Effects of -ray irradiation on the high temperature oxidation of austenitic stainless steel in supercritical water

超臨界水中におけるオーステナイト系ステンレス鋼の高温酸化への線照射の影響

中原 由紀夫 ; 山本 正弘 ; 唐澤 英年*; 木内 清; 勝村 庸介*

Nakahara, Yukio; Yamamoto, Masahiro; Karasawa, Hidetoshi*; Kiuchi, Kiyoshi; Katsumura, Yosuke*

3種類の汎用オーステナイト系ステンレス鋼,304L,316L、及び310Sを、25MPa, 550Cの脱気超臨界水中へCoにて線照射を行いながら合計1000時間浸漬した。超臨界水中での吸収線量率を評価した結果、515kGyhだった。試験後の表面には多孔質の鉄酸化物の外層と鉄,クロム及びニッケルを含むち密な内層とによって構成される二層の酸化皮膜が形成されていた。SS304LとSS310Sの見かけの重量変化は放物線則に従い、その速度定数は線の線量率が大きくなるに従って減少した。線照射により、皮膜外層がマグネタイト(FeO)からヘマタイト(FeO)に変化した。また、線照射により、内層皮膜と金属界面でCr濃度の増加が見られた。これらの結果は、線照射により過酸化水素などが生成し超臨界水環境がより高酸化状態になっていることを示唆するもので、腐食環境が線照射により厳しくなることを明らかにした。

Three types of commercial-grade austenitic stainless steel, Type 304L, Type 316L, and Type 310S, were immersed in deaerated supercritical water (SCW) of 25 MPa, 550 C with -ray irradiation for 1000 hours in total. Absorbed dose rates in SCW are estimated at 5-15 kGy h. High temperature oxidation experiments resulted in the formation of two-layer oxide film in which the outer layer is porous iron oxide and the inner layer is dense iron-chromium-nickel oxide. Rate constants of parabolic rate law in net weight gains of Type 304L SS and Type 310S SS are decreased as the -ray exposure rate is increased. The net weight gain of -ray irradiated Type 316L SS is sharply fluctuating and decreasing, because the flaking of the outer layer occurred. Hematite is formed in the outer layer on all irradiated samples of examined alloys. The concentration of chromium on the surface is increased by -ray irradiation. A chromium-rich part in the inner layer accompanying a nickel-rich part in the metal is formed along to the oxide/metal interface of -ray irradiated Type 304L SS, non-irradiated and -ray irradiated Type 316L SS.