腐食とは、環境によって引き起こされる材料またはその性質の破壊または劣化のことである。腐食のほとんどは、酸素、湿度、温度変化、汚染物質などの腐食性成分や腐食性因子を含む大気環境で発生する。
周期腐食は、一般的で最も破壊的な大気腐食です。周期腐食は、金属材料の表面における腐食であり、金属表面の酸化層および保護層に含まれる塩化物イオンが金属表面に浸透し、内部で電気化学反応を引き起こすことによって発生します。同時に、塩化物イオンは一定の水和エネルギーを持ち、金属表面の細孔や亀裂に容易に吸着され、酸化層中の酸素を置換し、不溶性の酸化物を可溶性の塩化物に変えることで、表面の不動態化状態を活性状態に変化させます。
サイクル腐食試験は、主にサイクル腐食試験装置を用いて人工的にサイクル腐食環境条件を再現し、製品や金属材料の耐食性を評価する環境試験の一種です。自然環境暴露試験と、人工的に加速させたサイクル腐食環境試験の2種類に分けられます。
人工的な周期腐食環境試験のシミュレーションとは、一定容積の空間試験装置である周期腐食試験チャンバー（図）を使用し、その空間容積内に人工的な方法を用いて周期腐食環境を作り出し、製品の周期腐食耐性を評価することです。
自然環境と比較すると、その塩化物塩濃度は、一般的な自然環境における塩化物塩濃度の数倍から数十倍にも達するため、腐食速度が大幅に増加し、製品の腐食試験結果を得るまでの時間も大幅に短縮されます。例えば、自然環境下で製品サンプルを試験した場合、腐食には1年かかることがありますが、人工的に再現した腐食環境下では、わずか24時間で同様の結果が得られます。
実験室でシミュレートされた周期腐食は、4つのカテゴリーに分類できる。
（１）中性循環腐食試験（NSS試験）は、最も早く登場し、現在最も広く使用されている促進腐食試験方法です。噴霧溶液として、5%塩化ナトリウム生理食塩水を使用し、溶液のpH値は中性範囲（6.5～7.2）に調整します。試験温度は35℃とし、サイクル腐食の沈降速度は1～2ml/80cm/hとします。
（２）酢酸サイクル腐食試験（ASS試験）この方法は、中性循環腐食試験を基に開発されたものです。5%塩化ナトリウム溶液に氷酢酸を少量加えることで、溶液のpH値を約3まで下げ、酸性化させ、最終的な循環腐食の形態も中性循環腐食から酸性循環腐食へと変化させます。その腐食速度は、NSS試験の約3倍です。
（３）銅塩促進酢酸サイクル腐食試験（CASS試験）これは、新たに開発された海外製の高速サイクル腐食試験であり、試験温度50℃、少量の銅塩（塩化銅）を含む塩溶液を用いて、強い腐食を誘発する。その腐食速度は、NSS試験の約8倍である。
（４）交互サイクル腐食試験これは総合的なサイクル腐食試験であり、実際には中性サイクル腐食試験に定湿度・定温試験を加えたものです。主に空洞型の製品全体に使用され、湿潤環境を浸透させることで、製品表面だけでなく内部にもサイクル腐食を発生させます。サイクル腐食と湿潤・熱という2つの環境条件を交互に製品に当て、最終的に製品全体の電気的・機械的特性の変化の有無を評価します。
サイクル腐食試験の結果は、一般的に定量的ではなく定性的な形で示されます。判定方法には4つの具体的な方法があります。
①評価判断方法腐食面積と総面積の比率を一定の方法に従っていくつかのレベルに分割し、あるレベルを適格判定基準とすることで、平面サンプルの評価に適しています。
②判断方法の重み付けこれは、腐食試験の前後の試料の重量を測定する方法であり、腐食による重量減少を計算して試料の耐食性を評価するもので、特に金属の耐食性評価に適しています。
③腐食外観判定方法これは定性的な判定方法であり、サイクル腐食試験です。サンプルが腐食現象を起こすかどうかを判定するもので、この方法では主に一般的な製品規格が使用されます。
④腐食データ統計解析方法腐食試験の設計、腐食データの分析、腐食データによる信頼水準の決定方法を提供し、主に分析や統計的腐食に使用され、特定の製品の品質判定に特化して使用されるものではありません。
ステンレス鋼の周期腐食試験
サイクル腐食試験は20世紀初頭に発明され、最も長く使用されている「腐食試験」であり、耐食性の高い材料のユーザーに支持され、「万能」な試験となっています。主な理由は以下のとおりです。①時間の節約、②低コスト、③様々な材料の試験が可能、④結果がシンプルで明確であり、商事紛争の解決に有利。
実際には、ステンレス鋼のサイクル腐食試験が最もよく知られています。この材料は何時間サイクル腐食試験に耐えられるのでしょうか？実務担当者であれば、この質問には必ず答えられるはずです。
材料ベンダーは通常、不動態化治療または表面研磨グレードを向上させるステンレス鋼のサイクル腐食試験時間を改善するために、などが用いられています。しかし、最も重要な決定要因は、ステンレス鋼自体の組成、すなわちクロム、モリブデン、ニッケルの含有量です。
クロムとモリブデンの2つの元素の含有量が高いほど、孔食や隙間腐食の発生を防ぐために必要な耐食性は強くなります。この耐食性は、いわゆる耐食性指数で表されます。耐孔食性等価(PRE)値: PRE = %Cr + 3.3 x %Mo。
ニッケルは鋼の孔食および隙間腐食に対する耐性を向上させるわけではないが、腐食が始まってからの腐食速度を効果的に遅らせることができる。そのため、ニッケル含有オーステナイト系ステンレス鋼は、サイクル腐食試験において、同等の孔食耐性を持つ低ニッケルフェライト系ステンレス鋼よりもはるかに優れた性能を示し、腐食の程度もはるかに少ない傾向がある。
豆知識：標準的な304の場合、中性サイクル腐食試験の所要時間は一般的に48～72時間です。標準的な316の場合、中性サイクル腐食試験の所要時間は一般的に72～120時間です。
留意すべき点として、の周期腐食この試験法は、ステンレス鋼の特性を試験する際に大きな欠点がある。サイクル腐食試験における塩化物含有量は非常に高く、実際の環境をはるかに超えているため、塩化物含有量が非常に低い実際の使用環境では腐食に耐えられるステンレス鋼でも、サイクル腐食試験では腐食してしまう。
繰り返し腐食試験はステンレス鋼の腐食挙動を変化させるため、促進試験でもシミュレーション実験でもない。その結果は一方的なものであり、最終的に使用されるステンレス鋼の実際の性能とは何ら関係がない。
したがって、サイクル腐食試験を用いて様々な種類のステンレス鋼の耐食性を比較することはできますが、この試験は材料の評価しかできません。特にステンレス鋼材料を選定する際には、サイクル腐食試験だけでは十分な情報が得られない場合がほとんどです。なぜなら、試験条件と実際の使用環境との関連性を十分に理解していないからです。
同様の理由から、ステンレス鋼サンプルの周期腐食試験のみに基づいて製品の耐用年数を推定することは不可能である。
さらに、異なる種類の鋼材間での比較は不可能です。例えば、ステンレス鋼と被覆炭素鋼を比較することはできません。なぜなら、試験で使用される2つの材料の腐食メカニズムは大きく異なり、試験結果と製品が最終的に使用される実際の環境との相関関係が同じではないからです。
投稿日時：2023年11月6日