高温硫酸環境下で発生した応力誘起粒界酸化割れに及ぼす材料成分の影響

Effect of material composition on stress accelerated grain boundary oxidation in a high-temperature sulfuric acid environment

広田 憲亮  

Hirota, Noriaki

高温の硫酸環境下において、Alloy600は0.40mm/yearという高い腐食速度を示したのに対し、Alloy800H及び3Al-Ferriteは0.030.01mm/yearと著しく低い腐食速度を示した。4点曲げ試験では、0.2%耐力に到達するまでの応力の順序が3Al-Ferrite Alloy600 Alloy800Hとなることが明らかとなった。また、0.2%耐力の80%における曲げひずみは、Alloy800Hが最も高く、3Al-Ferriteが最も低かったことから、3Al-Ferriteが最も変形しにくい材料であることがわかった。腐食後の組織解析では、Alloy800H及び3Al-Ferriteは、き裂のない薄い酸化皮膜を形成していたのに対し、Alloy600は、Ni、Fe、Crからなる多層の厚い酸化皮膜を形成し、開口したき裂が確認された。また電子後方散乱回折法(EBSD)及び結晶粒基準方位偏差(GROD)マップにより、Alloy600における粒界き裂進展及び残留引張応力の存在が確認できた。これらの結果から、NiとCrを主成分とするAlloy600は、剥離、劣化しやすい酸化皮膜を形成し、その後生成される酸化物が結晶粒界を脆弱化させ、応力誘起粒界酸化割れ(SAGBO)を引き起こしたものと考えられる。

In a high-temperature sulfuric acid environment, Alloy600 showed a high corrosion rate of 0.40 mm/year, while Alloy800H and 3Al-Ferrite exhibited much lower rates of 0.03 to 0.01 mm/year. Four-point bending tests revealed the stress to reach 0.2 % yield stress followed the order: 3Al-Ferrite Alloy600 Alloy800H. Bending strain at 80 % of 0.2 % yield stress was highest in Alloy800H and lowest in 3Al-Ferrite, indicating its low deformability. Post-corrosion microstructural analysis revealed that Alloy800H and 3Al-Ferrite formed thin oxide films with no cracks, whereas Alloy600, which developed a thick multilayered oxide film composed of Ni, Fe and Cr, exhibited open cracks. Electron Backscattered Diffraction (EBSD) and Grain Reference Orientation Deviation (GROD) maps confirmed intergranular crack growth and residual tensile stress in Alloy600. These findings indicate that Alloy600, primarily composed of Ni and Cr, formed a spallation and degradation oxide film and subsequently generated oxides that weakened the grain boundaries, thereby promoting the occurrence of Stress Accelerated Grain Boundary Oxidation (SAGBO).