Electrochemical approach to stress corrosion cracking of zirconium in boiling nitric acid solution

沸騰硝酸中でのジルコニウムの応力腐食割れに対する電気化学的検討

山本 正弘 ; 加藤 千明   ; 石島 暖大 ; 加納 洋一*; 蝦名 哲成*

Yamamoto, Masahiro; Kato, Chiaki; Ishijima, Yasuhiro; Kano, Yoichi*; Ebina, Tetsunari*

ジルコニウムは硝酸中での耐食性が極めて良好なために再処理機器用材料に適用されている。しかしながら、応力腐食割れ(SCC)感受性があることが指摘されている。そこで、沸騰硝酸中でのジルコニウムのSCCの発生可否判定を電気化学的手法を用いて行った。浸漬電位とSCC感受性の関係より、ジルコニウムの応力腐食割れはターニッシュラプチャモデルで説明付けられ、破断面やき裂部の断面観察結果もこのモデルを支持する。すなわち、ジルコニウムのSCCは主として厚い酸化皮膜形成により影響を受け、過不働態域の電位でのみ発生する。再処理機器をジルコニウムの不働態域に保持すればSCCは発生しないことが示される。

Zirconium had been used in nuclear fuel reprocessing plants, because of its superior corrosion resistance in nitric acid solution. However, stress corrosion cracking (SCC) was reported at highly concentrated nitric acid solution. In this report, electrochemical measurements were utilized to clarify the criteria of SCC occurrence of zirconium in boiling nitric acid solutions. For the relations between potentials and SCC susceptibilities, SCC behavior of zirconium was attributed to tarnish rupture model. The observations of fractured surfaces and cross sections of cracks also supported the validity of the model. SCC susceptibility of zirconium was mainly affected by the thick oxide film formation at the surface. In our whole observations, SCC of zirconium occurred only at transpassive regions. When a reprocessing plant made of zirconium operates in the passivity state, there is no SCC occurrence in the equipment.