応力腐食割れによりリグに損害が発生する可能性があります

一部の種類の腐食は簡単に発見できますが、応力腐食割れはほとんど警告なしにリグを弱める可能性があるとヴィブ・コックス氏は言います

特に負荷がかかった状態で使用または製造されたすべての金具は、応力腐食割れが発生しやすい可能性があります。

応力腐食割れによりリグに損害が発生する可能性があります

ボートに使用される金属のより一般的な故障モードのいくつかは、インターネット検索やフォーラムによって、以前は専ら専門家の領域であったトピックが誰でも簡単にアクセスできるようになり、今日ではヨット所有者によって一般的によく理解されています。

ヴィヴ・コックスはチャーターエンジニアであり、50年以上航海を続けています。

しかし、金属部品が破損するいくつかの手段は、応力腐食割れほど謎が多く、謎が多く残っています。

疲労亀裂と同様に、応力腐食亀裂は、長期間隠蔽されたままになる故障メカニズムの 1 つであり、応力レベルが特定のしきい値を超えると、突然消滅します。ヨットマンにとっては不便な時間。

技術的に正確にするために、私は塩化物 (塩水など) で発生するバージョンについて説明していますが、硫化物で発生する別のバージョンはこの記事では無視して構いません。

応力腐食割れは、その名前が示すように、2 つの要因の組み合わせに依存する破損メカニズムの 1 つです。

応力または腐食だけでは、この記事で説明されているような障害が発生することはありません。

さらに、それ以下では問題が発生しないしきい値温度があります。

ほとんどのグレードのステンレス鋼は影響を受けやすいため、高塩化物環境におけるこの重要なクラスの合金の性能を向上させるために多大な研究努力が費やされています。

ストレスは外部的なものである場合もあれば、内部的なものである場合もあります。

外部応力とは、締め付けられたボルト、きつめのリギング、または張力がかかったコンポーネントなど、加えられる応力のことです。

内部応力は、シャックルや高張力ボルトなどの多くの継手に使用される冷間スタンピング操作などの製造プロセスで発生します。

冬のレイアップはマストを降ろして艤装を点検する良い機会ですが、チェーンプレート、ボルト、デッキのフィッティングも忘れずにチェックしてください。

良い例として、この記事の後半で示されるロール スエージング、つまり端子金具をシュラウドまたはステーのワイヤに取り付けるプロセスがあります。

フィッティングの最初は柔らかい金属がケーブルの撚り線に高い力で押し込まれ、それによって接合部が強化され、内部応力がかかります。

強度と硬度の間には直接的な関係があり、それ以下では応力腐食割れが問題にならない「魔法の」硬度値が存在します。

通常与えられる数値はロックウェル C スケールで 22 で、これは 246 ビッカースに相当しますが、実際には簡単に達成できる特別に高い値ではありません。

コンポーネントが製造技術によってすでに硬化されている場合、その後外部から力が加わると、応力レベルがしきい値を超える可能性があります。

この用語の腐食の部分はやや複雑です。

応力腐食割れは、塩化物が数 ppm しか含まれていない非常に弱い水溶液で発生することが知られています。

海水は特定の条件下でそれを引き起こすのに十分な強度があります。

最も可能性の高い原因は、湿潤と乾燥が交互に繰り返されることにより、塩化物イオンの濃度が徐々に増加し、応力と相まって粒界を介して金属に侵入する可能性があります。

かしめられたシュラウド端子、特に風上に面した端子には、水や塩分が溜まる可能性があり、応力腐食割れが発生しやすくなります。 クレジット: Ben Sutcliffe-Davies/Yachting Monthly

恒久的に湿った状態の接合部や接続部は特に危険にさらされます。

応力腐食割れが発生するための 3 番目の要件は温度です。

理論上、この問題は 50°C 以下の温度では発生しませんが、英国の温暖な気候であっても、晴れた日には甲板上で驚くほどの高温が発生する可能性があります。

もちろん、地中海ではそのような気温が容易に満たされます。

ここでは、温暖な気候と寒冷な気候の両方の例を含めました。

疲労故障と同様に、コンポーネントは完全な状態に見えますが、突然故障することがあります。

ただし、疲労とは異なり、破損は単一の亀裂によるものではなく、腐食性の塩化物が金属の粒界に沿って浸透するときに形成される、木の枝にたとえられることもある亀裂のネットワークによって引き起こされます。

