腐食概論:鋼の腐食

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 腐食概論:鋼の腐食

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 鋼腐食の基礎

         【粒界腐食】

 「金属結晶の構造欠陥」で述べたように,工業的に作られた合金は,固溶体の結晶粒と混合物を含む結晶粒が不規則に集合した状態となり,結晶粒の界面(結晶粒界)は,二つの結晶粒の格子がみられた不連続領域になっている。
 結晶粒界は,結晶粒内部に比べて,不純物が入り込む機会が多く,金属の腐食にとって欠陥部として働き,甚だしい場合には,局部的な腐食である粒界腐食(intergranular corrosion)として問題となることがある。
 通常の合金では,結晶粒界のみが選択的に腐食することはない。しかし,ある種の合金(オーステナイト系ステンレス鋼や銅を含むアルミニウム合金など)が不適切な熱影響を受けたとき,結晶粒界やその周辺の組織構造が変化し,結晶粒界をアノード部に,結晶粒をカソード部とする腐食が発生し易くなる。
 カソード部となる結晶面の面積は,アノード部となる結晶粒界の面積に比較し圧倒的に広く,「異種金属接触腐食の程度」で例示したように,面積の小さいアノード部(結晶粒界)が非常に速い速度で腐食する。
 熱影響を受けてこのような状況になることを,結晶粒界感受性という。

 ステンレス鋼が不適切な熱処理により粒界腐食感受性のある状態に変化することを鋭敏化(sensitization)という。
 ステンレス鋼では,含まれる炭素量,加熱時間,及び加熱温度の組合せで,鋭敏化の可能性が推測できる。この関係図をTTS曲線(time-temperature-sensitization)という。
 一般的なステンレス鋼であるSUS 304(炭素量0.05~0.06%)は,600~800℃で短時間に鋭敏化するが,550℃では鋭敏化に数十時間要する。しかし,900℃以上では鋭敏化しない。
 SUS 304の製造で 1050~1100℃での溶体加熱処理した後に急冷しているのは,鋭敏化する温度-時間領域を速やかに通過し,鋭敏化の進展を回避する目的で実施されている。
 実用上でステンレス鋼の粒界腐食が問題となるのは,不適切な溶接や,不用意な歪取りのための熱処理を行ってしまった場合などである。
 アルミニウム合金では,3%以上のマグネシウム(Mg)を加えた5083,マグネシウムと亜鉛(Zn)を加えた7030,銅(Cu)を添加した20247075などが,粒界腐食の感受性が高い材料として知られている。

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