物検出方法を提供することにあ
る。
であり、その目的は、実機へ適用して効率よく高精度
に、部材の劣化程度を知ることができる電気化学的分極
法による低合金鋼の炭化物検出方法を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明の方法は、被測定材に電気化学的分極測定
用セル内の飽和ピクリン酸溶液の電解液を接触させ、被
測定材とセル内の塩橋間の電位を掃引し、その際得られ
る電気分極波形の２番目に現われるアノードピーク電流
が、被測定材のＭｏ−ｒｉｃｈの析出炭化物Ｍ6 Ｃに関
係があることから、炭化物析出の有無および析出量を検
出する。
めに、本発明の方法は、被測定材に電気化学的分極測定
用セル内の飽和ピクリン酸溶液の電解液を接触させ、被
測定材とセル内の塩橋間の電位を掃引し、その際得られ
る電気分極波形の２番目に現われるアノードピーク電流
が、被測定材のＭｏ−ｒｉｃｈの析出炭化物Ｍ6 Ｃに関
係があることから、炭化物析出の有無および析出量を検
出する。
【０００８】
【作用】上記のように、被測定材に、分極測定用セル内
の飽和ピクリン酸溶液の電解液を接触させて、被測定材
とセル内の塩橋間に電位を掃引すると、電位に依存し
て、被測定材表面における金属組織に影響された電気化
学的反応が、被測定材と対極の間にアノード電流の変
化、即ち、電位ーアノード電流分極波形として得られ
る。この際、低合金鋼のＣｒＭｏＶ鋼では、特定の電位
付近において、Ｍｏ−ｒｉｃｈの炭化物Ｍ6 Ｃの溶出反
応を起こし、この反応が２番目のピーク電流、即ち、２
次アノードピーク電流として現われる。２次アノードピ
ーク電流は、Ｍ6Ｃの析出量と関係を有することから、
高温下で作用応力が重畳したときのＣｒＭｏＶ鋼の劣化
程度を知ることができる。
の飽和ピクリン酸溶液の電解液を接触させて、被測定材
とセル内の塩橋間に電位を掃引すると、電位に依存し
て、被測定材表面における金属組織に影響された電気化
学的反応が、被測定材と対極の間にアノード電流の変
化、即ち、電位ーアノード電流分極波形として得られ
る。この際、低合金鋼のＣｒＭｏＶ鋼では、特定の電位
付近において、Ｍｏ−ｒｉｃｈの炭化物Ｍ6 Ｃの溶出反
応を起こし、この反応が２番目のピーク電流、即ち、２
次アノードピーク電流として現われる。２次アノードピ
ーク電流は、Ｍ6Ｃの析出量と関係を有することから、
高温下で作用応力が重畳したときのＣｒＭｏＶ鋼の劣化
程度を知ることができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。こ
の実施例では、実機使用済みの蒸気タービンロータ材を
供試材として用いた。即ち、運転実績１４×１０4 時
間、使用温度が低温部６０℃、中温部４４０℃、高温部
５３８℃のロータ材から採取し、さらに中温部と高温部
については、６５０℃×１時間の脱脆化処理を施した試
料を作製した。
の実施例では、実機使用済みの蒸気タービンロータ材を
供試材として用いた。即ち、運転実績１４×１０4 時
間、使用温度が低温部６０℃、中温部４４０℃、高温部
５３８℃のロータ材から採取し、さらに中温部と高温部
については、６５０℃×１時間の脱脆化処理を施した試
料を作製した。
【００１０】このロータ材は低合金鋼のＣｒＭｏＶ鋼を
使用しており、その材料組成を表１に示す。
使用しており、その材料組成を表１に示す。
【００１１】
【表１】 続いて図１に各供試材の基礎的な材料特性を示し、図１
（ａ）は硬さ、図１（ｂ）は炭化物サイズ、図１（ｃ）
はシャルピー衝撃試験による延性破面遷移温度（ＦＡＴ
Ｔ）を示している。図１の（ａ）〜（ｃ）ともＬは低温
部材、Ｍは中温部材、ＭＤは中温部材の脱脆化処理を施
したもの、Ｈは高温部材、ＨＤは高温部材の脱脆化処理
を施したものであることを表わす。
（ａ）は硬さ、図１（ｂ）は炭化物サイズ、図１（ｃ）
はシャルピー衝撃試験による延性破面遷移温度（ＦＡＴ
Ｔ）を示している。図１の（ａ）〜（ｃ）ともＬは低温
部材、Ｍは中温部材、ＭＤは中温部材の脱脆化処理を施
したもの、Ｈは高温部材、ＨＤは高温部材の脱脆化処理
を施したものであることを表わす。
【００１２】図１において、（ａ）に示すように使用温
度が高くなるとともに硬さは低下し、また（ｂ）に示す
ように炭化物サイズは増大しており、材質劣化が現われ
ている。炭化物の析出は、Ｃ等の拡散を伴い周辺の転位
密度の回復を促し、硬さの低下を招くので、炭化物サイ
ズと硬さの低下とは密接に関係している。一方、脆化度
