JPH10170691A - 金属部材の表面改質方法 - Google Patents
金属部材の表面改質方法Info
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- JPH10170691A JPH10170691A JP8328204A JP32820496A JPH10170691A JP H10170691 A JPH10170691 A JP H10170691A JP 8328204 A JP8328204 A JP 8328204A JP 32820496 A JP32820496 A JP 32820496A JP H10170691 A JPH10170691 A JP H10170691A
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- Japan
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- corrosion
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
Landscapes
- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】原子力発電プラントや火力発電プラント等の腐
食環境中で使用される炭素鋼及び低合金鋼製機器・配管
では腐食疲労，応力腐食割れ及び腐食等による寿命低下
が問題となっている。 【解決手段】機械部品の表面の介在物１特に硫黄系介在
物１−１をはじめに除去し、その後、表面層に塑性加工
を施す。
食環境中で使用される炭素鋼及び低合金鋼製機器・配管
では腐食疲労，応力腐食割れ及び腐食等による寿命低下
が問題となっている。 【解決手段】機械部品の表面の介在物１特に硫黄系介在
物１−１をはじめに除去し、その後、表面層に塑性加工
を施す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属部材の表面改質
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明に関連する試験法はJIS G 0560に
鋼のサルファプリント試験方法があるが、これは、鋼中
の硫黄（Ｓ）の分布状態を可視化し、Ｓ含有量を定性的
に判定する材料試験方法である。そのため、試験終了後
は、試験表面を研摩して、試験前と同じ表面状態に戻し
て機械部品として実用に供する。
鋼のサルファプリント試験方法があるが、これは、鋼中
の硫黄（Ｓ）の分布状態を可視化し、Ｓ含有量を定性的
に判定する材料試験方法である。そのため、試験終了後
は、試験表面を研摩して、試験前と同じ表面状態に戻し
て機械部品として実用に供する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】原子力発電プラントや
火力発電プラント等の腐食環境中で使用される炭素鋼及
び低合金鋼製機器・配管では腐食疲労，応力腐食割れ及
び腐食等による寿命低下が問題となっている。
火力発電プラント等の腐食環境中で使用される炭素鋼及
び低合金鋼製機器・配管では腐食疲労，応力腐食割れ及
び腐食等による寿命低下が問題となっている。
【０００４】本発明の目的はかかる環境で使用される機
器と材料の腐食疲労，応力腐食割れ及び耐食に関する寿
命及び強度向上対策法を提供することにある。
器と材料の腐食疲労，応力腐食割れ及び耐食に関する寿
命及び強度向上対策法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】炭素鋼及び低合金鋼の腐
食疲労，応力腐食割れ及び耐食に関する寿命及び強度に
は材料中の硫黄Ｓ，燐Ｐ，珪素Ｓｉ，アルミニウムＡｌ
等の不純物、特にＳが悪影響を及ぼし、不純物を低減す
ることによりこれらの特性を改善できることが知られて
いる。不純物を低減するための製鋼技術改善の努力はこ
のために行われている。
食疲労，応力腐食割れ及び耐食に関する寿命及び強度に
は材料中の硫黄Ｓ，燐Ｐ，珪素Ｓｉ，アルミニウムＡｌ
等の不純物、特にＳが悪影響を及ぼし、不純物を低減す
ることによりこれらの特性を改善できることが知られて
いる。不純物を低減するための製鋼技術改善の努力はこ
のために行われている。
【０００６】腐食疲労，応力腐食割れ及び耐食等の腐食
環境に起因する損傷は、材料の最表面から始まるので、
材料の内部も含めた全体的な特性を改善しなくても表面
層を改質することによって防止できる。
環境に起因する損傷は、材料の最表面から始まるので、
材料の内部も含めた全体的な特性を改善しなくても表面
層を改質することによって防止できる。
【０００７】本発明の目的は材料の最表面の耐食性を改
善後に表面層の強度改善を図ることによって前項で述べ
た目的を達成することにある。
善後に表面層の強度改善を図ることによって前項で述べ
た目的を達成することにある。
【０００８】材料の最表面の耐食性の改善は、不純物を
化学的または電気化学的除去によって行い、表面層の強
