Observation of Chloride SCC Process of Type 304 Stainless Steel by Acoustic Emission and Corrosion Potential Fluctuation Analyses
Akio YONEZU＊ Hideo CHO＊ Ryuji IKEDA＊＊
Takeshi OGAWA＊ and Mikio TAKEMOTO＊
Abstract
This paper discusses the process of chloride SCC of sensitized and non-sensitized Type-304 stainless steel based on the simultaneous monitoring of AE and corrosion potential fluctuation (CPF). The steel produced transgranular SCC via corrosion pits filled by corrosion product (chromium oxy-hydroxides) in 35 mass % MgCl2 solution. Neither the pitting corrosion nor transgranular SCC produced primary AEs due to anodic dissolution process, while they did generate rapid drop (RD) type CPF. However, we detected secondary AEs from hydrogen gas evolution and fracture of corrosion products. Hydrogen gas was found to produce AE with a limited frequency component, while the fracture of corrosion products produced the AE with broad frequency component. The sensitized steel produced primary AEs due to the falling-off of grains as well as secondary AEs from hydrogen gas evolution and the fracture of corrosion products. Microscopic progression of SCC was consistently interpreted by the timing and time-lag of AEs and CPFs.
Key Words Type 304 Stainless Steel, Stress Corrosion Cracking, Acoustic Emission, Corrosion Potential Fluctuation, Active Path Corrosion, Pitting Corrosion, Falling-off of Grain, Corrosion Products, Hydrogen Gase
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1. 緒言
塩化物イオンによるステンレス鋼の応力腐食割れ（SCC）は，SUS304鋼が装置用材料として多用されはじめた1960年代からの大きな問題である が，そのメカニズムは依然よくわかっていない。塩化物SCCの試験液として使われていた沸騰42 mass％MgCl 2溶液（JIS K 8159）は，現場で経験される孔食経由型の粒界・粒内混在型SCCが再現できないことから，最近では35 -30 mass％の溶液が使用されることが多い。溶液濃度を30 mass％以下まで下げると，実験室でSCCを再現することはかなり難しくなる１）。SCCが粒内型になるか粒界型になるかは，鋭敏化の有無だけでなく， 環境条件（濃度や温度，溶存酸素濃度）や応力状態（単軸応力か多軸応力，応力レベル）に依存する。特に熱応力が重畳した多軸応力下では，粒界型SCCや結 晶粒が脱落する特異なSCCが発生しやすい２）。しかし多くの実験室試験は恒温の単軸引張りで行われ，必ずしも実装置でおこるSCCの条件を再現してはい ない。
SCCについては主に電気化学的研究によってそのメカニズムが議論されてきた。それらの研究３）は1940年代までさかのぼるが，一段階説と二段階説が 主流と思われる。一段階説では，活性経路（すべり線や加工誘起マルテンサイトなど）に沿ったアノード溶解によって，あたかも割れのように見える細い損傷が 発生すると考える。1A/cm2以上ものアノード電流密度はこの説を支持する。すなわち応力腐食割れは，機械的割れによって生じたものではなく，アノード 溶解によって生成するので，APC型（ active path corrosion：活性経路腐食型 ）SCCと呼んでいる。一方二段階説では，機械的破壊が関与していると考えるがその直接的証拠は報告されていない。本報ではAEを１次AEと２次AEに分 けて議論するが，SCC進展に直接関与するAE，たとえばCarpenterら４）のgrain boundary separation（本報での結晶粒の脱落）のような機械的微小破壊が放出するAEのみを１次AEという。
著者らのAEを用いたSCCに関する研究では，孔食を経由しない粒内型SCCではAEは検出されないが，粒界型SCCが発生するとAEが検出されること が判った２），５），６）。42mass％ MgCl 2中のSUS 304鋼の粒内SCCがAEを放出しないことは1974年に岡田ら７），８）によっても報告されている。AEに関するこれらの実験結果は，粒内SCCはア ノード溶解で成長することを意味しており，SCCは機械的な“ 割れ”によって発生しているのではないことを示唆している。
原稿受付：平成18年1月15日
＊＊＊＊青山学院大学理工学部（神奈川県相模原市淵野辺5-10-1 J201） Faculty of Science and Engineering, Aoyama Gakuin University
＊＊＊＊旭ダイヤモンド工業（株） 技術研究所（千葉県市原市田尾787） Research and Development, Asahi-Diamond Corporation