を表すＦＡＴＴは、（ｃ）に示すように、この鋼種にお
いて脆化しやすい温度域である中温部材で顕著に高くな
っており、脱脆化処理を施すことにより、材質劣化の少
ない低温部材のＦＡＴＴレベルに回復している。ＣｒＭ
ｏＶ鋼の脆化現象は、高温下で使用中、結晶粒界へのＰ
を主とした不純物の偏析に起因して起きることが知られ
ているが、脱脆化処理材のＦＡＴＴの回復は、不純物が
十分、初期状態に拡散されていることを示すものであ
る。
度が高くなるとともに硬さは低下し、また（ｂ）に示す
ように炭化物サイズは増大しており、材質劣化が現われ
ている。炭化物の析出は、Ｃ等の拡散を伴い周辺の転位
密度の回復を促し、硬さの低下を招くので、炭化物サイ
ズと硬さの低下とは密接に関係している。一方、脆化度
を表すＦＡＴＴは、（ｃ）に示すように、この鋼種にお
いて脆化しやすい温度域である中温部材で顕著に高くな
っており、脱脆化処理を施すことにより、材質劣化の少
ない低温部材のＦＡＴＴレベルに回復している。ＣｒＭ
ｏＶ鋼の脆化現象は、高温下で使用中、結晶粒界へのＰ
を主とした不純物の偏析に起因して起きることが知られ
ているが、脱脆化処理材のＦＡＴＴの回復は、不純物が
十分、初期状態に拡散されていることを示すものであ
る。
【００１３】次に、図２に本実施例に用いた電気分極測
定用セルの構造を説明するための模式断面図を示す。図
２において、セルは大別して、上部の基準電極部と下部
の分極を測定する電解液部とにアクリル樹脂板１により
区分されている。セルの容器も全てアクリル樹脂製であ
り、電解液部は内部の各部品を装着しやすいように第１
容器２、第２容器３、第３容器４および第４容器５に４
分割してあり、これら容器は接着、もしくはネジ構造に
より、ゴム製リング６、７で密着されている。第１容器
２の上端開口部をゴム栓８で封じ、基準電極部にはＫＣ
ｌ飽和溶液９が充填され、ゴム栓８を上方から貫通する
ように基準電極１０がセルのほぼ中央部に設置される。
電解液部には、電解液１１として飽和ピクリン酸溶液
が、ゴム栓８とアクリル樹脂板１を貫通するガラス管１
２から注入される。電解液１１の温度は、本実施例では
２５℃に保っているが、その昇温保持手段は図示を省略
する。セルの底部は、中央に貫通孔１３をあけたゴム板
１４によりセルの底面を形成し、ゴム板１４の電解液１
１とは反対側の表面に接するように、被測定材１５をセ
ットしてある。したがって、電解液１１と被測定材１５
の表面の一部とが直接接触するようになる。そして、ゴ
ム栓８とアクリル樹脂板１を貫通するガラス管１６内を
通って電解液１１中に露出する導線１７の一端に白金製
の対極１８を取り付け、被測定材１５に接続した導線１
９の他端と、対極１８に接続した導線１７の他端とを定
電位発生装置２０に接続し、この定電位発生装置２０に
より被測定材１５と対極１８との間に電位を印加する。
電位を印加すると、セル内に配置した塩橋２１と被測定
材１５との間に、被測定材１５の表面の電気化学反応に
よるアノード電流が発生する。このアノード電流を基準
電極１０を介して定電位発生装置２０により測定する。
定用セルの構造を説明するための模式断面図を示す。図
２において、セルは大別して、上部の基準電極部と下部
の分極を測定する電解液部とにアクリル樹脂板１により
区分されている。セルの容器も全てアクリル樹脂製であ
り、電解液部は内部の各部品を装着しやすいように第１
容器２、第２容器３、第３容器４および第４容器５に４
分割してあり、これら容器は接着、もしくはネジ構造に
より、ゴム製リング６、７で密着されている。第１容器
２の上端開口部をゴム栓８で封じ、基準電極部にはＫＣ
ｌ飽和溶液９が充填され、ゴム栓８を上方から貫通する
ように基準電極１０がセルのほぼ中央部に設置される。
電解液部には、電解液１１として飽和ピクリン酸溶液
が、ゴム栓８とアクリル樹脂板１を貫通するガラス管１
２から注入される。電解液１１の温度は、本実施例では
２５℃に保っているが、その昇温保持手段は図示を省略
する。セルの底部は、中央に貫通孔１３をあけたゴム板
１４によりセルの底面を形成し、ゴム板１４の電解液１
１とは反対側の表面に接するように、被測定材１５をセ
ットしてある。したがって、電解液１１と被測定材１５
の表面の一部とが直接接触するようになる。そして、ゴ
ム栓８とアクリル樹脂板１を貫通するガラス管１６内を
通って電解液１１中に露出する導線１７の一端に白金製
の対極１８を取り付け、被測定材１５に接続した導線１
９の他端と、対極１８に接続した導線１７の他端とを定