度改善は表面層の塑性加工によって行う。
化学的または電気化学的除去によって行い、表面層の強
度改善は表面層の塑性加工によって行う。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１から４の実施例
について以下に説明する。
について以下に説明する。
【００１０】発明の請求項２の実施例のフローを図１に
示す。表面に図２に示すような介在物１を有する金属部
材２が図３に示すように腐食環境３中に曝され、かつ形
状不連続部２−１等のために引張応力が集中する部分、
及び溶接部２−２等のように製造上の理由により引張残
留応力が存在する部分、または、応力集中による引張り
応力は受けないが腐食環境中に曝される平滑部２−３の
全表面または一部の表面に本発明を実施する場合、施工
部位を滑らかにするために表面研摩（１０２）する。
示す。表面に図２に示すような介在物１を有する金属部
材２が図３に示すように腐食環境３中に曝され、かつ形
状不連続部２−１等のために引張応力が集中する部分、
及び溶接部２−２等のように製造上の理由により引張残
留応力が存在する部分、または、応力集中による引張り
応力は受けないが腐食環境中に曝される平滑部２−３の
全表面または一部の表面に本発明を実施する場合、施工
部位を滑らかにするために表面研摩（１０２）する。
【００１１】はじめから滑らかな場合は請求項１のよう
に表面研摩を省くことができる。次に部材表面の非金属
介在物１−１のまたは金属介在物１−２の少なくとも何
れか一方の介在物１を除去処理をするために、プリント
法を採用するか否か判定する（１０３）。１０３の判定
基準は厳密ではないがおおよそ、運転中の機器でない、
運転中の機器でも部材を取り外せない、取り外せるが部
材寸法が大きい、移動できない等の場合は繰り返しプリ
ント（１０７）を実施する。この場合が実施例の６であ
る。
に表面研摩を省くことができる。次に部材表面の非金属
介在物１−１のまたは金属介在物１−２の少なくとも何
れか一方の介在物１を除去処理をするために、プリント
法を採用するか否か判定する（１０３）。１０３の判定
基準は厳密ではないがおおよそ、運転中の機器でない、
運転中の機器でも部材を取り外せない、取り外せるが部
材寸法が大きい、移動できない等の場合は繰り返しプリ
ント（１０７）を実施する。この場合が実施例の６であ
る。
【００１２】まず、繰り返しプリント（１０７）を実施
するフローについて説明する。最初に表面を研摩して滑
らかにした部位に希硫酸溶液中に浸した写真印画紙４を
密着して図４に示すように貼り付ける。材料中にＭｎＳ
の介在物１−２の形で、また、単独介在物１−１で存在
するＳは、硫酸と反応して溶け出して硫酸ガスとなり、
印画紙４のＡｇと反応して印画紙４を茶褐色に変色させ
る。ＪＩＳ規定のサルファプリント試験方法では一定時
間放置後に剥がして定着処理を行い、規定の方法で判定
する。ここでは剥がして印画紙が茶褐色に変色している
場合は、新しい印画紙を再び密着して貼り付け上記と同
様にする。変色する場合はこれを繰り返す、変色がみら
れなくなったら最後に検査用のサルファプリント（１０
８）を行う。ここでは剥がした印画紙の変色程度を比較
試験等などによって検査し、白色であることを確認す
る。白色度とサルファプリントの繰り返し回数の関係は
図５に示すとおりで、回数が多くなると変色しなくな
る。適正回数は、材質，部材と環境の温度に応じて変わ
るが、２，３回が目安となり、比較試験で決定する。こ
の後に、表面を洗浄する。この時点での部材表面層の断
面は図６に示すように、表面に露出していたＳやＭｎＳ
の溶出した跡が凹みとなって残る。この状態は化学溶解
からみた場合、均質材の状態であり、表面からの溶解ア
タックに対して耐食性が高くなる。
するフローについて説明する。最初に表面を研摩して滑
らかにした部位に希硫酸溶液中に浸した写真印画紙４を
密着して図４に示すように貼り付ける。材料中にＭｎＳ
の介在物１−２の形で、また、単独介在物１−１で存在
するＳは、硫酸と反応して溶け出して硫酸ガスとなり、
印画紙４のＡｇと反応して印画紙４を茶褐色に変色させ
る。ＪＩＳ規定のサルファプリント試験方法では一定時
間放置後に剥がして定着処理を行い、規定の方法で判定
する。ここでは剥がして印画紙が茶褐色に変色している
場合は、新しい印画紙を再び密着して貼り付け上記と同
様にする。変色する場合はこれを繰り返す、変色がみら
れなくなったら最後に検査用のサルファプリント（１０
８）を行う。ここでは剥がした印画紙の変色程度を比較
試験等などによって検査し、白色であることを確認す
る。白色度とサルファプリントの繰り返し回数の関係は
図５に示すとおりで、回数が多くなると変色しなくな
る。適正回数は、材質，部材と環境の温度に応じて変わ
るが、２，３回が目安となり、比較試験で決定する。こ
の後に、表面を洗浄する。この時点での部材表面層の断
面は図６に示すように、表面に露出していたＳやＭｎＳ
の溶出した跡が凹みとなって残る。この状態は化学溶解
からみた場合、均質材の状態であり、表面からの溶解ア
タックに対して耐食性が高くなる。
