ASTM E1681：金属のKIH試験

環境誘起割れのしきい応力拡大係数（KIH）の決定

KIH 試験は、水素環境における金属材料のしきい応力拡大係数 (KIH) を決定する破壊力学試験です。ASTM E1681 は、一定変位による KIH テストと、疲労プレクラック CT 試験片に対する一定力による KIH テストの 2 種類の荷重を区別しています。

ASTM E1681 に準拠したこれらの KIH テストの目的は、水素輸送用の特殊なパイプやパイプラインに使用する金属の適合性を評価することです。

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KIH試験に関連する規格

KIH試験および水素環境におけるしきい応力強度係数 (KIH) の測定には、次の規格が適用されます。

ASME B31.12 – 水素配管およびパイプラインの規格この規格はパイプライン
の安全性を定義し、気体水素および液体水素を輸送するパイプラインの要件が含まれています。
ASME BPVC.VIII.3 - ASME ボイラーおよび圧力容器規格、Division 3、高圧容器
の構造に関する代替規則この規格には、加圧水素での試験条件が含まれており、試験方法に応じて、K_IH 計算のさらなる要件が含まれています。
ASTM E1681 - 金属材料
の環境促進割れの閾値応力拡大係数を決定するための標準試験方法 ASTM E1681 規格は、水素環境における環境促進割れの閾値応力拡大係数パラメータ K_IH の決定を規定しています。

ASTM E1681に準拠した試験の実施

KIH試験を実行する前に、サーボ油圧テスト装置を使用して CT 試験片に疲労プレクラックが発生します。次に、この予め亀裂が入った CT 試験片を水素ガス環境に投入します。ASTM E1681 は、試験片に指定された時間にわたって一定の変位で荷重をかけるか、一定の力で荷重をかけるかという 2 つの主なタイプの荷重を区別しています。場合によっては、亀裂の拡大や破損につながる可能性がありますが、必ずしもそうとは限りません。

一定変位KIH試験（一定変位）には試験機は必要ありません。試験片は、不活性環境において、一定の変位のもとでボルト締めされます。クリップオン伸び計を使用して、このボルト荷重試験片の荷重線変位（荷重線変位）を測定します。一定力 KIH 試験では、予め亀裂が入った試験片に指定された引張力をかける電気機械式クリープ試験機などの試験機を使用する必要があります。

一定変位 KIH 試験では、特定のワークフローに従う必要があります。

動的試験機によるCT試験片のプレクラック
クリップオン伸び計を用いた不活性雰囲気中のCT試験片の荷重線変位
CT試験片の装填とオートクレーブへの設置
加圧水素でオートクレーブを1,000時間加圧する
CT試験片を外し、破断面を視覚的に評価する

ASTM E1681の重要な特性値

ASTM E1681によるこれらの特性値は、金属の水素誘発クラッキングに対する耐性を評価するために使用されます：

K_IH
KIHはしきい応力拡大係数（threshold stress intensity factor）の略称です。K_IH は応力集中係数のしきい値として定義されます。
K_IEAC および K_EAC
EAC は、環境促進クラッキング (Environmental Assisted Cracking) の略称です。K_IEAC と K_EAC は、破損もクラックも発生しない応力集中係数の最大値として定義されます。したがって、K_IEAC は、既存のノッチおよびクラックに対する安全な操作を保証する最大許容荷重として理解されます。