電位発生装置２０に接続し、この定電位発生装置２０に
より被測定材１５と対極１８との間に電位を印加する。
電位を印加すると、セル内に配置した塩橋２１と被測定
材１５との間に、被測定材１５の表面の電気化学反応に
よるアノード電流が発生する。このアノード電流を基準
電極１０を介して定電位発生装置２０により測定する。
【００１４】得られるアノード電流は、被測定材１５の
表面の性状や電気化学反応によって変化する。表１に示
した各供試材に対して、電位を初期状態から１５００ｍ
Ｖまで掃引し、得られた電気分極波形を記録計２２に出
力させた結果を図３に示す。図３は電位とアノード電流
密度の関係を示す線図であり、図３中の各曲線は、図１
で用いた各供試材別の略号（Ｌ，Ｍ，ＭＤ，Ｈ，ＨＤ）
を図３に付記してある。
表面の性状や電気化学反応によって変化する。表１に示
した各供試材に対して、電位を初期状態から１５００ｍ
Ｖまで掃引し、得られた電気分極波形を記録計２２に出
力させた結果を図３に示す。図３は電位とアノード電流
密度の関係を示す線図であり、図３中の各曲線は、図１
で用いた各供試材別の略号（Ｌ，Ｍ，ＭＤ，Ｈ，ＨＤ）
を図３に付記してある。
【００１５】図４は図３に示す各電気分極波形の２番目
に生じた２次アノードピーク電流（以下２次ピーク電流
とする）を各供試材別にプロットした線図である。図４
からこの線図は図１（ｂ）に示した炭化物サイズの関係
とよく対応していることがわかる。前述のように、脱脆
化処理の有無、即ち、結晶粒界への不純物析出程度にか
かわらず、傾向が現われているところから、２次ピーク
電流が炭化物サイズ、換言すれば、炭化物析出量および
硬さの低下に関係しているとほぼ判断することができ
る。
に生じた２次アノードピーク電流（以下２次ピーク電流
とする）を各供試材別にプロットした線図である。図４
からこの線図は図１（ｂ）に示した炭化物サイズの関係
とよく対応していることがわかる。前述のように、脱脆
化処理の有無、即ち、結晶粒界への不純物析出程度にか
かわらず、傾向が現われているところから、２次ピーク
電流が炭化物サイズ、換言すれば、炭化物析出量および
硬さの低下に関係しているとほぼ判断することができ
る。
【００１６】次に、２次ピーク電流の出現した電位で、
被測定材に生じている現象を明確にするために、測定前
の研磨したままの試料、および１次アノードピーク電流
出現後に、２次ピーク電流が出現した直後の電位で、電
位掃引を中断した試料を作製し、これら試料の表面状況
を比較したが、これは各試料表面を走査型電子顕微鏡の
反射電子像( 組成像) で観察することにより行なった。
被測定材に生じている現象を明確にするために、測定前
の研磨したままの試料、および１次アノードピーク電流
出現後に、２次ピーク電流が出現した直後の電位で、電
位掃引を中断した試料を作製し、これら試料の表面状況
を比較したが、これは各試料表面を走査型電子顕微鏡の
反射電子像( 組成像) で観察することにより行なった。
【００１７】図５はその観察結果を示す走査型電子顕微
鏡写真であり、（ａ）は分極試験前の研磨したままの試
料、（ｂ）は２次ピーク電流出現直後、電位掃引を中断
（電位：４００ｍＶ）した試料を表わし、両試料とも同
一位置を観察している。その結果、両試料を比較する
と、２次ピーク電流出現後の試料には、結晶粒界の凝
集、粗大化した白い炭化物が消失した痕跡が明瞭に認め
られる。白い炭化物は原子量の大きい元素が含まれてい
ることを意味する。
鏡写真であり、（ａ）は分極試験前の研磨したままの試
料、（ｂ）は２次ピーク電流出現直後、電位掃引を中断
（電位：４００ｍＶ）した試料を表わし、両試料とも同
一位置を観察している。その結果、両試料を比較する
と、２次ピーク電流出現後の試料には、結晶粒界の凝
集、粗大化した白い炭化物が消失した痕跡が明瞭に認め
られる。白い炭化物は原子量の大きい元素が含まれてい
ることを意味する。
【００１８】図６は１次ピーク電流と２次ピーク電流間
の電位で、電位掃引を中断した試料を作製し、図５と同
様にして観察した走査型電子顕微鏡写真であるが、図６
では明らかに白い炭化物が存在するのを認めることがで
きる。脱脆化処理を行なった試料について、レプリカに
炭化物を抽出し、分析電子顕微鏡により、炭化物の同定
を行なった結果、粗大化した炭化物は、Ｍ（Ｆｅ，Ｃ
ｒ）23Ｃ6 およびＭｏ−ｒｉｃｈのＭ6 Ｃであり、他に
結晶粒内に微細なＭ（Ｆｅ，Ｃｒ）7 Ｃ3 ，Ｍｏ2 Ｃ，
ＶＣの分布が認められた。
の電位で、電位掃引を中断した試料を作製し、図５と同