【００１３】一方、介在物の存在する表面層の板厚断面
をみると、図７に示すように表面研摩（１０２）状態で
は一般に、製造や研摩などにより発生した引張り残留応
力が分布しており、これに繰り返しサルファプリント
（１０８）を行うと図８に示すように、介在物が溶出し
た凹み５の残留応力は介在物が溶出する前よりも高くな
る。外部荷重に対しても凹みは新たな応力集中源とな
り、強度の観点からは、繰り返しサルファプリント（１
０８）実施前よりも悪い状態になる。
をみると、図７に示すように表面研摩（１０２）状態で
は一般に、製造や研摩などにより発生した引張り残留応
力が分布しており、これに繰り返しサルファプリント
（１０８）を行うと図８に示すように、介在物が溶出し
た凹み５の残留応力は介在物が溶出する前よりも高くな
る。外部荷重に対しても凹みは新たな応力集中源とな
り、強度の観点からは、繰り返しサルファプリント（１
０８）実施前よりも悪い状態になる。
【００１４】そこで、図１の１１１で表面塑性加工の要
否を判定する。引張残留応力が低い場合や負荷応力が低
い場合は表面塑性加工不要と判断し終了（１１５）する
ことができ、これは請求項３の実施例となる。
否を判定する。引張残留応力が低い場合や負荷応力が低
い場合は表面塑性加工不要と判断し終了（１１５）する
ことができ、これは請求項３の実施例となる。
【００１５】表面塑性加工１１２を実施する場合は、ウ
ォータージェットピーニング（WJP)，ショット（鋼球，
サンド，グラスビーズ）ピーニング（ＳＰ），ワイヤピ
ーニング（ＷＰ），表面ロール（ＳＲ）等の何れかによ
って行う場合が請求項７の実施例である。
ォータージェットピーニング（WJP)，ショット（鋼球，
サンド，グラスビーズ）ピーニング（ＳＰ），ワイヤピ
ーニング（ＷＰ），表面ロール（ＳＲ）等の何れかによ
って行う場合が請求項７の実施例である。
【００１６】最も好適な実施例は図９に示すＷＪＰであ
る。ＷＪＰは図９に示すようにノズル６からキャビテー
ション７を含む水ジェット８を金属部部材２に衝突させ
て、キャビテーション７の崩壊圧力で金属部部材２の表
面層に押し延ばし塑性変形を与えて、施工後には図１０
に示すような圧縮残留応力を発生させることができる。
水ジェット８は大気中または水中の何れでもできる。Ｓ
Ｐ，ＷＰ，ＳＲも手法は異なるが表面層に押し延ばし塑
性変形を与えて圧縮残留応力を発生させる点では同じで
ある。ＷＪＰの利点は表面での開口が狭く、深い凹みで
も水ジェット８は中に侵入しやすく高い圧縮残留応力が
得られる。
る。ＷＪＰは図９に示すようにノズル６からキャビテー
ション７を含む水ジェット８を金属部部材２に衝突させ
て、キャビテーション７の崩壊圧力で金属部部材２の表
面層に押し延ばし塑性変形を与えて、施工後には図１０
に示すような圧縮残留応力を発生させることができる。
水ジェット８は大気中または水中の何れでもできる。Ｓ
Ｐ，ＷＰ，ＳＲも手法は異なるが表面層に押し延ばし塑
性変形を与えて圧縮残留応力を発生させる点では同じで
ある。ＷＪＰの利点は表面での開口が狭く、深い凹みで
も水ジェット８は中に侵入しやすく高い圧縮残留応力が
得られる。
【００１７】ここで確認プリント１１３を行い、白色度
に変化がなければ（１１４）終了する（１１５）。塑性
加工により表面直下のＳ介在物が新しく露出して印画紙
４が茶褐色に変色した場合は、１０３に戻り再度１０３
から１１４を繰り返す。これは請求項４の実施例であ
る。
に変化がなければ（１１４）終了する（１１５）。塑性
加工により表面直下のＳ介在物が新しく露出して印画紙
４が茶褐色に変色した場合は、１０３に戻り再度１０３
から１１４を繰り返す。これは請求項４の実施例であ
る。
【００１８】次に、請求項５の実施例について述べる。
この実施例は、図１で１０３から１０４，１０５，１０
６，１０７を経由して１１５で終了する。これまでの実
施例と異なるところは、１０４の繰り返しサルファプリ
ントに変えて、図１１のように希硫酸等の腐食液９を満
たした容器１０の中に金属部部材２を浸漬して、化学溶
解により介在物１を溶かし（１０４）た後引上げて検査
ＳＰ（１０５）を行い、白色度（１０９）を調べ、白色
度が不十分な場合は再度腐食を行う。介在物１が溶解し
つくして後は洗浄（１１０）し、以下先に述べた１１１
から１１５と同様にして行われる。この時の浸漬時間は
図１２に示すプリント白色度と腐食時間曲線からおおよ
そ決めることができる。通常１０min 程度以上である。
また、図示を省いたが、応用した実施例として単なる化
学溶解に変えて外部電源から金属部部材２が正極、容器
を負極として強制的に溶解することもできる。また、容
器１０中に浸漬するのではなく、図１２のように腐食液
含浸材１１を用いて局部的に、選択的に腐食溶解により
介在物１除去を行うことができる。
この実施例は、図１で１０３から１０４，１０５，１０
６，１０７を経由して１１５で終了する。これまでの実
施例と異なるところは、１０４の繰り返しサルファプリ
ントに変えて、図１１のように希硫酸等の腐食液９を満
