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還元性雰囲気における緩衝材中での炭素鋼の腐食挙動

Corrosion Behaviour of Carbon Steel in Buffer Material under Anaerobic Condition

谷口 直樹; 川崎 学*; 川上 進; 久保田 満*

Taniguchi, Naoki; Kawasaki, Manabu*; Kawakami, Susumu; Kubota, Mitsuru*

高レベル放射性廃棄物の処分環境は初期には比較的酸化性雰囲気であるが、オーバーパックの腐食や緩衝材中の鉄鉱物と酸素の反応などによって、やがて地下深部本来の還元性雰囲気に戻ると考えられる。炭素鋼オーバーパックの腐食寿命を評価するうえでそのような還元性環境での炭素鋼の腐食挙動を把握することが必要である。本研究では酸素ガス濃度が1ppm以下に制御された窒素雰囲気下において緩衝材中での炭素鋼の浸漬試験を実施した。炭素鋼の腐食速度を試験片の重量減少量より算出し、腐食生成物をSEM、XRD、EPMAにより分析した。また、オーバーパック溶接の影響を確認するため、一部の条件で電子ビーム溶接(EBW)による溶接部付きの試験片を用いた実験も行った。模擬地下水として人工海水および炭酸水素イオンと塩化物イオンを含む水溶液を用いた。実験結果より、腐食生成物層はFeCO3、Fe2(OH)2CO3のような2価鉄の炭酸塩を含むことがわかった。腐食速度は浸漬後1年間までは比較的大きい(4$$sim$$18$$mu$$m/y)が、1年以降は急激に腐食の進展が減少した。浸漬後1年$$sim$$3年(または4年)の期間における平均腐食深さの増加量は数$$mu$$m以下であり、多くの場合1年以降の腐食速度は1$$mu$$m/y以下と見積もられた。また、浸漬期間3年間までの実験では溶接による腐食速度への影響は認められなかった。本研究では緩衝材の乾燥密度、ケイ砂混合率による腐食速度への影響についても検討した。

The deep underground environment for geological disposal of HLW will be relativery oxidizing condition at the initial stage of repository, but it will be returned to reducing as the consumption of oxygen by the corrosion of overpack and the reactions with the minerals in buffer material. It is necessarly to understand the corrosion behaviour of carbon steel under such reducing condition for the lifetime prediction of carbon steel overpack. In this study, immersion tests of carbon steel in buffer material were performed in nitrogen atmosphere in which oxygen gas concentration was controlled less than 1 ppm. The corrosion rates of carbon steel were measured by weight loss of the specimens and the corrosion products were analysed by SEM, XRD and EPMA. For investigating the influence of welding of overpack, welded samples by electron-beam welding (EBW) were used for some of the tests. Synthetic sea water (SSW) and aqueous solutions containing bicarbonate ion and chloride ion were chosen as simulated groundwater. According to the experimental results, corrosion products layer contained ferrous carbonate such as FeCO3 and Fe2(OH)2CO3. The average corrosion rates within 1 year were relatively high (0.004-0.018mm/y), but the growths of corrosion after 1 year were decreased rapidly. The increase in average corrosion depths from 1 to 3 (or 4) years was only less than several micro-meters, and the realistic corrosion rates after 1 year were estimated to be less than 0.001m/y in many cases. There was no influence of welding on the corrosion rate of carbon steel up to 3 years of immersion period. The effects of the density of buffer material and the mixing ratio of sand in buffer material on the corrosion rate of carbon steel were also investigated in this study.

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