圧縮ベントナイト中における炭素鋼の腐食形態と腐食速度の評価

The Assessment of corrosion type and corrosion rate of carbon steel in compacted bentonite

谷口 直樹 ; 本田 明; 川崎 学*; 水流 徹*

Taniguchi, Naoki; not registered; Kawasaki, Manabu*; Tsuru, Toru*

高レベル放射性廃棄物の地層処分において,炭素鋼オーバーパックの腐食寿命の評価が重要問題となっている。腐食寿命を評価するうえで、処分環境下における炭素鋼の腐食形態と腐食速度を評価することが必要である。炭素鋼の腐食形態は不動態化するか否かで異なる。炭素鋼が不動態化した場合、孔食、すきま腐食、応力腐食割れなどの局部腐食の生起する可能性がある。一方、炭素鋼が不動態化しない場合には全面腐食が進行する。本研究では圧縮ベントナイト中において炭素鋼の電気化学測定により不動態化挙動を調査した。その結果、高密度の圧縮ベントナイト中で炭素鋼は不動態化しにくいことがわかった。腐食速度については圧縮ベントナイト中における浸漬試験を実施し、重量減少法および交流インピーダンス法により評価した。重量減少法により得られた平均腐食速度についてはデータベース化し、炭素鋼の腐食速度と環境因子の関係を調査するとともに実験データに基づいて長期の平均腐食深さ/腐食速度を予測した。溶液の飽和した圧縮ベントナイト中における炭素鋼オーバーパックの1000年間の平均腐食深さは5mm以下と評価された。また、より長期経過後を想定して定電流保持によって腐食生成物を生じさせた条件で交流インピーダンス法を用いて腐食速度を測定した。その値を腐食生成物を与えない場合での腐食速度と比較した。その結果定電流保持によって生成させた腐食生成物の堆積下では炭素鋼の平均腐食速度は増加しないことが確認された。

Carbon steel is one of the candidate materials for overpacks for high-level radioactive waste disposal in Japan. The estimation of corrosion allowance of carbon steel overpack needs to clarify the type of corrosion and the corrosion rate under repository conditions. The type of the corrosion occuring on overpacks depends on whether carbon steel is passivated or not. If carbon steel is passivated under repository conditions, localized corrosion such as pitting, crevice corrosion and stress corrosion cracking may occur under some conditions. On the other hand, if carbon steel is not passivated under repository conditions, general corrosion will occur. Passivation behavior and corrosion rate of carbon steel were investigated by electrochemical measurements under simulated repository conditions. The results of the measurements showed that carbon steel was hard to passivate in highly compacted bentonite. The immersion tests were carried out in compacted bentonite and average corrosion rates were measured from weight loss and the AC impedance of carbon steel specimens. The database of average corrosion rate were made from the data obtained by the weight loss technique. Based on the database of average corrosion rate in compacted bentonite, the relationship between average corrosion rates and test conditions were investigated. The average corrosion depth for 1000years was also estimated to be less than 5mm. In order to simulate the accumulation of corrosion products after long term, the external current were supplied to carbon steel specimens. After the formation of corrosion products, corrosion rates were measured using AC impedance technique. The results of the measurements showed that the corrosion rate of carbon steel did not increase in the presence of corrosion products formed by external current supply.