Corrosion fatigue of refractory materials in boiling nitric acid

沸騰硝酸中で耐食性を有するリフラクトリー材料の腐食疲労挙動

本岡 隆文; 木内 清

Motooka, Takafumi; Kiuchi, Kiyoshi

沸騰硝酸中で優れた耐食性を示すジルコニウム,ニオブ及びチタン合金のようなリフラクトリー金属は、使用済燃料再処理施設の構造材料として使用されている。本研究では、沸騰3N硝酸中と室温大気中で、荷重制御の試験によりこれらの金属の疲労き裂進展速度を応力拡大係数範囲の関数として調査した。破断面は走査型電子顕微鏡により観察した。ジルコニウムとニオブのき裂成長速度は、空気中のそれと比較して沸騰硝酸中で加速した。腐食疲労によるき裂進展の加速現象は、Ti-5Ta合金では認められなかった。Ti-5Ta合金の破断面は両環境中で延性ストライエーションを示した。他方、ニオブの破断面は、空気中では疲労ストライエーション,硝酸中では脆性ストライエーションを示した。硝酸中のジルコニウムの破断面は脆性破壊と応力腐食割れに関連した延性破壊を示した。

Refractory materials such as zirconium, niobium and titanium alloys with excellent corrosion resistance in boiling nitric acid have been selected for use as structural materials of spent fuel reprocessing equipment. The fatigue crack growth rates of these materials were investigated by load control tests as a function of the stress intensity factor range in boiling 3N nitric acid and in air at room temperature. The fracture surfaces were observed by SEM. The fatigue crack growth rates of zirconium and niobium were enhanced in boiling nitric acid compared with those in air at room temperature. Acceleration effect due to corrosion fatigue was not observed in the crack growth of Ti-5Ta alloy. The fracture surfaces of Ti-5Ta alloy showed the ductile striation in both environments. On the other hand, the fracture surfaces of niobium represented the fatigue striation in air and the brittle striation due to corrosion in nitric acid. The fracture surfaces of zirconium in nitric acid showed brittle fracture and the ductile fracture related to stress corrosion cracking.