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材料科学において、粒界腐食（IGC ）、または粒界攻撃（IGA ）とは、材料の結晶粒の境界が内部よりも腐食を受けやすい腐食形態である。（粒内腐食も参照。）
この状況は、本来は耐食性のある合金でも、粒界が枯渇すると発生する可能性があります。粒界枯渇とは、クロムなどの腐食抑制元素が何らかのメカニズムによって減少する現象です。ニッケル合金やオーステナイト系ステンレス鋼、耐食性を高めるためにクロム炭化クロム、その結果、粒界に隣接するクロム枯渇領域が形成されます（このプロセスは鋭敏化）。ステンレス鋼の表面に不動態皮膜と呼ばれる極薄の目に見えない皮膜が形成されるメカニズムである不動態化を確実にするには、最低でも約12%のクロムが必要です。この不動態皮膜は、金属を腐食環境から保護します。不動態皮膜の自己修復特性により、鋼はステンレス鋼となります。選択的浸出には、粒界枯渇メカニズムがしばしば関与します。
これらの領域は局所的なガルバニックカップルとしても機能し、局所的なガルバニック腐食を引き起こします。この状態は、材料が700 ℃付近の温度に長時間加熱された場合に発生し、溶接中や不適切な熱処理中に発生することがよくあります。溶接によってこのような材料の領域が形成されると、結果として生じる腐食は溶接腐食と呼ばれます。ステンレス鋼は、チタン、ニオブ、またはタンタルを添加することによってこの挙動に対して安定化できます。これらの元素は、炭化クロムよりも優先的に炭化チタン、炭化ニオブ、炭化タンタルを形成します。また、鋼中の炭素含有量を下げ、溶接の場合は溶加材中の炭素含有量も0.02%未満に下げるか、部品全体を1000 ℃以上に加熱して水で急冷することにより、結晶粒内の炭化クロムが溶解し、析出が防止されます。別の可能性としては、溶接部を十分に薄くして、冷却時に金属がクロム炭化物が析出するよりも早く熱を放散するようにすることです。ASTM A923 [ 1 ] 、 ASTM A262 [ 2 ] 、およびその他の同様の試験は、ステンレス鋼が粒界腐食を起こしやすいかどうかを判断するためによく使用されます。これらの試験では、金属間化合物の存在を明らかにする化学薬品によるエッチングが必要であり、シャルピーVノッチ試験やその他の機械的試験と組み合わせる場合もあります。
関連する別の種類の粒界腐食は、ナイフライン攻撃（KLA ）と呼ばれます。ナイフライン攻撃は、347ステンレス鋼などのニオブで安定化された鋼に影響を与えます。チタン、ニオブ、およびそれらの炭化物は、非常に高い温度で鋼に溶解します。冷却条件によっては（冷却速度に応じて）、ニオブ炭化物は析出せず、鋼は非安定化鋼のように振る舞い、代わりにクロム炭化物を形成します。これは、溶接部のすぐ近くの数ミリメートル幅の薄い領域にのみ影響するため、発見が困難で腐食速度が速くなります。このような鋼で作られた構造物は、クロム炭化物が溶解してニオブ炭化物が形成される約1065 ℃（1950 °F）まで全体を加熱する必要があります。この処理後の冷却速度は重要ではありません。なぜなら、そうでなければクロム炭化物の形成リスクとなる炭素は、すでにニオブ炭化物として隔離されているからです。[ 3 ]
アルミニウム合金は、アルミニウムを多く含む結晶の間に陽極として作用する材料の層が存在する場合、粒界腐食に対して敏感になることがあります。高強度アルミニウム合金は、特に押出成形されたり、その他の方法で高度な加工を受けたりすると、剥離腐食（冶金学）を起こすことがあります。これは、腐食生成物が平らで細長い結晶粒の間に蓄積してそれらを分離し、剥離または葉状化効果をもたらし、多くの場合、材料の端から構造全体に伝播します。[ 4 ]粒界腐食は、特に銅含有量の多い合金にとって懸念事項です。
