低酸素濃度下におけるチタンオーバーパックの長期水素吸収挙動と水素脆化の検討

Long term hydrogen absorption behavior and hydrogen embrittlement of titanium overpack under anaerobic condition

谷口 直樹 ; 鈴木 宏幸*; 中西 智明*; 中山 武典*; 舛形 剛*; 建石 剛*

Taniguchi, Naoki; Suzuki, Hiroyuki*; Nakanishi, Tomoaki*; Nakayama, Takenori*; Masugata, Tsuyoshi*; Tateishi, Tsuyoshi*

高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるオーバーパック候補材料の一つであるチタンの長期水素吸収挙動と水素脆化の可能性を検討した。定電流カソード分極試験結果より、電荷量が同じ場合、電流密度が低いほど多くの水素が吸収されるとともに、より内部まで水素が浸入した。低酸素濃度条件での腐食速度2.810m/yに相当する電流密度での水素吸収率はほぼ100%と推定され、1000年間で約400ppmの水素を吸収すると評価された。水素を吸収したチタンの機械的特性は水素濃度と水素濃度分布形態によって異なり、水素がチタン内部まで均一に分布したものほど脆化の程度が大きいことが確認された。1000年間で約400ppmの水素を均一に吸収した6mm厚のチタンオーバーパックにおいて、破壊が生じうるのは降伏応力相当の応力条件に対して亀裂寸法が約23mm以上の場合と推定された。

The long term hydrogen absorption behavior and the possibility of hydrogen embrittlement were studied for titanium overpack for high level radioactive waste disposal. The results of galvanostatic cathodic polarization tests showed that as the cathodic current density is lowered, the amount of absorbed hydrogen for a constant cathodic charge was increased as well as hydrogen permeated into inside of titanium. The hydrogen absorption ratio for a cathodic current density equivalent to the corrosion rate under anaerobic condition was estimated to nearly 100 percent, and the amount of absorbed hydrogen for 1000 years was evaluated to be 400 ppm. The mechanical property of titanium containing hydrogen depended on not only hydrogen concentration but also hydrogen distribution type. The more hydrogen distribution is uniform, the degree of embrittlement was larger. It was expected that the rupture of titanium overpack with 6 mm thickness would be initiated if the crack size in titanium is over about 2-3 mm under the stress corresponds to yield strength.