JPH07104320B2 - 金属材料の脆化診断装置 - Google Patents
金属材料の脆化診断装置Info
- Publication number
- JPH07104320B2 JPH07104320B2 JP62153834A JP15383487A JPH07104320B2 JP H07104320 B2 JPH07104320 B2 JP H07104320B2 JP 62153834 A JP62153834 A JP 62153834A JP 15383487 A JP15383487 A JP 15383487A JP H07104320 B2 JPH07104320 B2 JP H07104320B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- embrittlement
- cell
- reference electrode
- measured
- microelectrode
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- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属材料の脆化診断装置に関し、詳しくは高温
下で使用されている金属材料、特に合金鋼（クロム・モ
リブテン鋼，クロム・モリブテン・バナジウム鋼，ステ
ンレス鋼等）の腐食電位の経時変化を現場測定して、こ
の腐食電位の変動状態に着目してその周波数特性から金
属材料の経年的材質劣化を非破壊的に診断する装置に関
する。
下で使用されている金属材料、特に合金鋼（クロム・モ
リブテン鋼，クロム・モリブテン・バナジウム鋼，ステ
ンレス鋼等）の腐食電位の経時変化を現場測定して、こ
の腐食電位の変動状態に着目してその周波数特性から金
属材料の経年的材質劣化を非破壊的に診断する装置に関
する。
一般に、石油精製等の化学工業をはじめとする様々な工
業分野では、高温下でもすぐれた機械的性質を有するク
ロム・モリブテン鋼，クロム・モリブテン・バナジウム
鋼，ステンレス鋼などの合金鋼に代表される金属材料
が、各種の構造部材（化学プラントの反応器，熱交換器
その他の塔槽類、加熱炉チューブその他の配管類、ター
ビンのローター，ケーシング等の原動機部材）に広く用
いられている。
業分野では、高温下でもすぐれた機械的性質を有するク
ロム・モリブテン鋼，クロム・モリブテン・バナジウム
鋼，ステンレス鋼などの合金鋼に代表される金属材料
が、各種の構造部材（化学プラントの反応器，熱交換器
その他の塔槽類、加熱炉チューブその他の配管類、ター
ビンのローター，ケーシング等の原動機部材）に広く用
いられている。
このような金属材料は、長時間使用することにより、炭
化物の粗大化やリン等の不純物偏析が生じて脆化が起こ
ることが知られている。従来、上述の如き金属材料の脆
化の程度は破壊試験によって評価されてきたが、プラン
トの実構造部材の一部を切り出し、これを試験片として
破壊しなければ脆化の有無を判定できないという致命的
な欠点があった。また、構造部材によっては試験片を採
取することが困難な場合もあり、非破壊的な検出技術が
望まれていた。
化物の粗大化やリン等の不純物偏析が生じて脆化が起こ
ることが知られている。従来、上述の如き金属材料の脆
化の程度は破壊試験によって評価されてきたが、プラン
トの実構造部材の一部を切り出し、これを試験片として
破壊しなければ脆化の有無を判定できないという致命的
な欠点があった。また、構造部材によっては試験片を採
取することが困難な場合もあり、非破壊的な検出技術が
望まれていた。
そこで、本発明者らは上述の非破壊的な脆化の判定方法
を開発すべく鋭意研究を重ね、その過程において金属材
料の腐食電位の経時変化を測定して腐食電位の変動状態
を判定の指標とする方法を開発することに既に成功して
いる。特願昭60−285600（特開昭62−145157号公報）。
を開発すべく鋭意研究を重ね、その過程において金属材
料の腐食電位の経時変化を測定して腐食電位の変動状態
を判定の指標とする方法を開発することに既に成功して
