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Corrosion behavior of stainless steels simulating radiation-induced segregation

照射誘起偏析模擬合金の腐食挙動

三輪 幸夫; 塚田 隆 

Miwa, Yukio; Tsukada, Takashi

照射誘起応力腐食割れは、照射誘起偏析による粒界での化学組成変化に伴う耐食性の劣化が主要な原因と考えられている。しかし、照射誘起偏析による局所的化学組成変化は、熱鋭敏化での局所的化学組成変化と異なり、粒界でのCr濃度の低下に加えてNi及びSi濃度の増加を伴う。このような化学組成変化により高温水中での耐食性が劣化するか否かは不明である。そこで、照射誘起偏析より粒界近傍に生じる化学組成をバルクの化学組成により模擬した実験合金を溶製し、高温水中での腐食挙動及び室温の1N硫酸水溶液中及び1mol/lの硫酸ナトリウム水溶液中でのアノード分極特性を調べた。その結果、溶存酸素を10ppm含む300$$^{circ}$$C高温水中での腐食減量は、Ni及びSi濃度の影響は見られず、Cr濃度が低下するにしたがい低下することがわかった。しかし、溶存水素を1.3ppm含む高温水中では、Cr濃度の低下による腐食減量の低下は小さくなった。硫酸水溶液及び硫酸ナトリウム水溶液中でのアノード分極試験から、溶存酸素を含むpHが低い環境中ではCr濃度が低くNi及びSi濃度が高い場合に腐食電位が低くなり、Cr濃度のみが低い熱鋭敏化での場合と異なる腐食電位を示すことがわかった。一方、溶存酸素を含まない環境中では、合金の化学組成による腐食電位への大きな違いは見られなかった。硫酸ナトリウム中での不働態化電流密度はCr濃度の低下とともに増大し、Ni及びSiの影響が少ないことがわかった。

Local composition change at grain boundaries due to radiation-induced segregation (RIS) followed by loss of corrosion resistance is considered to be a key mechanism on irradiation-assisted stress corrosion cracking (IASCC). However it is not clear that the local composition change induces the loss of corrosion resistance at grain boundaries, because RIS results in not only depletion of Cr but also enrichment of Ni and Si. This chemical composition change is different from that of thermally-sensitized stainless steels. In this study, experimental alloys were manufactured simulating the composition at grain boundaries of irradiated type 304 stainless steel and corrosion behavior of the experimental alloys was examined by weight loss measurement in 573 K water and anode polarization measurement in 1N sulfuric acid and 1mol/l sodium sulfate at 303 K. Following results were obtained: (1) In oxygenated water (DO=10ppm) at 573 K, weight loss increased with decreasing the concentration of Cr and did not depend on the concentration of Ni and Si. (2) Results of anode polarization measurements showed that alloys contained lower Cr and higher Ni and Si concentration exhibited lower corrosion potential in oxygenated, lower pH solution. In de-aerated solutions both sulfuric acid and sodium sulfate, however, there was a little influence of chemical composition on the corrosion potential.

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