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公開番号2024165864
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2023082420
出願日2023-05-18
発明の名称液体アンモニア中応力腐食割れ特性の評価方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01N 17/00 20060101AFI20241121BHJP(測定;試験)
要約【課題】小型の圧力容器を使用して、液体アンモニアによって鋼材に生じるSCCを実験室で加速して安定して再現し、SCC感受性を評価することが可能な液体アンモニア中応力腐食割れ特性の評価方法を提供する。
【解決手段】試験治具により表面ひずみが付与された、参照用及び評価用試験片をそれぞれ異なる圧力容器内に設置し、所定の純度以上の、カルバミン酸アンモニウム、液体アンモニア及び酸素ガスを各圧力容器に導入して加圧し1時間以上保持する工程と、試験時間経過後に応力腐食割れの発生の有無を確認する工程を含み、参照用試験片のビッカース硬さは230HV以上であり、各試験片と試験治具は電気的に導通しており、試験環境中で評価用試験片はステンレス鋼よりも卑であり、参照用試験片に応力腐食割れの発生が認められた場合、評価用試験片の応力腐食割れの評価を有効とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
曲げ試験治具によって表面ひずみが付与された、参照用試験片及び評価用試験片をそれぞれ異なる圧力容器内に設置する設置工程と、
カルバミン酸アンモニウムを３質量％以上含むアンモニア溶液を各前記圧力容器内に充填する充填工程と、
各前記圧力容器内に酸素ガスを導入して加圧する加圧工程と、
予め実施された試験において前記参照用試験片に応力腐食割れが発生した試験時間の間、加圧状態を維持する試験工程と、
前記試験時間の経過後に応力腐食割れの発生の有無を確認する確認工程と、
を含み、
前記参照用試験片の素材はビッカース硬さが２３０ＨＶ以上の鋼材、又は、ビッカース硬さが２３０ＨＶ以上の溶接熱影響部を含む溶接継手であり、
前記曲げ試験治具における、前記参照用試験片及び前記評価用試験片と接触する部分は、ステンレス鋼製であり、
前記参照用試験片及び前記評価用試験片は前記曲げ試験治具のそれぞれと電気的に導通しており、
前記アンモニア溶液を構成する液体アンモニアの純度は９９．９％以上であり、
前記カルバミン酸アンモニウムの純度は９７．０％以上であり、
前記酸素ガスの純度は９９．９％以上であり、
前記確認工程で前記参照用試験片に応力腐食割れの発生が認められた場合に、前記評価用試験片の応力腐食割れの評価を有効とする、
液体アンモニア中応力腐食割れ特性の評価方法。
続きを表示（約 330 文字）【請求項２】
前記加圧工程及び前記試験工程では、前記圧力容器内のＯ
２
分圧を０．５ｋｇｆ／ｃｍ
２
以上５．０ｋｇｆ／ｃｍ
２
以下とする、
請求項１に記載の液体アンモニア中応力腐食割れ特性の評価方法。
【請求項３】
前記表面ひずみは降伏ひずみの０．６倍以上である、
請求項１又は２に記載の液体アンモニア中応力腐食割れ特性の評価方法。
【請求項４】
前記曲げ試験治具は、４点曲げ試験治具であり、ステンレス鋼製のピンを介して、前記参照用試験片及び前記評価用試験片を定変位支持する、
請求項１又は２に記載の液体アンモニア中応力腐食割れ特性の評価方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体アンモニア中応力腐食割れ特性の評価方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
アンモニアは、従来から肥料の原料や冷媒など、様々な用途で広く使用されている。近年、地球温暖化対策のニーズが高まり、アンモニアは燃焼時にＣＯ
２
を排出しないという特性から、次世代エネルギーとして注目されるようになった。火力発電、産業、エンジン等でのアンモニアの混焼や専焼を通じて、ＣＯ
２
排出量の削減が期待されている。これらの用途に膨大な量のアンモニアを供給するためには、アンモニアの効率のよい貯蔵や運搬が必要であり、高強度鋼製の大型のアンモニアタンクの建造が求められている。
【０００３】
しかし、アンモニアは鋼材に対して腐食性を有し、液体アンモニア中で鋼材は応力腐食割れ（ＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋｉｎｇ、以下「ＳＣＣ」ということがある。）を発生する場合がある。そのため、現状、アンモニアタンクに使用される鋼材の強度は制限されている。しかし、今後、大型のアンモニアタンクを製造するために高強度鋼を使用した場合、溶接継手の溶接残留応力が大きくなることに加えて、設計応力も高くなるため、ＳＣＣ感受性が上昇する。したがって、液体アンモニア中で高強度鋼及びその溶接部のＳＣＣ特性を適切に評価した上で、ＳＣＣが生じない条件で高強度鋼製の大型アンモニアタンクを設計・製造する必要がある。
【０００４】
液体アンモニア中の鋼材のＳＣＣは、活性経路腐食型のＳＣＣと言われており、液体アンモニアタンクの長期間の供用中に、アンモニアと接するタンク内面で腐食皮膜が生成し、溶接残留応力や内圧によるフープ応力で皮膜が局所的に破壊すると、新生面が露出して、当該新生面が優先的に腐食・溶解することで割れに至るとされる。このようなＳＣＣ現象を正確に再現しようとすると、実タンクのＳＣＣと同等の膨大な時間（数年から十数年）がかかるため、試験効率が極端に悪くなる。
【０００５】
そこで、実験室でＳＣＣ現象を再現するために、例えば、特許文献１には、２５℃の液体アンモニアをベースに、ＳＣＣの加速因子として飽和量のＣＯ
２
（十分な量のカルバミン酸アンモニウム：ＮＨ
４
ＣＯ
２
ＮＨ
２
）と１ｋｇｆ／ｃｍ
２
のＯ
２
を加え、さらに定電位発生装置（ポテンショスタット）を介して液体アンモニア中の４点曲げ試験片に定電位（白金電極に対して２Ｖ、アノード側への分極）を印加することで、１６８時間でＳＣＣを再現する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、試験片はアノード分極されていないが、試験片をＵ字に曲げて塑性ひずみを付与することで皮膜破壊を助長し、また、環境加速因子としてＣＯ
２
（カルバミン酸アンモニウム）と酸素を加えることで、２５℃の液体アンモニア中に１０００時間浸漬してＳＣＣを再現する技術が開示されている。
【０００７】
また、非特許文献１には、炭素鋼製試験片とステンレス鋼製容器を電気的に接続することで、異種金属接触により炭素鋼製試験片をアノード分極させてＳＣＣを再現する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開昭５７－１３７０９６号公報
特開平１１－１３１１７８号公報
【非特許文献】
【０００９】
今川博之、液体アンモニア中における高張力鋼の陽分極と腐食割れ挙動、日本金属学会誌、第４０巻、第１２号、１９７６年、１２５６～１２６３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、液体アンモニア中の鋼材のＳＣＣには温度依存性があり、低温よりも室温（２０～２５℃）の方がＳＣＣ感受性が上がる。しかしながら、室温でアンモニアを液体状態に保つためには、高圧（例えば２０℃で０．８６ＭＰａ以上）とする必要がある。そのため、液体アンモニア中で鋼材のＳＣＣ評価試験を厳しい条件、例えば室温で行うには圧力容器（オートクレーブ）が必要となり、これが実験上の制約を与える。また、試験中にアンモニアが漏洩せぬよう注意する必要があるため、取り扱いが極めて煩雑となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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