いる。特願昭60−285600（特開昭62−145157号公報）。
本発明者らはさらに研究を続け、上述の方法のうち、特
に金属材料の腐食電位の変動状態を、最大エントロピー
法（MEMN）を用いてスペクトル解析する方法が金属材料
の劣化を定量的かつ正確に評価できることに着目し、そ
の方法を容易かつ合理的に行い得る装置の開発に努力を
重ねた。
に金属材料の腐食電位の変動状態を、最大エントロピー
法（MEMN）を用いてスペクトル解析する方法が金属材料
の劣化を定量的かつ正確に評価できることに着目し、そ
の方法を容易かつ合理的に行い得る装置の開発に努力を
重ねた。
本発明は高温下で使用されている合金鋼等の金属材料の
経年的材質劣化（特に脆化）を非破壊的にしかも正確か
つ簡便に行うことを目的とし、その構成は金属材料より
なる被測定物に圧接する当接開口部を有すると共に内部
に試験溶液を装填し且つ参照電極を備えた電位測定用セ
ルと、前記被測定物と参照電極のそれぞれに連結された
電位計と、該電位計で測定した電位の経時変化から最大
エントロピー法を用いたスペクトル解析によって健全材
と脆化材とのスペクトルの面積差を算出する演算機と、
該演算機で算出された結果を表示する記録計を備えたこ
とを特徴とする金属材料の脆化診断装置である。
経年的材質劣化（特に脆化）を非破壊的にしかも正確か
つ簡便に行うことを目的とし、その構成は金属材料より
なる被測定物に圧接する当接開口部を有すると共に内部
に試験溶液を装填し且つ参照電極を備えた電位測定用セ
ルと、前記被測定物と参照電極のそれぞれに連結された
電位計と、該電位計で測定した電位の経時変化から最大
エントロピー法を用いたスペクトル解析によって健全材
と脆化材とのスペクトルの面積差を算出する演算機と、
該演算機で算出された結果を表示する記録計を備えたこ
とを特徴とする金属材料の脆化診断装置である。
本発明の装置を図面に基いてさらに詳しく説明する。第
１図は本発明の装置の概略を、また第２図はその一例を
示す説明図である。
１図は本発明の装置の概略を、また第２図はその一例を
示す説明図である。
まず、電位測定用セル１は、当接開口部を被測定物２
（測定の対象物、通常は劣化した構造材）に圧接させて
容器状に構成したものであり、その中には参照電極３が
存在し、また内部には試験溶液４が充満している。この
電位測定用セル１は、様々な構成のものが考えられる
が、例えば第２図に示すように、先端が被測定物２に近
接した微小電極形成用キャピラリー５を備えた微小電極
用セル６と、該微小電極用セルと電気的に連結された参
照電極用セル７からなるものがある。この微小電極用セ
ル６では、例えば筒状体８を被測定物２に圧接させて容
器を構成し、その内部には試験溶液４を充填しておく。
また、この微小電極用セル６には、被測定物２に先端を
近接させた微小電極形成用キャピラリー５を設ける。さ
らに被測定物２から電極リード線９が伸びており、これ
が電位計10に連絡している。ここで、微小電極用セル６
内の試験溶液４は、金属材料からなる被測定物２の脆化
箇所に対して選択的腐食性を示すものから選定される。
具体的には被測定物の材質により異なるが、クロム・モ
リブテン鋼やクロム・モリブテン・バナジウム鋼に対し
ては１〜10容量％の硝酸を含有するアルコール（ナイタ
ール），濃度１〜10容量％の硝酸水溶液あるいは塩酸，
硝酸およびグリセリンを混合したヴレラ溶液など酸化剤
として作用する電解液が好ましい。
（測定の対象物、通常は劣化した構造材）に圧接させて
容器状に構成したものであり、その中には参照電極３が
存在し、また内部には試験溶液４が充満している。この
電位測定用セル１は、様々な構成のものが考えられる
が、例えば第２図に示すように、先端が被測定物２に近
接した微小電極形成用キャピラリー５を備えた微小電極
用セル６と、該微小電極用セルと電気的に連結された参
照電極用セル７からなるものがある。この微小電極用セ
ル６では、例えば筒状体８を被測定物２に圧接させて容
器を構成し、その内部には試験溶液４を充填しておく。
また、この微小電極用セル６には、被測定物２に先端を
近接させた微小電極形成用キャピラリー５を設ける。さ
らに被測定物２から電極リード線９が伸びており、これ