他の種類の合金も剥離を起こす可能性があります。キュプロニッケルの感受性はニッケル含有量とともに増加します。この種の腐食のより広い用語は層状腐食です。鉄合金は層状腐食を受けやすく、酸化鉄の体積は元の金属の体積の約7倍であるため、内部引張応力が発生して材料が引き裂かれます。同様の効果により、酸化物と金属の熱膨張率の違いにより、ステンレス鋼にも層状構造が形成されます。[ 5 ]
銅合金は、結晶粒界における銅含有量の減少が生じると、敏感になる。
異方性合金は、押出成形や重加工によって長くて平らな結晶粒が形成されるため、粒界腐食が特に起こりやすい。[ 6 ]
環境応力によって誘発される粒界腐食は、応力腐食割れと呼ばれる。粒界腐食は、超音波探傷法や渦電流探傷法によって検出できる。
鋭敏化とは、ステンレス鋼または合金の粒界に炭化物が析出する現象を指し、これにより鋼または合金は粒界腐食または粒界応力腐食割れを起こしやすくなる。
特定の合金は、鋭敏化温度と呼ばれる温度にさらされると、粒界腐食に対して特に感受性が高くなります。腐食性雰囲気下では、これらの鋭敏化された合金の粒界が非常に反応しやすくなり、粒界腐食が発生します。これは、粒界およびその近傍で局所的な腐食が起こり、粒自体の腐食は比較的少ないという特徴があります。その結果、合金は崩壊（粒が脱落）したり、強度を失ったりします。
これらの写真は、正規化処理（非鋭敏化）された304型ステンレス鋼と高度に鋭敏化された鋼の典型的な微細構造を示しています。サンプルは写真撮影前に研磨およびエッチングされており、鋭敏化された領域は、エッチング液が腐食を引き起こした幅の広い暗い線として現れています。暗い線は炭化物と腐食生成物から構成されています。粒界腐食は一般的に、粒界での不純物の偏析、または粒界領域での合金元素の濃縮または枯渇によって引き起こされると考えられています。したがって、特定のアルミニウム合金では、少量の鉄が粒界に偏析して粒界腐食を引き起こすことが示されています。また、真鍮の亜鉛含有量は粒界で高く、このような腐食を受けやすいことが示されています。ジュラルミン系合金（Al-Cu）などの高強度アルミニウム合金は、強化のために析出相に依存しており、約120 ℃の温度で鋭敏化されると粒界腐食を起こしやすい。インコネル600やインコロイ800などのニッケルリッチ合金も同様の感受性を示す。アルミニウムを含むダイカスト亜鉛合金は、海洋雰囲気中の蒸気によって粒界腐食を起こす。Cr-Mn鋼およびCr-Mn-Ni鋼も、420 ℃～850 ℃の温度範囲で鋭敏化されると粒界腐食を起こしやすい。オーステナイト系ステンレス鋼の場合、これらの鋼を約520 ℃～800 ℃の温度範囲で加熱して鋭敏化すると、粒界領域でクロムが枯渇し、粒界腐食を起こしやすくなる。オーステナイト系ステンレス鋼のこのような鋭敏化は、蒸気発生器などの高温使用条件、あるいは形成された構造物のその後の溶接の結果として容易に発生する可能性がある。
粒界腐食を起こしやすい合金、特にオーステナイト系ステンレス鋼の粒界腐食を制御または最小限に抑えるために、いくつかの方法が用いられてきた。例えば、高温固溶化熱処理（一般に固溶化焼鈍、焼入れ 焼鈍、または固溶化焼入れと呼ばれる）が用いられてきた。合金を約1,060 ℃～1,120℃まで加熱した 後、水冷する。この方法は一般的に大型部品の処理には適しておらず、また、その後の補修や他の構造物の接合に溶接を用いる場合にも効果的ではない。
粒界腐食を防止する別の制御技術として、ステンレス鋼にニオブやチタンなどの強力な炭化物形成元素または安定化元素を添加する方法がある。これらの元素はクロムよりも炭素に対する親和性がはるかに高く、これらの元素による炭化物形成によって、クロム炭化物形成に利用できる合金中の炭素量が減少する。このような安定化チタン含有オーステナイト系クロムニッケル銅ステンレス鋼は、米国特許第3,562,781号に示されている。あるいは、ステンレス鋼の炭素含有量を初期段階で0.03%未満に低減することで、炭化物形成に必要な炭素量を不足させることもできる。これらの技術は高価であり、時間の経過とともに鋭敏化が生じる可能性があるため、効果は限定的である。また、低炭素鋼は高温での強度が低下することが多い。