代表的な腐食の種類と発生原因

腐食とは、金属が環境との電気化学的または化学的反応によって徐々に劣化し、材料が失われ構造が弱まる現象です。腐食の種類によって機構や環境との相互作用が異なります。 

腐食による修理費用は予測が難しく、影響も継続的に生じます。腐食の有害な影響には日々直面します。以下に、代表的な腐食の種類と発生機構を解説します：

電気化学的腐食

ガルバニック腐食

• 発生機構異種金属が電解質中で接触すると発生します。より活性な金属（陽極）が腐食し、より貴な金属（陰極）は保護されます。影響要因：
  • 電位差（ガルバニック列。
  • 電解質の導電率。
  • 陽極と陰極の面積比（陽極が小さいほど腐食が速い）。
• 例：亜鉛めっき鋼が犠牲となり、母材の鋼を保護します。

電気化学的腐食の影響 are severe and include:

• 金属の寿命低下： 腐食した金属は急速に劣化し、使用効率に影響します。
• 資産の損失：電気化学的腐食は、建設や輸送などの産業に大きな経済的損失をもたらします。
• 安全上の危険：電気化学的腐食は人や環境に安全上の危険をもたらします。

すきま腐食

• 発生機構Occurs in confined spaces (such as beneath gaskets, bolts, or washers), where trapped liquid creates an oxygen concentration difference. The oxygen-depleted area inside the crevice becomes the anode, while the oxygen-rich area outside acts as the cathode, forming 酸素濃淡電池 これにより、すきま内部で金属の溶解が促進されます。
• 例：ステンレス鋼やアルミニウム合金は塩化物の多い環境で腐食しやすいです。

接触点腐食（TPC）

接触点腐食（TPC）は、木材と金属の物体が接触して金属内部に腐食箇所を生じる腐食形態です。

この腐食は配管でよく見られ、配管と支持材の接触部などで発生します。隙間に水や腐食性物質が滞留し、配管の動きで腐食を抑えるスケールが剥がれます。点検で配管を持ち上げるまで見えないことが多く、監視や測定が困難です。

孔食

• 発生機構保護酸化皮膜が局所的に破壊され、小さく深い孔が生じるのが特徴です。塩化物や硫化物が酸性の微小環境を作り、孔食を発生させます。陰イオン（例：Cl⁻）が孔内へ移動して酸性を保ち、金属の溶解を促進します。
• 例：海水にさらされたステンレス鋼。

化学腐食

全面腐食

• 発生機構湿気や酸への暴露によって表面全体で均一に材料が失われます。予測しやすい一方、時間とともに材料の厚さが減少します。
• 対策保護コーティングとカソード防食。

硫化腐食

硫化腐食は原油中で自然に起こる化学反応により、製油設備に使われる炭素鋼や合金を侵食します。液相・気相のいずれでも発生し、配管、加熱炉管、圧力容器などに腐食損傷を引き起こします。

API RP 939-CおよびAPI RP 571によると、炭素鋼などの合金は400°F（204°C）を超える高温環境で硫黄成分と反応し、腐食することがあります。

水素は硫化腐食を加速させ、H₂S流中の水素は500°F（260°C）を超える高温で腐食を深刻化させます。シリコンを含まない、または含有量の少ない配管は腐食速度が高く、クロムの添加は耐硫化性を高めます。

機械的腐食

エロージョン・コロージョン

• 発生機構流れや研磨粒子による作用と化学的攻撃が組み合わさります。乱流やキャビテーションが保護膜を除去し、局所摩耗を加速させます。
• 例：配管やポンプ羽根車。

フレッチング腐食

• 発生機構腐食環境下で表面同士が繰り返し摩擦し、不動態皮膜が破壊されて発生します。
• 例：ボルト接合部や軸受。

微生物腐食（MIC）

微生物腐食は、材料上の生物学的増殖によって自然に発生します。細菌の発生源はさまざまですが、未処理の自然水、油、エマルションに接触する材料は特にリスクが高くなります。

