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水素脆化

1875-01-01
  • W. H. Johnson
Metallurgist analyzing high-strength steel for hydrogen embrittlement in materials science.

(画像はイメージです)

水素脆化(HE)とは、金属、特に高強度鋼が水素にさらされると脆くなり、破壊する現象である。原子状水素が金属格子に拡散し、その強度を低下させる。 延性 そして耐荷重能力。主な提案されているメカニズムとしては、原子結合を弱める水素強化剥離(HEDE)と、転位の移動と局所的な破壊を促進する水素強化局所塑性(HELP)が挙げられる。

水素脆化の技術的な背景としては、引張応力下で水素原子が脆化しやすい材料に侵入することが挙げられます。水素の発生源は多岐にわたり、電気めっき、溶接、酸洗などの製造工程に加え、腐食や高圧水素ガスが発生するような運転環境も含まれます。金属内部に侵入した水素原子は非常に小さいため、結晶格子内を急速に拡散します。そして、亀裂先端、粒界、介在物などの応力集中箇所に蓄積する傾向があります。

HEDEモデルは、水素の蓄積によって金属原子を分離するために必要な凝集エネルギーが低下し、結晶面または粒界に沿った脆性破壊が促進されると示唆している。一方、HELPモデルは、水素が転位の移動度を高め、局所的な激しい塑性変形と、合体して亀裂となる微小空隙の形成につながると提唱している。現在では、材料、温度、水素濃度によっては、両方のメカニズムが同時に作用することもあると広く考えられている。この理解は画期的なものであり、破壊を純粋に機械的なプロセスから、原子レベルでの化学的相互作用に大きく影響されるプロセスへと捉える見方を転換させ、高強度材料の設計と保護方法を根本的に変えるものとなった。

UNESCO Nomenclature: 3308
材料科学

タイプ

物理的プロセス

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ヘンリー・キャベンディッシュによる元素水素の発見
  • ジョン・ドルトンによる原子論の発展
  • 結晶学および金属格子構造の理解
  • 酸洗などの工業プロセスにおける金属の破損に関する初期の観察
  • 延性および強度を測定するための機械的試験方法の開発

アプリケーション

  • パイプラインおよび貯蔵タンク用耐水素合金の開発
  • 水素吸収を防ぐための高強度鋼の溶接および電気めっきに関するガイドライン
  • 石油化学産業および航空宇宙産業における部品の設計基準
  • 腐食環境に曝されるボルト、溶接部、構造部品の故障解析

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:水素脆化、鋼、延性、破壊、HELP、HEDE、拡散、腐食、故障解析、冶金学。

歴史的背景

水素脆化

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1876
1882-01-01
1886-04-23
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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