様にして観察した走査型電子顕微鏡写真であるが、図６
では明らかに白い炭化物が存在するのを認めることがで
きる。脱脆化処理を行なった試料について、レプリカに
炭化物を抽出し、分析電子顕微鏡により、炭化物の同定
を行なった結果、粗大化した炭化物は、Ｍ（Ｆｅ，Ｃ
ｒ）23Ｃ6 およびＭｏ−ｒｉｃｈのＭ6 Ｃであり、他に
結晶粒内に微細なＭ（Ｆｅ，Ｃｒ）7 Ｃ3 ，Ｍｏ2 Ｃ，
ＶＣの分布が認められた。
【００１９】前述の消失した炭化物の痕跡の位置、形
状、組成像の状況から、結晶粒界における凝集、粗大化
した白い炭化物はＭｏ−ｒｉｃｈ炭化物であり、さら
に、構造としては、Ｍ6 Ｃ炭化物であることが判明し
た。さらに炭化物の同定を行なうために、電子顕微鏡に
より成分分析および結晶構造を調べた。Ｍ6 Ｃ炭化物の
分析結果を図７に示す。図７（ａ）は金属組織中のＭ6
Ｃ炭化物を示す電子顕微鏡写真であり、図７（ｂ）は炭
化物の成分スペクトル線図である。図７（ｂ）中のＣｕ
成分は、炭化物を抽出する際に用いるメッシュ材料のＣ
ｕに起因するものであり、Ｍｏ−ｒｉｃｈ炭化物がＭ
ｏ，Ｆｅを主としていることがわかる。図８は炭化物の
結晶構造を表わす電子線回折図であり、表２に解析結果
を示す。
状、組成像の状況から、結晶粒界における凝集、粗大化
した白い炭化物はＭｏ−ｒｉｃｈ炭化物であり、さら
に、構造としては、Ｍ6 Ｃ炭化物であることが判明し
た。さらに炭化物の同定を行なうために、電子顕微鏡に
より成分分析および結晶構造を調べた。Ｍ6 Ｃ炭化物の
分析結果を図７に示す。図７（ａ）は金属組織中のＭ6
Ｃ炭化物を示す電子顕微鏡写真であり、図７（ｂ）は炭
化物の成分スペクトル線図である。図７（ｂ）中のＣｕ
成分は、炭化物を抽出する際に用いるメッシュ材料のＣ
ｕに起因するものであり、Ｍｏ−ｒｉｃｈ炭化物がＭ
ｏ，Ｆｅを主としていることがわかる。図８は炭化物の
結晶構造を表わす電子線回折図であり、表２に解析結果
を示す。
【００２０】
【表２】 図８，表２からＭｏ−ｒｉｃｈ炭化物は 面心立方構造
を有し、格子 数ａ＝１１．０８２ÅのＭ6 Ｃ型と判断
される。即ち、Ｍｏ−ｒｉｃｈ炭化物は、（Ｍｏ，Ｆ
ｅ）6 Ｃである。
を有し、格子 数ａ＝１１．０８２ÅのＭ6 Ｃ型と判断
される。即ち、Ｍｏ−ｒｉｃｈ炭化物は、（Ｍｏ，Ｆ
ｅ）6 Ｃである。
【００２１】以上のことから、２次ピーク電流はＭｏ−
ｒｉｃｈのＭ6 Ｃ炭化物の溶解が主要因であることがわ
かる。一般に、高温下における炭化物の析出は、応力の
作用によって促進されることが知られており、単なる高
温下経時変化による材質劣化のみなく、応力作用下での
劣化進行度、即ち、クリープ損傷を評価する手法にもな
り得る。
ｒｉｃｈのＭ6 Ｃ炭化物の溶解が主要因であることがわ
かる。一般に、高温下における炭化物の析出は、応力の
作用によって促進されることが知られており、単なる高
温下経時変化による材質劣化のみなく、応力作用下での
劣化進行度、即ち、クリープ損傷を評価する手法にもな
り得る。
【００２２】Ｍ6 Ｃ炭化物の凝集、粗大化は、結晶粒界
ボイドの生成を誘発し、また、固溶強化に寄与している
Ｍｏ量の低減という点から、さらに、強度に寄与してい
る炭化物周辺における転位密度の回復を促す点からも、
硬さの低下に関与しており、本発明の方法によるＭ6 Ｃ
炭化物の検出は、比較的軽微の材料劣化を把握するのを
可能とし、材質劣化進行度を知る有力な手法となる。さ
らに、本発明の方法は、クリープボイド法と異なり、実
機現場診断においてＭ6 Ｃ炭化物の検出が可能であり、
実機を対象とする簡便な検出方法として極めて有用であ
る。
ボイドの生成を誘発し、また、固溶強化に寄与している
Ｍｏ量の低減という点から、さらに、強度に寄与してい
る炭化物周辺における転位密度の回復を促す点からも、
硬さの低下に関与しており、本発明の方法によるＭ6 Ｃ
炭化物の検出は、比較的軽微の材料劣化を把握するのを
可能とし、材質劣化進行度を知る有力な手法となる。さ
らに、本発明の方法は、クリープボイド法と異なり、実
機現場診断においてＭ6 Ｃ炭化物の検出が可能であり、
実機を対象とする簡便な検出方法として極めて有用であ
る。
【００２３】以上、本発明の電気化学的分極法による低
合金鋼の炭化物検出方法について、蒸気タービンの構造
材料に使用される低合金鋼のＣｒＭｏＶ鋼を例として述
べてきたが、鋼中に析出される炭化物の有無や量を、本
発明と同様の手法によって、その他の鋼種に適用するこ
とも可能である。
合金鋼の炭化物検出方法について、蒸気タービンの構造