炭素鋼やステンレス鋼など、次の用途で一般的に使われる鋼材設備を特に侵食します：

• 配管
• 船舶
• 貯蔵タンク
• 鋼製ケーブル
• 配管

MICによる孔食は鋼材設備の強度や硬さに深刻な影響を与えるため、早期発見と補修が重要な投資となります。

応力腐食割れ（SCC）

• 発生機構引張応力と腐食環境が組み合わさり、亀裂が進展します。主な機構：
  • 水素脆化水素原子が応力を受けた金属に侵入し、脆化を引き起こします。
  • アノード溶解亀裂先端に応力が集中し、腐食が加速します。

• 易損な系塩化物環境のステンレス鋼、アルカリ環境の炭素鋼。

保温材下腐食（CUI）

断熱材は腐食の進行を隠し、外見上の兆候が現れる前に深刻な損傷が進むおそれがあります。

CUIは設備外面に水分が蓄積し、断熱材の下で発生する腐食です。主に炭素鋼や低合金鋼を侵食しますが、断熱設備全般に影響する可能性があります。

断熱材が金属表面との間に水を保持するため、CUIの防止は困難です。断熱システムの不具合により配管、容器などの金属設備で発生する可能性があります。

粒界腐食（IGC）

• 発生機構不純物や合金元素（例：ステンレス鋼中のクロム）の欠乏により粒界が侵食されます。粒界でのアノード溶解が材料を弱め、粒子の脱落を招きます。
• 例：アルミ合金や鋭敏化したステンレス鋼はIGCを受けやすいです。

均一表面腐食

均一表面腐食は航空宇宙部品で最も一般的です。塗装や保護皮膜が摩耗すると、金属表面が水分や酸素にさらされ腐食します。過酷な使用条件は損傷を加速させ、安全性や材料の健全性を脅かします。

航空機部品には、応力腐食、局部腐食、継ぎ目腐食、糸状腐食、異種金属接触腐食なども発生します。

糸状腐食

• 発生機構塗装や皮膜の下で発生し、イオン（Cl⁻、SO₄²⁻）と水分の移動により糸状の亀裂が生じます。
• 原因皮膜の損傷や水分の浸透。
• 例：海洋環境の鋼構造物、船体、コンテナ。

迷走電流腐食

• 発生機構鉄道や電気設備など外部電源の電流が金属を流れ、電気化学的溶解を引き起こします。
• 原因:
  • 接地不良。
  • 金属が通電した土壌や水に接触する。
• 例：電化線路付近のガス管、陸上電源に接続した船体。

選択腐食・脱合金

• 発生機構合金元素の一つが優先的に溶解し、多孔質構造が残ります。
• 代表例:
  • Dezincification黄銅（Cu-Zn）から亜鉛が腐食し、多孔質の銅が残ります。
  • Graphitization鋳鉄から鉄が腐食し、黒鉛状炭素が残ります。
• 例：海水系統の黄銅配管。

高温酸化

• 発生機構金属が>500°Cで酸素と反応し、剥離しやすい酸化皮膜を形成します。
• 原因:
  • 熱サイクル（加熱・冷却）で酸化皮膜に亀裂が生じます。
  • 耐酸化合金元素（Cr、Al）の不足。
• 例：炉、ガスタービン、エンジン排気管。

発生機構と予防

腐食機構は次の要因に左右されます：

• 材料成分。
• 環境条件（温度、pH、汚染物質）。
• 機械応力。

予防策:

• 材料選定（例：耐食合金）。
• コーティング（例：亜鉛めっき）。
• 環境制御（例：腐食抑制剤）。
• すきまや水が滞留する箇所を避けた設計。

内部腐食の検出方法

配管、鋼製ケーブル、タンク、容器、チューブの腐食を検出する代表的な方法は4つあります：超音波探傷（UT）パルス渦流（PEC）、漏洩磁束探傷（MFL）および遠隔目視検査（RVI）.