が電位計10に連絡している。ここで、微小電極用セル６
内の試験溶液４は、金属材料からなる被測定物２の脆化
箇所に対して選択的腐食性を示すものから選定される。
具体的には被測定物の材質により異なるが、クロム・モ
リブテン鋼やクロム・モリブテン・バナジウム鋼に対し
ては１〜10容量％の硝酸を含有するアルコール（ナイタ
ール），濃度１〜10容量％の硝酸水溶液あるいは塩酸，
硝酸およびグリセリンを混合したヴレラ溶液など酸化剤
として作用する電解液が好ましい。
また、キャピラリー５の先端部は、内径が100μｍ以
下、好ましくは５〜50μｍ程度であって、これをできる
だけ被測定物２に近づけておくことが好ましい。具体的
にはキャピラリー５先端部と被測定物２との距離を0.1m
m以下、特に20〜50μｍ程度に調節することが好適であ
る。
下、好ましくは５〜50μｍ程度であって、これをできる
だけ被測定物２に近づけておくことが好ましい。具体的
にはキャピラリー５先端部と被測定物２との距離を0.1m
m以下、特に20〜50μｍ程度に調節することが好適であ
る。
なお、このキャピラリー５の他端は、好ましくは試験溶
液４と参照電極電解液14との混合を防ぐため、微小電極
用セル６内に充填した試験溶液４と同じ試験溶液を満た
した緩衝液槽11に挿入し、この緩衝液槽11を塩橋12等の
手段を介して参照電解用セル７と電気的に連結してお
く。但し、短時間の測定においては、緩衝液槽11を省略
し、キャピラリー５の他端は直接参照電極用セル７に挿
入してもよい。このようにすると、キャピラリー５内に
は試験溶液４が充満して、このキャピラリー５先端部の
近接した被測定物２の微小部分が作用電極を構成するこ
ととなる。
液４と参照電極電解液14との混合を防ぐため、微小電極
用セル６内に充填した試験溶液４と同じ試験溶液を満た
した緩衝液槽11に挿入し、この緩衝液槽11を塩橋12等の
手段を介して参照電解用セル７と電気的に連結してお
く。但し、短時間の測定においては、緩衝液槽11を省略
し、キャピラリー５の他端は直接参照電極用セル７に挿
入してもよい。このようにすると、キャピラリー５内に
は試験溶液４が充満して、このキャピラリー５先端部の
近接した被測定物２の微小部分が作用電極を構成するこ
ととなる。
次に、参照電極用セル７内には、塩化カリウム飽和溶液
などの参照電極電解液14を充填し、前述の如く微小電極
用セル６と参照電極13を電気的に連結している。この参
照電極13としては各種のものがあり特に制限はないが、
例えば甘こう電極や銀−塩化銀電極がよい。この参照電
極13から電極リード線17が伸びており、これが電位計10
に連絡している。
などの参照電極電解液14を充填し、前述の如く微小電極
用セル６と参照電極13を電気的に連結している。この参
照電極13としては各種のものがあり特に制限はないが、
例えば甘こう電極や銀−塩化銀電極がよい。この参照電
極13から電極リード線17が伸びており、これが電位計10
に連絡している。
上記電位計10は、キャピラリー５先端部の近接した被測
定物２の微小部分の腐食電位の経時変化を、参照電極13
の電位を基準に測定できるものであればよい。具体的に
はデーターロガ式エレクトロメーターなどを好適なもの
としてあげることができる。
定物２の微小部分の腐食電位の経時変化を、参照電極13
の電位を基準に測定できるものであればよい。具体的に
はデーターロガ式エレクトロメーターなどを好適なもの
としてあげることができる。
本発明の装置では、上述の電位計10で測定した被測定物
２の微小部分の腐食電位の経時変化のデータを演算機15
に入力し、ここで最大エントロピー法（MEM）の手法を
用いて周波数解析を行い、被測定物２の脆化パラメータ
ーを算出する。なお、上記腐食電位の経時変化のデータ
をとるにあたっては、予め設定器により初期設定値をイ
ンプットしておくとよい。さらに、この腐食電位の経時
変化のデータは、A/Dコンバーターを介して演算器15に
入力することが好ましい。また、この演算器15は通常は
コンピューターとその周辺機器（例えばフロッピーディ
スク,CRTなど）で構成されている。
