鉄鋼における水素の重要な役割：水素誘起割れの防止

水素は鋼の脆化や割れを引き起こすことが知られており、一般に水素誘起割れ（HIC）と呼ばれている。HICは通常水溶液中で発生し、水素は鋼マトリックス中に拡散し、鋼の脆化と割れを引き起こす。

HICは、多くの産業で大きな懸念事項となっているため、今日主に議論されている。HICは多くの場合、成形工程や仕上げ工程における偶発的な要因によって、水素が鋼母材に侵入することで発生する。

HICは主に3つの要因に影響される： 素材性能環境条件、ストレス。

水素チャージ後の試料表面の泡立ち

第二次世界大戦中、英国空軍のスピットファイア戦闘機が機械の故障により空中から落下し、パイロットが即死した。この事件は重要視され、当局は機体のすべての部品を回収し、墜落の原因を究明するための特別調査チームを発足させた。

調査の結果、航空機の墜落はメインシャフトの破損が原因であることが判明した。当時はヘアライン骨折と呼ばれていた。

1940年、中国科学院金属研究所の創設者である李舜氏は、卒業後シェフィールド大学で研究活動を開始した。この問題を解決するための前提条件は、鉄鋼中の水素含有量を定量的に試験・分析する方法を見つけることだった。

その後、李舜氏は鋼材中の水素含有量を測定する水素測定器を発明した。やがて、航空機のメインシャフトが破損した原因が水素にあることが証明された。その結果、李舜氏は水素誘起割れの分野の創始者となった。

クロムとニッケルを含む高強度鋼は、水素に非常に弱い。高 炭素含有量 は水素誘起割れの傾向が大きいが、低炭素鋼はこの現象が起こりにくい。

組織が緻密な鍛造品は、組織が緩い鋳造品よりも水素による割れの影響を受けやすい。水素原子が鋼中に侵入すると、結晶粒間の原子結合力が低下し、鋼の靭性が損なわれる。水素誘起割れによる破壊は他の脆性破壊と類似しており、高強度材料は粒界破壊の影響を受けやすい。

低炭素鋼の場合、結晶粒に沿った小さなファセットに小さくて不完全なくぼみが生じやすく、いわゆる "鶏の爪模様 "が形成される。

水素脆化 破断

水素誘起クラッキングにはヒステリシスがある。

溶接部品における水素誘起割れの発生は突発的なものであり、人と財産の両方に深刻な脅威をもたらす。この問題には大きな注意が必要である。

爆発事故

金属中の水素の除去は、注意を要する重要な問題である。特定の条件下で使用される特定の鋼や部品は、脱水素処理を受けなければならない。例えば、航空機に使用される亜鉛めっき部品は、この処理を受けなければならない。また、弾性部品や高強度鋼の亜鉛めっきにも水素除去が必要です。

部品から水素を除去するプロセスには、加熱処理が含まれる。水素除去の効果は、水素除去温度と保持時間に依存する。温度が高く、時間が長いほど、水素除去の効果は高くなります。

通常、処理する部品を真空オーブンに入れ、200～250℃の温度で2～3時間処理することができる。オーブンと同様の水素除去効果を得るために、ホットオイルを使用することもできる。この方法は、均一な加熱が可能で、必要な設備がよりシンプルになるという利点がある。