周知のとおり、滅菌器は密閉された圧力容器であり、通常はステンレス鋼または炭素鋼で作られています。中国では約230万台の圧力容器が稼働しており、その中でも金属腐食が特に顕著で、圧力容器の長期安定運転に影響を与える主な障害および故障モードとなっています。圧力容器の一種である滅菌器の製造、使用、保守、検査は無視できません。腐食現象とメカニズムが複雑であるため、金属腐食の形態と特性は、材料、環境要因、応力状態の影響下で異なります。次に、圧力容器の一般的な腐食現象をいくつか詳しく見ていきましょう。
1. 総合腐食(均一腐食とも呼ばれる)は、化学腐食または電気化学腐食によって引き起こされる現象で、腐食媒体が金属表面のすべての部分に均一に到達するため、金属の組成と組織が比較的均一な状態になり、金属表面全体が同様の速度で腐食されます。ステンレス鋼圧力容器の場合、低 pH 値の腐食環境では、不動態皮膜が溶解により保護効果を失い、総合腐食が発生します。化学腐食または電気化学腐食によって引き起こされる総合腐食のいずれであっても、共通の特徴は、腐食プロセス中に材料の表面に保護不動態皮膜を形成することが難しく、腐食生成物が媒体に溶解するか、緩い多孔質酸化物を形成して腐食プロセスを激化させることです。総合腐食の害は過小評価できません。まず、圧力容器支持要素の圧力面積の減少につながり、穴あき漏れ、強度不足による破裂または廃棄につながる可能性があります。第二に、電気化学的総合腐食の過程では、H+還元反応がしばしば伴い、材料に水素が充填され、水素脆化などの問題を引き起こす可能性があります。これが、溶接メンテナンス中に装置の脱水素が必要となる理由でもあります。
2. 孔食は、金属表面で発生し、内部に拡大して小さな穴状の腐食ピットを形成する局部腐食現象です。特定の環境媒体では、一定期間経過後、金属表面に個々の腐食穴または孔食が発生し、これらの腐食穴は時間とともに深部へと拡大し続けます。初期の金属重量減少は小さいものの、局部腐食の進行速度が速いため、機器や配管の壁に穴が開くことが多く、突然の事故につながる可能性があります。孔食は、孔食穴が小さく、腐食生成物で覆われていることが多いため、検査が困難であり、孔食の程度を定量的に測定・比較することが難しいです。したがって、孔食は最も破壊的で厄介な腐食形態の一つと言えます。
3. 粒界腐食は、粒界に沿って、またはその近傍で発生する局部腐食現象であり、主に粒界表面と内部の化学組成の差異、および粒界不純物や内部応力の存在に起因します。粒界腐食はマクロレベルでは目立たない場合もありますが、一度発生すると材料の強度がほぼ瞬時に失われ、しばしば警告なしに機器が突然故障する原因となります。さらに深刻なことに、粒界腐食は粒界応力腐食割れに容易に変化し、応力腐食割れの起点となります。
4. 隙間腐食とは、異物や構造上の理由により金属表面に形成された狭い隙間(通常、幅は0.02~0.1mm)で発生する腐食現象です。これらの隙間は、流体が流れ込んで滞留するのに十分な狭さである必要があり、それによって隙間腐食が発生する条件が整います。実際の用途では、フランジ継手、ナット圧着面、重ね継手、溶接未完了の溶接シーム、亀裂、表面気孔、金属表面に付着した未洗浄の溶接スラグ、スケール、不純物などが隙間を構成し、隙間腐食を引き起こす可能性があります。この形態の局部腐食は一般的で破壊力が非常に高く、機械的接続部の完全性や機器の気密性を損ない、機器の故障や破壊的な事故につながる可能性があります。したがって、隙間腐食の予防と制御は非常に重要であり、定期的な機器の保守と清掃が必要です。
5. 応力腐食は、全容器の腐食タイプの49%を占め、方向性応力と腐食性媒体の相乗効果によって脆性亀裂が生じるのが特徴です。この種の亀裂は、結晶粒界に沿って発生するだけでなく、結晶粒自体を貫通して発生することもあります。亀裂が金属内部まで深く進展すると、金属構造の強度が著しく低下し、金属機器が予告なく突然損傷することもあります。したがって、応力腐食割れ(SCC)は、突然かつ強力な破壊力を持つという特徴があり、亀裂が発生すると、その拡大速度が非常に速く、破損前に大きな警告がないため、非常に有害な機器の故障形態と言えます。
6. 最後に挙げる一般的な腐食現象は疲労腐食です。これは、交番応力と腐食性媒体の複合作用により、材料表面が徐々に損傷し、最終的に破断に至る過程を指します。腐食と材料の交番ひずみの複合効果により、疲労亀裂の発生時間とサイクル回数が著しく短縮され、亀裂伝播速度が増加するため、金属材料の疲労限度が大幅に低下します。この現象は、機器の圧力要素の早期故障を加速させるだけでなく、疲労基準に基づいて設計された圧力容器の耐用年数を予想よりもはるかに短くします。使用過程において、ステンレス鋼製圧力容器の疲労腐食などの様々な腐食現象を防止するために、以下の対策を講じる必要があります。6か月ごとに滅菌タンク、温水タンクなどの機器の内部を徹底的に洗浄する。水の硬度が高く、機器を1日8時間以上使用する場合は、3か月ごとに洗浄する。
投稿日時:2024年11月19日