たした容器１０の中に金属部部材２を浸漬して、化学溶
解により介在物１を溶かし（１０４）た後引上げて検査
ＳＰ（１０５）を行い、白色度（１０９）を調べ、白色
度が不十分な場合は再度腐食を行う。介在物１が溶解し
つくして後は洗浄（１１０）し、以下先に述べた１１１
から１１５と同様にして行われる。この時の浸漬時間は
図１２に示すプリント白色度と腐食時間曲線からおおよ
そ決めることができる。通常１０min 程度以上である。
また、図示を省いたが、応用した実施例として単なる化
学溶解に変えて外部電源から金属部部材２が正極、容器
を負極として強制的に溶解することもできる。また、容
器１０中に浸漬するのではなく、図１２のように腐食液
含浸材１１を用いて局部的に、選択的に腐食溶解により
介在物１除去を行うことができる。
【００１９】
【発明の効果】請求項１によれば、運転中または製作中
の機械部品の表面から不純物が除去され、その後表面層
が強化されるので表面層が改質され、機械部品の腐食疲
労強度，対応力腐食割れ性，耐食性を向上することがで
きる。
の機械部品の表面から不純物が除去され、その後表面層
が強化されるので表面層が改質され、機械部品の腐食疲
労強度，対応力腐食割れ性，耐食性を向上することがで
きる。
【００２０】請求項２によれば、表面が平滑になり、そ
のために不純物除去効果が高められ、より高い表面改質
を達成できる。
のために不純物除去効果が高められ、より高い表面改質
を達成できる。
【００２１】請求項３によれば、不純物除去跡の凹みに
腐食液の滞留がなくなるので、施工の信頼性が高まる。
腐食液の滞留がなくなるので、施工の信頼性が高まる。
【００２２】請求項４によれば、介在物を完全に除去で
きるのでよりよい表面改質層を得ることができる。
きるのでよりよい表面改質層を得ることができる。
【００２３】請求項５によれば、機械部品の全体の表面
または一部分の表面を選択的に、効率よく改質できる。
または一部分の表面を選択的に、効率よく改質できる。
【００２４】請求項６によれば、機械部品の一部分の選
択された表面の表面改質を簡単容易に行うことができ
る。
択された表面の表面改質を簡単容易に行うことができ
る。
【００２５】請求項７によれば、表面強化処理としてウ
ォータージェットピーニング，ショット（鋼球，サン
ド，グラスビーズ）ピーニング，ワイヤピーニング，表
面ロール等の機械的な表面塑性加工が施されるので耐食
性に加えて機械的強度が高められ、圧縮残留応力が付与
されるので、腐食疲労強度と対応力腐食割れ性に優れた
表面改質層が得られる。
ォータージェットピーニング，ショット（鋼球，サン
ド，グラスビーズ）ピーニング，ワイヤピーニング，表
面ロール等の機械的な表面塑性加工が施されるので耐食
性に加えて機械的強度が高められ、圧縮残留応力が付与
されるので、腐食疲労強度と対応力腐食割れ性に優れた
表面改質層が得られる。
【図１】本発明の実施例の手順を示すフローチャート。
【図２】本発明実施前の機械部品表面の介在物の状況を
示す説明図。
示す説明図。
【図３】本発明を適用する機械部品の実働中または、若
しくは使用予定状況を示す説明図。
しくは使用予定状況を示す説明図。
【図４】機械部品表面に希硫酸を含浸した印画紙を貼り
付けた状況の説明図。
付けた状況の説明図。
【図５】印画紙の白色度を判定する特性図。
【図６】介在物除去後の機械部品の断面図。
【図７】表面層に引張り残留応力を持つ機械部品の介在
物のある断面図。
物のある断面図。
【図８】表面層に引張り残留応力を持つ機械部品の介在
物除去後の断面形状と引張り残留応力分布を示す説明
図。
物除去後の断面形状と引張り残留応力分布を示す説明
図。
【図９】介在物除去後の機械部品の断面図ウォータジェ
ットピーニングを施工している状況を示す説明図。
ットピーニングを施工している状況を示す説明図。
【図１０】介在物除去後の機械部品の断面図ウォータジ
ェットピーニングを施工した後の残留応力が引張りから
圧縮に改善されていることを示す説明図。
ェットピーニングを施工した後の残留応力が引張りから
圧縮に改善されていることを示す説明図。
【図１１】容器中に浸漬して介在物を除去している様子
を示す部分的な断面図。
を示す部分的な断面図。
【図１２】腐食時間とプリント白色度を示す特性図。
【図１３】腐食液含浸材で局部的に介在物を除去してい
る様子を示す説明図。
る様子を示す説明図。
１…介在物、１−１…非金属介在物、１−２…金属介在
物、２…金属部部材、２−１…形状不連続部、２−２…
溶接部、２−３…平滑部、３…腐食環境、４…写真印画
紙、５…凹み、６…ノズル、７…キャビテーション、８
…水ジェット、９…腐食液、１０…容器、１１…腐食液
含浸材。
物、２…金属部部材、２−１…形状不連続部、２−２…
溶接部、２−３…平滑部、３…腐食環境、４…写真印画
紙、５…凹み、６…ノズル、７…キャビテーション、８
…水ジェット、９…腐食液、１０…容器、１１…腐食液