破面は粗く錆びた外観をしており、副次的な亀裂が多数見られます。

この上向きのフィッティングに水が溜まり、応力腐食割れの特徴的な分岐割れが発生しました。 クレジット: Vyv Cox

このフィッティング (上) は、リグ検査で不合格となった後に送られてきました。

これは、キャップシュラウドの下側のスエージ加工されたフィッティングで、上向きの開口端があるため、常に応力腐食割れの影響を受けやすい可能性があります。

接続部分は錆びているように見えたので不審でしたが、ワイヤー付近の亀裂はほとんど見えませんでした。

細かい研磨紙でフィッティングを清掃すると、応力腐食の特徴的な枝分かれした亀裂が明らかになりました。

ここでの応力は、スエージマシンの動作によってもたらされる強化により、主に内部応力になります。

腐食は右側から始まり、結晶粒界に沿って徐々に金属に浸透しました。

このスイベルが突然大きな音を立てて故障したのは、接続ボルト周辺の応力が原因でした。 クレジット: Vyv Cox

2005年、私たちはまったく穏やかな状況でイビサ島のサンアントニオに停泊していました。

風は非常に弱く、港は守られており、私たちはコックピットに座っていました。

突然、前方からドーンという音が聞こえて（特徴的な騒音を伴う突然の破壊は応力腐食割れの特徴です）、私たちは後方に流されていることに気づきました。

チェーンを引っ張ってきましたが、驚いたことに端にアンカーがありませんでした。

私はケッジアンカーに手かせを掛け、その後、数人のダイバーの助けでバウワーアンカーを見つけることができました。

スイベル (上) は 4 か所で破損しており、アンカーに固定している間のネジの両側が破損していました。

ざらざらした亀裂のある外観は、応力腐食割れの典型的なものです。

この事件の後、私はアンカースイベルの強度と冶金学を研究し始めました（YM 2020年10月を参照）。

日光、潮風、内部応力、使用中のストレスにより、このシャックルは 3 つの部分に破損します。 クレジット: Vyv Cox

私の娘はハリケーン双胴船でレースに出場します。

このシャックル (上) はメインセール ダウンホール タックルの一部であり、この種の船では大きな力がかかるコンポーネントです。

レースに参加していないときは、シャックルは英国南海岸の太陽の光にさらされています。

陸上検査の結果、このシャックルは応力腐食割れにより 3 か所が破損しており、特に状態が悪いことが判明しました。

シャックルはおそらくコールドスタンピングによって製造され、内部応力が与えられ、その後レース中に外部応力にさらされました。

ディンギー公園は海に近く、典型的な塩辛い雰囲気にさらされています。

上のチェーン プレート ボルト: チェーン プレートのフィッティングがデッキから浮き上がったり、デッキの周囲が変形したりする場合は、良い兆候ではありません。 クレジット: Vyv Cox