材料に使用される低合金鋼のＣｒＭｏＶ鋼を例として述
べてきたが、鋼中に析出される炭化物の有無や量を、本
発明と同様の手法によって、その他の鋼種に適用するこ
とも可能である。
【００２４】
【発明の効果】低合金鋼であるＣｒＭｏＶ鋼は、高温下
で応力が負荷された状態で使用されるときクリープ損傷
を生ずるが、これを非破壊的に検出する従来の硬さ低下
法やクリープボイド法などには、実施上種々の問題があ
ったが、これを解決するためになされた本発明の炭化物
検出方法は、被測定材に、分極測定用セル内の飽和ピク
リン酸溶液電解液を接触させ、被測定材とセル内対極間
に電位を負荷、掃引することにより、電気分極波形を
得、電気分極波形における２番目のアノードピーク電
流、即ち、２次ピーク電流が、被測定材表面上のＭｏ−
ｒｉｃｈの析出炭化物Ｍ6 Ｃに関係を有することを見出
した点に特徴があり、本発明の方法がＭ6 Ｃ炭化物の析
出量を検出する手法であることから、従来のクリープボ
イド法より比較的軽微の材料劣化度を検出することが可
能となり、部材が初期硬さに分布を有する場合でも、こ
れに影響されることなく、簡便に材料劣化度を評価する
ことができ、さらに、ＣｒＭｏＶ鋼を用いた実機に対し
て、その据え付け現場で適用することが可能であるか
ら、余寿命診断を実施する上で作業性に優れ、検出精度
も高いという多くの利点を有する。
で応力が負荷された状態で使用されるときクリープ損傷
を生ずるが、これを非破壊的に検出する従来の硬さ低下
法やクリープボイド法などには、実施上種々の問題があ
ったが、これを解決するためになされた本発明の炭化物
検出方法は、被測定材に、分極測定用セル内の飽和ピク
リン酸溶液電解液を接触させ、被測定材とセル内対極間
に電位を負荷、掃引することにより、電気分極波形を
得、電気分極波形における２番目のアノードピーク電
流、即ち、２次ピーク電流が、被測定材表面上のＭｏ−
ｒｉｃｈの析出炭化物Ｍ6 Ｃに関係を有することを見出
した点に特徴があり、本発明の方法がＭ6 Ｃ炭化物の析
出量を検出する手法であることから、従来のクリープボ
イド法より比較的軽微の材料劣化度を検出することが可
能となり、部材が初期硬さに分布を有する場合でも、こ
れに影響されることなく、簡便に材料劣化度を評価する
ことができ、さらに、ＣｒＭｏＶ鋼を用いた実機に対し
て、その据え付け現場で適用することが可能であるか
ら、余寿命診断を実施する上で作業性に優れ、検出精度
も高いという多くの利点を有する。
【図１】本発明の方法に用いる各供試材の（ａ）は硬
さ、（ｂ）は炭化物サイズ、（ｃ）はシャルピー衝撃試
験延性破面遷移温度（ＦＡＴＴ）を示す材料別特性図
さ、（ｂ）は炭化物サイズ、（ｃ）はシャルピー衝撃試
験延性破面遷移温度（ＦＡＴＴ）を示す材料別特性図
【図２】本発明の方法に用いられる電気分極測定用セル
の構造を示す模式断面図
の構造を示す模式断面図
【図３】図２のセルにより測定した電気分極波形図
【図４】電気分極波形の２次アノードピーク電流を各供
試材別にプロットした線図
試材別にプロットした線図
【図５】（ａ）は研磨したままの試料、（ｂ）は２次ア
ノードピーク電流出現直後、電位掃引を中断した試料の
それぞれを電子顕微鏡によって表わす金属組織を示す写
真
ノードピーク電流出現直後、電位掃引を中断した試料の
それぞれを電子顕微鏡によって表わす金属組織を示す写
真
【図６】１次アノードピーク電流と２次アノードピーク
電流間の電位で電位掃引を中断した試料を電子顕微鏡に
よって表わす金属組織を示す写真
電流間の電位で電位掃引を中断した試料を電子顕微鏡に
よって表わす金属組織を示す写真
【図７】炭化物の分析結果を示し（ａ）は金属組織中の
Ｍ6 Ｃ炭化物を電子顕微鏡によって表わす金属組織を示
す写真，（ｂ）は炭化物の成分スペクトル線図
Ｍ6 Ｃ炭化物を電子顕微鏡によって表わす金属組織を示
す写真，（ｂ）は炭化物の成分スペクトル線図
【図８】炭化物の結晶構造を電子線回折によって表わす
結晶構造を示す写真
結晶構造を示す写真
【符号の説明】 １ アクリル樹脂板 ２ 第１容器 ３ 第２容器 ４ 第３容器 ５ 第４容器 ６ ゴム製リング ７ ゴム製リング ８ ゴム栓 ９ ＫＣｌ飽和溶液 １０ 基準電極 １１ 電解液 １２ ガラス管 １３ 貫通孔 １４ ゴム板 １５ 被測定材 １６ ガラス管 １７ 導線 １８ 対極 １９ 導線 ２０ 定電位発生装置 ２１ 塩橋 ２２ 記録計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 照継 宮城県仙台市青葉区一番町３丁目７番１号 東北電力株式会社内 (72)発明者 山下 満男 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】被測定材に電解液を接触させ、被測定材と
