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Study on Pb-Bi Corrosion of Structural and Fuel Cladding Materials for Nuclear Applications (2) -Part I. Stability of Oxide Layer Formed on High-Chromium Steels in LBE under Oxygen Content and Temperature Fluctuation-

原子炉構造材料および燃料材料の鉛ビスマス中腐食に関する研究,2; 第1報,溶存酸素濃度および温度変動鉛ビスマス中における高クロム系鋼上に形成された酸化皮膜の安定性

M$"u$ller, G.*; Schumacher, G.*; Heinzel, A.*; Weisenburger, A.*; Zimmermann, F.*; 古川 智弘; 青砥 紀身

M$"u$ller, G.*; Schumacher, G.*; Heinzel, A.*; Weisenburger, A.*; Zimmermann, F.*; Furukawa, Tomohiro; Aoto, Kazumi

炉内燃料被覆管のHot Spotおよび冷却系酸素濃度制御喪失条件をイメージした温度および溶存酸素濃度変動鉛ビスマス(LBE)条件下におけるP122(12Cr鋼)とその溶接継手およびODS鋼上に形成された保護性酸化層の挙動について調べた。酸素濃度変動試験では、800h毎に溶存酸素濃度を10$$^{-6}$$ and 10$$^{-8}$$wt%に繰り返した550$$^{circ}$$CのLBE中 で、12Cr鋼母材とその溶接継手を対象に4,000hの浸漬を実施した。その結果、10$$^{-6}$$wt%一定酸素濃度条件下のケースと同様に、保護性スピネル層が12Cr鋼母材およびその溶接継手上に安定形成していることが確認された。800h毎にLBE温度を550$$^{circ}$$Cと650$$^{circ}$$Cに繰り返した温度変動試験($$sim$$4,800h)では、10$$^{-6}$$wt%で実施したGESA表面改質ODS鋼でのみ満足する腐食抑制効果観察された。10$$^{-6}$$wt%および10$$^{-8}$$wt%の酸素濃度条件で実施したODS受入材の4,800hの温度変動試験では、650$$^{circ}$$C温度固定の同鋼の腐食試験結果と同様に、Dissolution Attackが観察された。10$$^{-8}$$wt%の酸素濃度条件で実施したGESA表面改質材表面には安定なアルミナ層が形成できずに腐食が発生した。

The behaviour of protective oxide layers on P122 and its welds and of ODS steel is examined under conditions of fluctuating temperatures and oxygen concentrations to simulate hot spot and loss of oxygen control. P122 steel (12Cr) and its welded joints are exposed to LBE at 550$$^{circ}$$C for 4000h with oxygen concentrations changing between 10$$^{-6}$$ and 10$$^{-8}$$wt% every 800h. It is found that like in case of constant oxygen concentration of 10$$^{-6}$$wt% a protective spinel layer was maintained on P122 and also on its welded joint. Experiments with fluctuating temperatures from 550$$^{circ}$$C to 650$$^{circ}$$C and back every 800h yield satisfying corrosion protection up to 4800h only for the GESA treated ODS steel in LBE with 10$$^{-6}$$wt%. Original ODS steel in LBE with 10$$^{-6}$$ and 10$$^{-8}$$wt% oxygen showed local strong dissolution attack after 4800h in agreement with the behaviour of ODS in LBE with a constant temperature of 650$$^{circ}$$C. GESA treated ODS steel does not form stable protective alumina layers under condition of fluctuating temperatures in LBE with 10$$^{-8}$$wt% oxygen.

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