２の微小部分の腐食電位の経時変化のデータを演算機15
に入力し、ここで最大エントロピー法（MEM）の手法を
用いて周波数解析を行い、被測定物２の脆化パラメータ
ーを算出する。なお、上記腐食電位の経時変化のデータ
をとるにあたっては、予め設定器により初期設定値をイ
ンプットしておくとよい。さらに、この腐食電位の経時
変化のデータは、A/Dコンバーターを介して演算器15に
入力することが好ましい。また、この演算器15は通常は
コンピューターとその周辺機器（例えばフロッピーディ
スク,CRTなど）で構成されている。
上記演算機15で算出される脆化パラメーターは、電位計
10で測定した電位の経時変化から、最大エントロピー法
を用いたスペクトル解析により得られた健全材と脆化材
とのスペクトルの面積差であり、詳しくは次のようなも
のである。
10で測定した電位の経時変化から、最大エントロピー法
を用いたスペクトル解析により得られた健全材と脆化材
とのスペクトルの面積差であり、詳しくは次のようなも
のである。
即ち、一般に各種合金鋼の健全材と脆化材の腐食電位の
経時変化を比べると、脆化材は健全材よりも振幅が大き
く、突発型の電位変化が現れる。これらの電位変化は種
々の振幅及び周波数の波の集合と考えられるので、これ
を最大エントロピー法で周波数解析すると、脆化材は健
全材に比べてスペクトルが卓越していることがわかる。
そこでスペクトル解析によって得られる面積差（脆化材
と健全材のスペクトルの積分値の差）は、合金鋼の脆化
パラメーターとなるのである。なお、この脆化パラメー
ターとしての面積差は、シャルピー衝撃試験で得られる
シャルピー破面遷移温度差（ΔFATT）と非常に強い相関
が認められることからも、脆化の程度を判定する指標と
して高い信頼性を有するものである。
経時変化を比べると、脆化材は健全材よりも振幅が大き
く、突発型の電位変化が現れる。これらの電位変化は種
々の振幅及び周波数の波の集合と考えられるので、これ
を最大エントロピー法で周波数解析すると、脆化材は健
全材に比べてスペクトルが卓越していることがわかる。
そこでスペクトル解析によって得られる面積差（脆化材
と健全材のスペクトルの積分値の差）は、合金鋼の脆化
パラメーターとなるのである。なお、この脆化パラメー
ターとしての面積差は、シャルピー衝撃試験で得られる
シャルピー破面遷移温度差（ΔFATT）と非常に強い相関
が認められることからも、脆化の程度を判定する指標と
して高い信頼性を有するものである。
上述の脆化パラメーター算出の詳細は、特願昭60−2856
00明細書ならびに図面を参照すれば一層明らかである。
また、このスペクトル解析よって得られたある特定の周
波数帯域のスペクトルの強さを、合金鋼の脆化パラメー
ターとすることもできる。
00明細書ならびに図面を参照すれば一層明らかである。
また、このスペクトル解析よって得られたある特定の周
波数帯域のスペクトルの強さを、合金鋼の脆化パラメー
ターとすることもできる。
本発明の装置には、さらに記録計16が備えられており、
ここで上記演算機15で算出された演算結果として、腐食
電位の経時変化を表すグラフ及びスペクトル解析結果を
示すグラフとともに、スペクトル解析の面積差が表示さ
れる。
ここで上記演算機15で算出された演算結果として、腐食
電位の経時変化を表すグラフ及びスペクトル解析結果を
示すグラフとともに、スペクトル解析の面積差が表示さ
れる。
本発明の装置を用いれば、クロム・モリブテン鋼，クロ
ム・モリブテン・バナジウム鋼，ステンレス鋼などの合
金鋼に代表される金属材料の経年的材質劣化を、非破壊
的かつ高信頼性ならびに高感度，高精度にて診断するこ
とができる。
ム・モリブテン・バナジウム鋼，ステンレス鋼などの合
金鋼に代表される金属材料の経年的材質劣化を、非破壊
的かつ高信頼性ならびに高感度，高精度にて診断するこ
とができる。
したがって、本発明の装置によれば、化学プラント等の
各種工業の構造部材として用いられる各種の金属材料の
経年的材質劣化（特に脆化）の程度を正確に把握できる
ため、その構造部材の余寿命の評価や操業条件の選定等
に貴重なデータを提供することができる。
各種工業の構造部材として用いられる各種の金属材料の
