広報活動

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2013年9月9日

株式会社神戸製鋼所
JFEスチール株式会社
新日鐵住金株式会社
大同特殊鋼株式会社
一般社団法人日本鉄鋼協会
独立行政法人理化学研究所

小型中性子源システムで鋼材内部腐食を非破壊で可視化することに成功

-老朽化するインフラ構造物の安全性の確認、維持管理コスト低減が可能に-

『中性子透過像の一例』と『RANSによる水分含浸状態の合金鋼(左)と普通鋼(右)の中性子イメージング』

左:中性子透過像の一例
右:RANSによる水分含浸状態の合金鋼(左)と普通鋼(右)の中性子イメージング

東日本大震災後、高度経済成長期に大量に建設された高架道路や橋梁などの社会インフラの点検を行ったところ、予想以上に老朽化していることが話題になりました。大型構造物に利用されている鉄鋼の最大の弱点はさびやすいことです。それを防ぐ手段として一般的には塗装が用いられていますが、時間経過に伴い塗装の欠陥部などから水が塗膜下に侵入して腐食が進行します。このため、定期的な塗り替えが必要で維持管理コストが増大する要因となっています。これを解決するには、さびにくい金属や塗装法の開発が必要ですが、そもそも、どのように内部腐食が起きるのか、という腐食メカニズムの解明が不可欠です。

橋梁などの大型の構造物では内部の劣化を調べるために、構造物を壊さずに検査できる非破壊検査を用います。これまでは超音波や電磁波、X線などによる検査が利用されていました。しかし、X線などで透過できる鉄板の厚さはせいぜい1cm程度で、分厚い鉄骨やコンクリートの内部を観察することは困難でした。これに対し中性子ビームは、重い元素も透過できる一方で、水素やリチウムなどの軽い元素の観察も可能です。厚さ3cm以上の鉄板や50cm以上のコンクリートも透過可能であり、また、水素の可視化に優れ、物質中の水を観察することもできます。

理研と日本鉄鋼協会などは、理研が整備・高度化を進めている小型中性子源システム「RANS」を使い、大型構造物に使われている鉄鋼材料の内部腐食の様子を中性子ビームを使って非破壊で可視化する研究を共同で行いました。共同研究グループは、一般的な鉄鋼材料である炭素鋼(普通鋼)と、塗装用鋼として橋梁に実際に使用されている合金鋼を対象に塗膜下の腐食を観察しました。その結果、普通鋼と合金鋼の塗膜下のさびの層の広がりや、侵入した水の挙動について詳細な可視化に成功しました。普通鋼に比べ、合金鋼は塗膜下腐食が進行しにくく塗装による耐食性に優れていることが分りました。

この成果は、鋼材塗膜下の腐食メカニズムの究明や、塗装構造物の長寿命化につながると期待されます。また、RANSが鉄鋼研究全般を支える分析ツールとして普及し、手軽に、中性子の特徴を生かした研究が行えるようになり、それが産業界全体に普及するきっかけになることを期待しています。

理化学研究所
光量子工学研究領域 光量子技術基盤開発グループ 中性子ビーム技術開発チーム
チームリーダー 大竹 淑恵 (おおたけ よしえ)