第 3 章 溶接金属 317L の SSRT 特性と疲労寿命特性に及ぼす水素の影響
3.3 SSRT 特性に及ぼす水素の影響
3.3.2 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 3-7に母材SUS316（hi-Ni）のSSRT破面のSEM像を示す．−45 ℃・0.1 MPa窒素ガス中と−45 ℃・106 MPa水 素ガス中のいずれにおいても，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．
図3-8に溶接金属317L・溶接まま材のSSRT破面のSEM像を示す．−45 ℃・0.1 MPa窒素ガス中において，
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に近い形態を示した．ミクロな破面様相 については，中央部に溶接組織を反映した層状の破面（LW：Lamellar Weld fracture surface）が形成されて いた．周囲部には母材SUS316（hi-Ni）と同様のディンプル（D）が広がっていた．破面中央部を詳細に観 察すると，層状溶接破面（LW）は一方向に連なったディンプルで構成されていた．同様な破面様相につ いては，溶接まま材のオーステナイト系ステンレス鋼溶接金属308L，21-6-9(5)並びに316L，347(13)のSSRT 試験でも，溶接組織に依存したマイクロボイドの合体と成長によって，ディンプルが層状に形成される ことが報告されている．一方，−45 ℃・106 MPa水素ガス中の破面様相においては，層状溶接破面（LW）
が試験片表面部に形成され，残りの部分にはディンプル（D）が形成されていた．試験片表面部を詳細に 観察すると，層状溶接破面（LW）にはディンプルがほとんど見られなかった．水素の影響によるき裂進 展形態の変化は，オーステナイト系ステンレス鋼母材のSSRT破面において，表面き裂の発生・進展に伴 う擬へき開破面（QC：Quasi Cleavage）として観察され，絞りを低下させる要因とされている(14),(15) ．図3-8(b-ii)より，溶接金属317L・溶接まま材の試験片表面には，二次き裂の存在が確認できた．すなわち，表 面き裂の発生・進展に伴って，層状溶接破面がディンプルをほとんど伴わず，試験片表面部に形成すると いうき裂進展形態の変化が生じたものと考えられる．
図3-9に溶接金属317L・溶接後溶体化材のSSRT破面を示す．−45 ℃・0.1 MPa窒素ガス中と−45 ℃・106 MPa水素ガス中のいずれにおいても，試験片はカップアンドコーン破壊し，破面はディンプルで覆われて いた．この破面様相に対応し，絞りは窒素ガス中でφN = 84 %，水素ガス中でφH = 76
%に改善した（図3-6）．すなわち，溶接後溶体化熱処理を施すと，溶接金属317Lは母材SUS316（hi-Ni）と同様に水素の影響
をほとんど受けなくなった．
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(a) In 0.1 MPa nitrogen gas at −45 ℃
(b) In 106 MPa hydrogen gas at −45 ℃
Fig.3-7 SEM images of SUS316 (hi-Ni) base metal: (i) top view, (ii) side view, magnifications of (iii) A and (iv) B (Reproduced from Ref.24).
D
B A B
A
D
(a-i) (a-ii)
(a-iii) (a-iv)
0.5 mm 0.5 mm
10 m 10 m
(b-i) (b-ii)
(b-iii) (b-iv)
0.5 mm 0.5 mm
10 m 20 m
46
D
LW
C B
A
(a) In 0.1 MPa nitrogen gas at −45 ℃
(b) In 106 MPa hydrogen gas at −45 ℃
Fig.3-8 SEM images of 317L as-welded metal: (i) top view, (ii) side view, magnifications of (iii) A and (iv) B (Reproduced from Ref.24 and modified).
D LW
A B
(a-i) (a-ii)
(a-iii) (a-iv)
10 m
1 mm 1 mm
20 m
(b-i) (b-ii)
(b-iii) (b-iv)
10 m
1 mm 1 mm
20 m
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(a) In 0.1 MPa nitrogen gas at −45 ℃
(b) In 106 MPa hydrogen gas at −45 ℃
Fig.3-9 SEM images of 317L post welded solution-treated weld metal: (i) top view, (ii) side view, magnifications of (iii) A and (iv) B (Reproduced from Ref.24).
D
A B
A
D
B
(b-i) (b-ii)
(b-iii) (b-iv)
10 m 10 m
1 mm 1 mm
(a-i) (a-ii)
(a-iii) (a-iv)
10 m 10 m
1 mm 1 mm
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