経年的材質劣化（特に脆化）の程度を正確に把握できる
ため、その構造部材の余寿命の評価や操業条件の選定等
に貴重なデータを提供することができる。
第１図は本発明の装置の概略を示す説明図であり、また
第２図はその一例を示す説明図である。 図中、１は電位測定用セル、２は被測定物、３は参照電
極、４は試験溶液、５は微小電極形成用キャピラリー、
６は微小電極用セル、７は参照電極用セル、８は筒状
体、９は電極リード線、10は電位計、11は緩衝液槽、12
は塩橋、14は参照電極電解液、15は演算機、16は記録
計、17は電極リード線をそれぞれ示す。
第２図はその一例を示す説明図である。 図中、１は電位測定用セル、２は被測定物、３は参照電
極、４は試験溶液、５は微小電極形成用キャピラリー、
６は微小電極用セル、７は参照電極用セル、８は筒状
体、９は電極リード線、10は電位計、11は緩衝液槽、12
は塩橋、14は参照電極電解液、15は演算機、16は記録
計、17は電極リード線をそれぞれ示す。
Claims (2)
- 【請求項１】金属材料よりなる被測定物に圧接する当接
開口部を有すると共に内部に試験溶液を装填し且つ参照
電極を備えた電位測定用セルと、前記被測定物と参照電
極のそれぞれに連結された電位計と、該電位計で測定し
た電位の経時変化から最大エントロピー法を用いたスペ
クトル解析によって健全材と脆化材とのスペクトルの面
積差を算出する演算機と、該演算機で算出された演算結
果を表示する記録計を備えたことを特徴とする金属材料
の脆化診断装置。 - 【請求項２】電位測定用セルが、先端が被測定物に近接
した微小電極形成用キャピラリーを備えた微小電極用セ
ルと、該微小電極用セルと電気的に連結された参照電極
用セルからなるものである特許請求の範囲第１項記載の
脆化診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62153834A JPH07104320B2 (ja) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | 金属材料の脆化診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62153834A JPH07104320B2 (ja) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | 金属材料の脆化診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63317759A JPS63317759A (ja) | 1988-12-26 |
| JPH07104320B2 true JPH07104320B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=15571112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62153834A Expired - Lifetime JPH07104320B2 (ja) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | 金属材料の脆化診断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07104320B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3340317B2 (ja) * | 1995-08-24 | 2002-11-05 | 松下電器産業株式会社 | 金属の表面状態評価方法及び半導体装置の製造方法 |
-
1987
- 1987-06-19 JP JP62153834A patent/JPH07104320B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63317759A (ja) | 1988-12-26 |
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