アンモニアSCC試験

アンモニアSCC試験とは

水素のキャリアや、燃料としてアンモニアの活用が注目されています。実現のためには、液体アンモニアの大量輸送、大量貯蔵を可能とするインフラ整備・社会実装の拡大が必要であり、適用できる新たな材料や溶接条件の検討が重要となります。弊社では、環境温度や不純物の混入等を考慮した浸漬試験を実施し、課題となる応力腐食割れの発生有無、電気化学測定を用いた腐食発生電位の解析・評価を行うことができます。

アンモニアSCC試験の特徴

アンモニア液化温度である-33°Cの低温環境から45°Cの高温環境まで対応可能
不純物を考慮した試験が可能(アンモニウム塩や、酸素等)
電気化学測定を用いた腐食発生電位等の解析、評価装置を設置

アンモニアSCC試験の適用分野

アンモニアSCC試験の原理

4点曲げの治具などで応力を負荷した試料を耐圧容器中に挿入し、液体アンモニアを導入、アンモニア液中に浸漬します。
試料につないだ配線に容器外のポテンショスタットから電圧をかけたり、電位を測定することで、浸漬中の試料の変化をリアルタイムで計測します。

装置仕様

容器寸法 約Φ150mm×高さ200 mm
圧力範囲 大気圧~2MPa
温度範囲 -33°C~45°C
酸素ガス最大吹込み分圧 アンモニア蒸気圧の10%
同時試験サンプル数(電気化学測定実施時) 最大3サンプル/容器

装置構成図


*液体アンモニアの不純物を考慮した試験が可能
(アンモニウム塩添加、酸素吹込み等)

材料、部材の応力腐食割れ評価について

応力腐食割れ(SCC)の発生には、1.材質、2.応力、3.環境、の3要素が重なることで発生します。
液体アンモニア中で、これらの条件を組み合わせて再現テストを行うことで、割れ発生の限界条件、割れの形態、割れの防止方法などを検討することができます。
上図では、アンモニアの不純物(CO2)を考慮し、カルバミン酸アンモニウム塩を添加しています。お客様の評価目的に合わせて試験条件などご提案いたします。

液体アンモニア中の材料腐食評価の事例

エネルギー源としてアンモニアを利用する場合、液体アンモニアの大量輸送、大量貯蔵が必要となるため、貯蔵タンクや輸送ラインの大型化について検討が進められています。しかし、液体アンモニア中において応力腐食割れが発生する場合があるため、大型化に向けた材料選定や溶接施工条件選定が重要課題となっています。また、金属材料以外にも、構造部材の一部である樹脂等の有機材料についても、液体アンモニアに対する耐食性評価が求められています。
当社では、液体アンモニア中における浸漬試験、応力腐食割れ試験、電気化学試験に取り組んでいます。液体アンモニア中腐食試験装置では、実機で想定される温度域および応力腐食割れ因子の一つと言われる不純物等を考慮した環境での試験に対応しています。また、金属材料に対しては、電位付加による応力腐食割れ加速試験、腐食挙動解析に有用な電流-電位曲線(分極曲線)等の電気化学試験や付加的な評価が実施可能です。

事例1;高強度鋼に発生するSCCと組織評価

高強度鋼では、電位を付与した浸漬で応力腐食割れを再現することができます。SEM-EBSDで方位解析を行えば、マルテンサイト組織のバウンダリーで割れが生じていることが確認でき、さらに旧オーステナイト組織を再構築することで、主たる亀裂は旧オーステナイト粒界であることがわかります。

試験条件

(日本製鉄(株)殿開発プログラㇺ適用)

事例2;亀裂発生と進展の評価

通常の4点曲げによる応力腐食割れ試験では、試験終了後試験片を取り出すまで割れ発生の有無は判りません。
AE(Acoustic Emission)を用いると、粒界割れにより生じる振動からSCCの発生状況をとらえることが出来ます。例では、試験初期に多くの割れが発生し、その後も継続的に割れが進展していることがわかります。

試験条件

 

公的規格

なし(独自仕様)
※2023年7月稼働

参考技術資料

アンモニアSCC試験に関連する技術

ページトップ お問い合わせ