遅れ破壊・水素脆化(水素脆性)試験

SSRT試験機

素材、各種部材の水素脆化感受性を評価し、遅れ破壊試験を実施いたします。

水素脆化の評価には定まった基準がなく、お客様の用途に応じて種々の技術を組み合わせて感受性評価を行っています。当社では各種の品種対応、各種の水素脆化感受性評価を大きく網羅できる評価試験技術を有しており、精度よくお客様のご要望にお応えしております。

また、金属材料の脆化、「遅れ破壊」の要因と考えられている拡散性水素を、拡散性水素分析装置を用いて分析・評価いたします。

さらに試験結果を元に、CAE(数値解析)による水素拡散・脆化シミュレーションも承ります。

水素脆性とは?

水素は燃焼後に水蒸気しか発生しない究極のクリーン燃料と言われ、水素利用技術の開発が自動車会社様を中心に盛んに行われています。しかしながら水素の原子は非常に小さいため、材料の中を拡散・集積しやすく、集積すると、程度の差はあれ、材料を急速に脆化させることが知られています。これが水素脆性です。

水素脆化評価試験メニュー

遅れ破壊が旧くから問題になっているボルトの評価試験や、石油採取環境下で問題となる主として鋼管のNACE試験、鋼材のハイテン化対応のためのSSRT試験、浸漬試験など、各種の評価に対応いたします。

分野 試験方法
ボルト 旧JIS法 片持梁り
*Hc/He 定荷重
*SSRT 陰極ch引張
*CSRT 陰極ch引張
PC鋼棒 FIP試験 定荷重
鋼管 NACE法 Cリング、DCB、HIC、シェルベンド
定荷重
溶接部 Pc低温割れ y割れ
薄板 U曲げ 酸浸漬
【試験例】環境:5%HClなどへのUベンド浸漬で100H
破断有無:1500MPa定荷重2H破断有無など
4点曲げ 陰極ch浸漬
【試験例】5%HClなどへのUベンド浸漬/CCT(陰極ch有無)で100H破断
または破断時間評価など
厚板 SSRT 陰極ch引張
ばね CSRT 陰極ch引張
 * 薄板にも適用
定荷重引張遅れ破壊試験機
定荷重引張遅れ破壊試験機
SSRT試験機
SSRT試験機
FIP試験機
FIP試験機

定荷重遅れ破壊試験

引張り、曲げなど、定負荷試験で遅れ破壊限界応力を測定。応力を負荷した試験片を腐食溶液中に浸漬して、以下を測定します。

  • 割れが発生する時間
  • 遅れ発生の下限界応力
  • 遅れ発生の下限界応力拡大係数

定ひずみ法

3点支持ビーム法

3点支持ビーム法

4点支持ビーム法

4点支持ビーム法

Cリング法

Cリング法

Uリング法

Uリング法

定荷重破壊試験

定荷重遅れ破壊試験
左図:定荷重遅れ破壊試験(例:丸棒引張試験片) 右図:(試験片部拡大)

低歪速度引張遅れ破壊試験(SSRT)

低歪速度引張(SSRT)遅れ破壊試験イメージ
低歪速度引張(SSRT)
遅れ破壊試験イメージ

水素チャージ後、またはチャージさせながら、低速度で引張試験することにより、耐遅れ破壊性を定量的に評価いたします。
(引張速度:0.1mm/min ~ 0.0001mm/min)

※ SSRT:Slow Strain Rate Technique

SSRT試験片部拡大
低歪速度引張遅れ破壊試験(SSRT)概観(試験片部拡大)

拡散性水素の分析・評価例

大型試料・高含有試料の拡散性水素分析

常温で固体中を移動可能な拡散性水素は、金属材料の脆化、「遅れ破壊」の要因と考えられており、特に高強度材料にとって大きな問題となります。当社では、分析装置「G4 PHOENIX(Bruker社製)」により、水素脆化に影響を及ぼす拡散性水素量をボルトやギアなどの部品そのままで分析することが可能となりました。

拡散性水素分析装置の特長

  • 大型・高濃度試料への適用が可能です。
    本装置は、迅速な昇温と冷却が可能な赤外線加熱炉と、より高温域(~1100℃)での測定が可能な電気加熱炉の2種類を備えています。
    測定濃度範囲は0.05~1000ppm程度であり、赤外炉には最大で24mmφ(角型:18×18mm)×40mmの大型試料を導入可能です。
拡散性水素分析装置

ボルト、ギヤなどを切断せずにそのまま導入可能です。→ 切断時に発生する熱による水素のロスを回避できます。

  • 試料加熱時の水素ロスがありません。
    真空加熱方式の装置に見られる、加熱開始前の水素の揮散がありません。
  • さまざまな昇温パターンを選択できます。

 さらに詳しい情報はこちらから 大型試料・高含有試料の拡散性水素分析 [事例集PDF]

 

ISO高温抽出法による鋼溶接部の水素分析

鋼溶接部の拡散性水素測定は、2012年にISO規格で400℃までの高温抽出による迅速測定方法が規格化されました。

測定装置の特徴とISO 3690 の測定条件

  • 赤外線加熱炉により迅速昇温による水素抽出測定を実現
  • 800℃までの水素抽出による放出特性の測定が可能
  • ISO 3690 記載の測定条件
    • 400℃までの高温抽出条件が提示されている。
    • 測定可能な試験片は、最大12×25×80mm (AWSサイズ)
G4 Phoenix (Bruker社製)
G4 Phoenix (Bruker社製)

主な抽出条件(ISO3690-2012)

抽出時間(min) 抽出温度(℃) 抽出時間(hrs) 抽出温度(℃)
21 400 3 195
24 390 4 175
30 360 6 150
60 285 18 100
120 225 72 45

 さらに詳しい情報はこちらから ISO高温抽出法による鋼溶接部の水素分析 [事例集PDF]

 

CAE解析による水素拡散・脆化シミュレーション

長年蓄積された流体・構造・電磁場解析の豊富な経験・知識により、CAE業務を支援いたします。

水素脆性き裂進展事例

Gursonモデルを用いた丸棒の破断
Gursonモデルを用いた丸棒の破断

水素拡散解析事例

応力場を考慮した水素拡散解析
応力場を考慮した水素拡散解析

シミュレーションの事例


水素脆化によるすべり系選択

 さらに詳しい情報はこちらから CAEソリューション(水素拡散・脆化シミュレーション)[事例集PDF]

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