⚡ 要点
- 概要：高強度鋼が水素原子を吸収し、その後、持続的な引張応力下で破壊する現象です。組立後数時間から数週間で起こる遅れ破壊です。
- リスクのしきい値：引張強さ ≥1000 MPa（概ね 10.9 以上）、または硬さ ≥320 HV では水素脆性の管理が必要です。
- 3 つの発生源：酸洗、電気めっき（亜鉛または亜鉛ニッケル）、りん酸塩処理です。
- 標準試験：GB/T 3098.17-2000、平行座面による保証荷重試験で、200 時間破断しないことを確認します。
- 防止：めっき後 4 時間以内に、190–220°C で 4–8 時間のベーキングを行います。
- 代替プロセス：Dacromet、Geomet、機械的亜鉛めっきは、いずれも電解を伴いません。
1. 水素脆性が危険な理由
水素脆性（HE）は遅れ破壊です。組立直後はまったく正常なボルトが、数時間から数週間後に静的荷重の下で、目に見える塑性変形を伴わずに突然破断します。
典型的な特徴は次のとおりです。
- 平坦で結晶質の破面（粒界破壊）。
- 引張応力下で発生し、圧縮応力では起こりません。
- 鋼が硬いほど感受性が高く、1000 MPa 未満ではまれですが、1200 MPa を超えるとリスクが急激に高まります。
実際の事故：脱水素ベーキングを行わずに亜鉛めっきしたシートベルトアンカーボルト、風力発電ブレード用ボルト、高速鉄道の締結部品が、数千 km の走行後に破断した事例があります。リコール級の事象です。
2. 水素の発生源
| 工程 | リスク | 理由 |
|---|---|---|
| 酸洗 | 高 | 酸が鉄と反応して水素原子を放出し、鋼中へ拡散する |
| 亜鉛・亜鉛ニッケルめっき | 高 | 電解中に陰極で水素が発生する |
| りん酸塩処理 | 中 | 酸による侵食と反応水素 |
| 溶接・ガス切断 | 中 | 水分が解離して水素を放出する |
| Dacromet・Geomet | 低 | ディップスピンと焼付けで、電解を伴わない |
3. GB/T 3098.17 の検証試験
規格：GB/T 3098.17-2000 / ISO 15330、締結部品の機械的性質－平行座面による水素脆性の保証荷重試験。
方法：
- 試験片を専用治具に組み込み、保証荷重（耐力の 80% まで予荷重）を負荷します。
- 平行座面で200 時間保持します。
- 一定時間ごとに破断の有無を確認します。
- 200 時間後に除荷し、割れの有無を確認します。
合格判定：200 時間以内に破断がなく、除荷後にねじが手で回り、目視できる割れがないこと。
4. 防止と管理
4.1 めっき後のベーキング
- 電気めっき後4 時間以内に炉へ投入します。
- 190–220°C で 4–8 時間、硬さに応じて調整します。
- 硬い部品ほどベーキング時間を長くします。
4.2 プロセスの置き換え
- 高強度部品にはDacromet または Geometを優先します。電解がなく、水素も発生しません。
- ステンレス A2-70、A4-80 は本質的に感受性が低い材料です。
- 強酸での長時間の酸洗は避けます。
4.3 設計段階で
- 10.9 が不要な箇所では 8.8 を使用します。
- ねじ断面の急激な変化を避けます。
- 再めっきは避けます。再処理のたびに水素が再導入されます。
5. 選定のよくある質問
Q. 8.8 の亜鉛めっきボルトにベーキングは必要ですか。 一般には不要です（硬さ 320 HV 未満）。ただし自動車の安全部品はベーキングすべきです。
Q. Dacromet は本当に水素フリーですか。 皮膜自体は電解を伴いませんが、前処理で短時間の酸洗を行うため、ベーキングが望ましいです。
Q. すでに使用中のボルトはどう検査しますか。 非破壊検査では検出できません。ロット試験でのみ判断できます。