私は、ウェスタリー オーシャンマスターの所有者から、彼のボートが現在岸に上がっているギリシャの造船所によって特定された問題を調査するように頼まれました。

彼らは、左舷側の上下のチェーンプレートの上部が甲板から浮き上がっていることに気づきました（上の写真を参照）。

チェーンプレートは上部と下部で構成され、デッキを通してボルトで固定されています。

ボート内部の下部は実質的に構築されており、ダブルナット付きボルトがデッキの上から突き出ています（下の写真を参照）。

チェーンプレートボルト下：内部構造はしっかりしていましたが、ボルトが2本折れていました。 クレジット: Vyv Cox

各プレートの 2 本のボルトが破損していましたが、簡単に外れました。

ボルトの 1 つを以下に示します。これは、応力腐食割れの典型的な外観を示しています。

荒れた錆びた破面には、長期間にわたって発生する深刻な応力腐食割れが見られます。 クレジット: Vyv Cox

金属は長期間にわたって錆びており、非常に粗い外観は塩化物を豊富に含む腐食性液体の粒子間浸透によるものです。

その後、以下に示すように、4 つのチェーン プレートを固定している合計 16 本のボルトのうち 8 本が破損していることが判明しました。

16本のチェーンプレートボルトのうち、8本が応力腐食割れにより破損していることが判明した。 クレジット: Vyv Cox

骨折にはパターンがありません。骨折はシャンクのねじのない部分またはねじが切られた部分のいずれかで発生し、1 つのケースでは 2 つの骨折がありました。

破断面は典型的な応力腐食割れで、非常に粗く、錆び、ギザギザしています。

この問題の根本的な原因は、ボルトの周囲およびチェーンプレートとデッキの間にシーラントが存在しないことです。

おそらくチーク材のデッキも影響していると思われ、炎天下でもチェーンプレートの下は湿ったままだった。

リグが航行中に紛失した可能性はほとんど疑いがないため、ボートが再進水する前に問題が明らかになったのは実に幸運でした。

オーナーはすべてのチェーンプレートとボルトを船舶用シーラントを使用して再施工しました。 (造船所は彼にこの仕事を依頼するのに 10,000 ユーロを見積もっていました。)

チェーンプレートの膝。 少量の漏れがあったため再密閉する必要がありましたが、ボルトを締め直したところ、応力腐食割れにより 1 つが破損しました。 クレジット: Vyv Cox

私のサドラー 34 では、上に示したように、下部シュラウド チェーン プレートが船体にボルトで固定されている角度付きプレートに少し内側に設置されています。

全体の配置はボートの内側で GRP 成形品で覆われているため、簡単に検査することはできません。

左舷側と右舷側の両方に少量の漏れがあることが判明し、デッキプレートの再敷き直しが必要になりました。

デッキプレートの取り外しは簡単で、船体プレートを固定しているすべてのボルトがしっかりと締まっていることを確認した後、シーラントをたっぷりと塗布し、すべてのナットとボルトを交換して締めました。

最初のショックは、2 つのプレート コンポーネントの間にある 10 mm ボルトの 1 つが比較的低いトルクで折れたときに起こりました。

検査により、応力腐食割れの明らかな兆候が明らかになりました。以下を参照してください。

せん断されたボルト頭: ほとんど力が加えられていないにもかかわらず、ボルトの頭がせん断され、典型的には粗い錆びた腐食が発生しました。 クレジット: Vyv Cox

3本のボルトをすべて交換し、左舷側に注目しました。

船体プレートを GRP 内の脱落防止ナットに固定している 6 mm ボルトの締まり具合を確認するまでは、すべてがうまくいきました。

2 つのヘッドが 90° プレートの両側に 1 つずつ切り取られ、取り外しが困難になりました。

私の唯一の選択肢は、プレートを取り外すのに十分なクリアランスができるまで、そのうちの1つをドリルで穴を開けることでした。

腐食破片: 壊れたボルトをドリルで取り出すのは面倒な作業で、どれだけの金属が腐食しているかがわかりました。 クレジット: Vyv Cox

これは 30°C を超える気温の中での長時間の作業でした。多くの切りくず、汗、罵声が降りかかりました (上記を参照)。

破損により応力腐食亀裂が明らかになりましたが、この場合、3 本の 10 mm ボルトは妥当な状態でした。

これらすべてのケースにおいて、海水を形成する比較的穏やかな塩化物溶液に対して完全に耐性があるはずの金属に深刻な腐食が発生しました。

チェーンプレートの破損のどちらの場合も、関与した水の量は微量でした。私のボートでは、漏れが非常に少なかったので、内部の木部に汚れさえありませんでした。

たとえ微量の漏れであっても排除する必要があることは明らかです。

以下に続きます…

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所有者は、ボート内の持続的な小さな漏れ、特にチェーンプレートやその他の索具コンポーネントなどの高負荷のコンポーネントに関連する漏れを検査して追跡する必要があります。

また、冬の間にマストを降ろし、ボルトを外し、チェーンプレート、ボルト、その他の負荷がかかっているリギングポイントを検査してから、すべてを船舶用シーラントで慎重に塗り直す機会を利用することも価値があります。

スイベルの場合、応力はほぼ確実にボルトの張力によるアームの曲がりによるものでした。

このスイベルの設計はいくつかの理由で不十分ですが、応力腐食割れの影響を受けやすいことはそのうちの 1 つにすぎません。

すべての腐食問題と同様、水を完全に除去することが完全な解決策です。

ここで説明するいくつかのケースでは、これは不可能ですが、真水で定期的に洗い流すことが役立つはずです。