SSRT 破面

SSRT試験後の試験片の破面を走査型電子顕微鏡（SEM：Scanning Electron Microscope）で観察した．図

4-7に母材SUS304のSSRT破面のSEM像を示す．室温・大気中において，マクロな破壊形態は明瞭なカ

ップアンドコーン破壊であり，ミクロな破面様相は全体的にディンプル（D：Dimple）であった．一方，

室温・115 MPa水素ガス中において，マクロな破壊形態は脆性的な破壊を示し，ミクロな破面様相は全体 的に擬へき開（QC：Quasi Cleavage）であった．過去の研究においても，SUS304やSUS316に対する高 圧水素ガス環境中のSSRT試験の結果，水素による表面き裂の発生と進展の助長に伴って，擬へき開（QC）

が形成されることが報告されている⁽⁹⁾．

図4-8に溶接金属308・溶接まま材のSSRT破面のSEM像を示す．室温・大気中において，マクロな破 壊形態は明瞭ではないが，カップアンドコーン破壊となった．ミクロな破面様相は，溶接組織を反映した 層状の破面（LW：Lamellar Weld fracture surface）が全体的に広がっていた．層状溶接破面（LW）は一方 向に連なった細かなディンプルで構成されていた．一方，室温・115 MPa水素ガス中において，マクロな 破壊形態はせん断破壊に類似しており，ミクロな破面様相は室温・大気中と同様に層状溶接破面（LW）

を示した．ただし，層状溶接破面（LW）内に細かなディンプルは存在せず，母材SUS304で観察された 擬へき開（QC）が層状に形成されていた．ここで，SSRT特性における溶接金属組織の水素脆化への関与 を明らかにするため，エネルギー分散型X線分析（EDS）を用いて，溶接金属308・溶接まま材のSSRT 破面に対する元素分析を行った．分析箇所は，SSRT 破面の試験片表面近傍（図 4-8(b-i)の位置 B）とし た．図4-9に室温・135 MPa水素ガス中におけるSSRT破面の元素分析結果を示す． SSRT試験で得られ た層状溶接破面（LW）にはCr量が低くてNi量が高い領域で示されるが母相と，Ni量が低くてCr量が 高い領域で示されるδフェライトが存在した．すなわち，溶接金属308・溶接まま材の水素ガス中SSRT 試験において，δフェライトの内部もしくはδフェライトと母相の界面が，水素ガス中における表面き裂 の進展経路となって，擬へき開を伴う層状溶接破面の形成，つまり，き裂進展形態の変化をもたらしたも のと考えられる．

図4-10に溶接金属308・溶接後溶体化材のSSRT破面のSEM像を示す．母材SUS304と同様に，室温・

大気中では，試験片はカップアンドコーン破壊を生じ，破面はディンプル（D）に覆われていた．また，

室温・115 MPa水素ガス中では，試験片は脆性的な破壊を示し，破面は擬へき開（QC）に覆われていた．

67 (a) In air at RT

(b) In 115 MPa hydrogen gas at RT

Fig.4-7 SEM images of SUS304 base metal: (i) top view, (ii) side view, magnifications of (iii) A and (iv) B.

D

A

B

(a-i) (a-ii)

(a-iii) (a-iv)

1 mm 1 mm

10 m 10 m

QC

B

A

(b-i) (b-ii)

(b-iii) (b-iv)

1 mm 1 mm

20 m 20 m

68 (a) In air at RT

(b) In 135 MPa hydrogen gas at RT

Fig.4-8 SEM images of 308 as-welded metal: (i) top view, (ii) side view, magnifications of (iii) A and (iv) B.

Fig.4-9 Element analysis for the fatigue fracture surface of 308 as-welded metal: (a) SEM image of B in Fig.4-8 (b-i), element maps of (b) Cr and (c) Ni.

LW

A

B

(a-i) (a-ii)

(a-iii) (a-iv)

1 mm 1 mm

20 m 20 m

LW

A B

(b-i) (b-ii)

(b-iii) (b-iv)

1 mm 1 mm

20 m 20 m

(a) (b) (c)

10 m

10 m 10 m

69 (a) In air at RT

(b) In 115 MPa hydrogen gas at RT

Fig.4-10 SEM images of 308 post welded solution-treated weld metal: (i) top view, (ii) side view, magnifications of (iii) A and (iv) B.

B A

D

(a-i) (a-ii)

(a-iii) (a-iv)

1 mm 1 mm

10 m 10 m

QC

B A

(b-i) (b-ii)

(b-iii) (b-iv)

1 mm 1 mm

20 m 20 m

70

4.4 疲労寿命特性に及ぼす水素の影響