腐食概論:鋼の腐食

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         【エロージョン・コロージョン】

 エロージョン・コロージョン(erosion corrosion)は,摩耗腐食とも呼ばれ,流動する水,土砂などの環境物質による摩耗(wear)腐食(corrosion)の相乗作用によって金属に生じる損耗現象である。エロージョン・コロージョンでは,それぞれの作用が単独で作用した場合の損耗量の和より大きい損耗量となる。

 現象としては,機械的な侵食(erosion)により金属表面に形成する腐食生成物の保護被膜(錆層や不動態被膜)が傷つき,あるいは除去されるため,新鮮な金属表面が常に露出する。このため機械的な侵食より早い速度で金属が損耗すると考えられる。
 金属に接触する流体が腐食性の液体の場合は,流速が比較的低くとも曲がり部など流速の変化や乱流の発生する個所で生じやすい。
 金属に接触する流体が固体を含む腐食性の液体(泥漿;slurry)の場合は容易に生じる。
 流体が気体の場合でも,腐食性の気体中に固体粒子を含むような摩耗の条件が整う場合に生じる。

 対策としては,流速を下げるような設計変更腐食抑制剤の使用や脱気などがある。電気防食も原理的に可能であるが,経済性に難点があり実用例は少ない。

 実用面では,スラリー輸送に用いる炭素鋼においてエロージョン・コロージョン事例が多く報告されている。また,ステンレス鋼製のインペラーを用いた海水ポンプでも事例が報告されている。

 【参考】
 腐食生成物(corrosion product)
 腐食によって生成した物質。通常は固体物質を指し,金属表面に付着するか又は環境中に分散して存在する。【JIS Z0103「防せい防食用語」】
 (rust)
 読み「さび」,銹とも書かれる。錆は,金属の表面で,金属と環境因子(酸素や水など)との酸化還元反応(腐食という)で生成した水不溶性又は難溶性の腐食生成物(酸化物,水酸化物,炭酸塩,硫化物,塩化物など)をいう。
 腐食生成物は,その見た目から赤錆(酸化鉄(Ⅲ),鉄含水水酸化物,酸化銅(Ⅰ)など),黒錆(酸化鉄(Ⅱ),四三酸化鉄,酸化銅(Ⅱ),硫酸銀など),緑青(塩基性炭酸銅,塩基性硫酸銅,硫酸銅など),白錆(塩化銀,塩基性炭酸亜鉛,酸化アルミニウム,酸化スズなど)などともいわれる。
 不動態被膜(passive film)
 不動態化(passivity)で生じた金属表面に腐食作用に抵抗する酸化被膜をいう。
 不動態(passive state)とは,標準電位列で卑な金属であるにもかかわらず,電気化学的に貴な金属であるような挙動を示す状態。【JIS Z0103「防せい防食用語」】
 本来,ひ(卑)である電極電位を示し,不安定であるべき金属があたかも貴である金属のように振る舞う状態。この状態では,電極電位も貴の値を示す場合が多い。【JIS H 0201「アルミニウム表面処理用語」】
 一般的には,金属をとり囲む環境の影響で,電気化学列で卑な金属(腐食しやすい金属)が,表面を酸化物で覆われるなどして本来の活性を失い,貴な金属のように挙動する状態を不動態といい,この状態になることを不動態化(passivity)と理解されている。
 不動態化は,酸化力のある酸にさらされた場合,陽極酸化処理によっても生じる。不動態となる酸化被膜(不動態被膜)の典型的な厚みは,数 nm である。
 すべての金属が不動態となるわけではなく,不動態になりやすいのは,アルミニウム,クロム,チタンなどやその合金である。
 摩耗(wear)
 読み「まもう」,磨耗とも記される。摩耗とは,摩擦に伴って生じる固体表面部分の逐次減量のこと。
 泥漿(slurry)
 読み「でいしょう」,スラリー(slurry)やスライム(slime)ともいわれ,液体中に鉱物や汚泥などが混ざっている懸濁体(けんだくたい)である。通常は,粘性が強い流動物であることが多い。
 乱流(turbulent flow)
 流体の各部分の速度や圧力などが不規則に変動(乱れ)し,混合しながら流れる流れをいう。
 乱れを含まない流れは層流(laminar flow)といわれる。レイノルズ数が低い場合には,流れは安定し層流状態を保つ。

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