電解液との間に電位を掃引することによりアノード電流
分極波形を得、その２次アノードピーク電流から、被測
定材の炭化物析出の有無および析出量を検出することを
特徴とする電気化学的分極法による低合金鋼の炭化物検
出方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、電解液は飽
和ピクリン酸溶液を用いることを特徴とする電気化学的
分極法による低合金鋼の炭化物検出方法。 - 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、低
合金鋼はＣｒＭｏＶ鋼であることを特徴とする電気化学
的分極法による低合金鋼の炭化物検出方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３記載の方法において、炭
化物はＭｏ−ｒｉｃｈのＭ6 Ｃであることを特徴とする
電気化学的分極法による低合金鋼の炭化物検出方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05059607A JP3121953B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 電気化学的分極法による低合金鋼の炭化物検出方法 |
| US08/155,873 US5505827A (en) | 1993-02-24 | 1993-11-23 | Method of detecting carbides in alloy steels by electrochemical polarization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05059607A JP3121953B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 電気化学的分極法による低合金鋼の炭化物検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06249828A true JPH06249828A (ja) | 1994-09-09 |
| JP3121953B2 JP3121953B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=13118117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05059607A Expired - Fee Related JP3121953B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 電気化学的分極法による低合金鋼の炭化物検出方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5505827A (ja) |
| JP (1) | JP3121953B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010230637A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 脆化度判定方法 |
| CN104820002A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-08-05 | 山东大学 | 基于电化学检测装置的淬硬钢加工白层检测方法 |
| US9334749B2 (en) | 2013-10-18 | 2016-05-10 | Abb Technology Ag | Auxiliary power system for turbine-based energy generation system |
| US9577557B2 (en) | 2013-10-18 | 2017-02-21 | Abb Schweiz Ag | Turbine-generator system with DC output |