含浸材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 明彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 平野 敦也 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 服部 成雄 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 林 英策 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 植山 淑治 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 林 眞琴 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】運転中及び製作中の機械部品を構成する金
属部材の表面改質方法において、前記金属部材表面の非
金属介在物およびまたは金属介在物の除去処理をした後
に表面強化処理を施したことを特徴とする金属部材の表
面改質方法。 - 【請求項２】請求項１において、前記金属部材表面の研
摩をあらかじめ行う金属部材の表面改質方法。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記金
属表面を洗浄し、その後、表面強化処理を施した金属部
材の表面改質方法。 - 【請求項４】請求項１，２または３において、後で介在
物検査を行い、前記介在物が認められ場合に、繰り返し
て実施する金属部材の表面改質方法。 - 【請求項５】請求項１，２，３または４において、電気
化学溶解または化学溶解の何れかによって行って除去す
る金属部材の表面改質方法。 - 【請求項６】請求項１，２，３，４または５の介在物除
去処理としてサルファプリントを行う金属部材の表面改
質方法。 - 【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６におい
て、表面強化処理として前記表面層に塑性加工処理を施
した金属部材の表面改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8328204A JPH10170691A (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 金属部材の表面改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8328204A JPH10170691A (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 金属部材の表面改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10170691A true JPH10170691A (ja) | 1998-06-26 |
Family
ID=18207621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8328204A Pending JPH10170691A (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 金属部材の表面改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10170691A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003066186A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-05 | Toshiba Corp | 炭素鋼部材の腐食抑制方法および装置 |
| JP2007178157A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Toshiba Corp | 原子力プラント構造物の予防保全方法 |
| US7282002B2 (en) * | 2003-07-04 | 2007-10-16 | Honda Motor Co., Ltd. | Belt for continuously variable transmission |
| CN113030143A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-25 | 武汉科技大学 | 一种低合金钢中夹杂物腐蚀活性的检测方法 |
-
1996
- 1996-12-09 JP JP8328204A patent/JPH10170691A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003066186A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-05 | Toshiba Corp | 炭素鋼部材の腐食抑制方法および装置 |
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