長期供用下の石油精製圧力容器の脆化現象と補修溶接性に関する研究：第2報母材／ステンレス鋼オーバーレイ溶接金属境界部の脆化挙動

摘要

前報において著者らは数十年以上に渡って稼働し，構造材料に脆化が生じている石油精製圧力容器に補修を行うにあたって発生する割れ現象を解明するため，補修溶接部の水素挙動の理論解析を試みた。 装置をシャットダウンした後の冷却過程における圧力容器構造材料の水素挙動解析の結果，温度降下による各相の溶解度の差および低温での拡散係数の低下に起因して，ボンド部の炭化物層において水素が著しく集積することがわかった。 また補修溶接における水素の拡散，再分配挙動を解析した結果，補修溶接部直下においては，境界部に集積していた水素が溶接熱サイクルにより，拡散するものの，大部分の溶接HAZ領域においては水素がほとhど拡散せず高濃度のまま維持されることがわかった。 本解析の結果は冨士らによる一次元差分法，による解析結果に対してシャットダウン後室温で長時間保持された後の水素濃度分布を得ることができ，より高い最大集積量が得られた。 またRosenthalの準定常熱伝導方程式を用いて補修溶接熱サイクル過程の水素濃度分布の計算が可能となったことにより任意の補修溶接条件において構造物に水素が集積する危険城を予測可能となった。 また菊田らのひずみ，組織，介在物および応力勾配の影響を導入した水素集積挙動の解析に対し，本解析ではこれらの因子による水素のトラップ効果の経時変化を明らかにしており，より詳細な水素の挙動が把握できるものと考えられる。本報では実機圧力容器構造材料のオーステナイト系ステンレス鋼オーバーレイ溶接部に対して，施工時と供用下で発生する熱的脆化及び水素脆化度を切欠引張試験により定量的に把握することを目的とした。 また試験片破断部断面の詳細な観察を行い，オーバーレイ溶接金属部のσ相，炭化物析出および水素脆化の影響についそ検証した。