装置材料の損傷・劣化「べからず集」Vol.1

「高強度の鋼製ボルトを大気中で使用すべからず」

　鋼製ボルトは「強度が高いほど締結の信頼性が高い」と考えられがちである。しかし、実はそうでない場合もある。例えば、大気中や水溶液中で1,200MPaを超える高強度のボルトを用いると、使用中に軽度の腐食が発生するととともに、同時に水素を吸収して脆化し、最終的なボルトの破断に至る場合がある。
　これは、図に示すように、材料の強度が高いほど水素脆化感受性が高いためである。この理由は、強度が高いほど応力集中部（ボルトの場合にねじ底）に高い応力を受けることになり、その応力集中部に吸収した水素が拡散により集中し、脆化するためである。
　また、使用環境により吸収される水素量は変化し、大気中での腐食では、図中に示すように鋼材に1ppm程度まで水素を吸収する可能性があるとされている。
水素脆化によるボルトの破断を防止するためには、基本的により強度の低い鋼材を選定することが妥当である。経験的に、強度1,000MPa以下の鋼材の使用が大気中では妥当とされている。
　なお、鋼材の腐食を抑制するために犠牲陽極作用を期待して、亜鉛粉を含む塗料（ジンクリッチペイント）を採用することは、かえって鋼材の水素吸収を加速する可能性が高く、避ける必要がある。

図　鉄鋼系材料の水素脆化発生可能性の模式図