| US9614457B2 (en) | 2013-10-18 | 2017-04-04 | Abb Schweiz Ag | Modular thyristor-based rectifier circuits |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7572360B2 (en) * | 2005-09-30 | 2009-08-11 | Fatigue Solutions Corp. | Electrochemical fatigue sensor systems and methods |
| CN102400205B (zh) * | 2010-09-19 | 2014-07-23 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种快速评价沟槽腐蚀性能的电解质溶液 |
| CN112129817B (zh) * | 2020-08-21 | 2022-01-04 | 中山大学 | 一种检测钢材中碳化物的方法 |
| CN113138157B (zh) * | 2021-04-08 | 2022-08-19 | 北京科技大学 | 一种铝合金挤压型材应力腐蚀敏感性无损评估方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3479256A (en) * | 1965-09-08 | 1969-11-18 | Nat Steel Corp | Process for testing the corrosion resistance of a metallic surface |
| US3925168A (en) * | 1972-07-26 | 1975-12-09 | Anaconda American Brass Co | Method of monitoring the active roughening agent in a copper plating bath |
| GB1434199A (en) * | 1972-10-19 | 1976-05-05 | Wilkinson Sword Ltd | Selective electrolytic dissolution of predetermined metals |
| US4160702A (en) * | 1978-04-21 | 1979-07-10 | General Motors Corporation | Electrochemical measurement of fatigue damage |
-
1993
- 1993-02-24 JP JP05059607A patent/JP3121953B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-11-23 US US08/155,873 patent/US5505827A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010230637A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 脆化度判定方法 |
| US9334749B2 (en) | 2013-10-18 | 2016-05-10 | Abb Technology Ag | Auxiliary power system for turbine-based energy generation system |
| US9577557B2 (en) | 2013-10-18 | 2017-02-21 | Abb Schweiz Ag | Turbine-generator system with DC output |
| US9614457B2 (en) | 2013-10-18 | 2017-04-04 | Abb Schweiz Ag | Modular thyristor-based rectifier circuits |
| CN104820002A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-08-05 | 山东大学 | 基于电化学检测装置的淬硬钢加工白层检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5505827A (en) | 1996-04-09 |
| JP3121953B2 (ja) | 2001-01-09 |
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