ジルコニウムの沸騰硝酸中SCCにおけるき裂発生機構の検討

Crack initiation behavior of stress corrosion cracking on zirconium in boiling nitric acid solution

石島 暖大 ; 加藤 千明   ; 山本 正弘 

Ishijima, Yasuhiro; Kato, Chiaki; Yamamoto, Masahiro

ジルコニウムは沸騰硝酸中で優れた耐食性を有するため、沸騰硝酸を扱うプラントで用いられるが、黒色酸化皮膜が発生する酸化性環境ではSCC感受性を持ち、弾性域でも発生する。すなわち、ZrのSCC挙動は、き裂進展に酸化皮膜と金属界面における局所的な応力が大きく影響すると考えられる。そこで本研究ではZrの沸騰硝酸中における、特にSCC初期き裂の発生及び進展挙動を解明することを目的とし、沸騰硝酸中で腐食電位規制した定荷重引張試験を実施し、皮膜とZrとの界面におけるき裂進展挙動を詳細に解析した。その結果、Zr表面にスポット状の酸化皮膜が形成されると、皮膜とZrとの界面から金属中へ長さ10m程度のき裂が発生した。これはゲージ部周方向の引張応力が皮膜とZrとの界面に集中したことを示唆し、硬いジルコニウム酸化物皮膜による金属の変形拘束がSCC初期き裂の発生に寄与することが明らかになった。

Zirconium has been utilized in chemical plant because of its superior corrosion resistance. But stress corrosion cracking (SCC) susceptibility and black oxide film growth had been reported under elastic stress condition. In order to clarify the SCC crack initiation and growth behavior of Zr in boiling nitric acid solution, constant load tests at potentiostatic condition were conducted. From the results, SCC crack generated from the oxide/metal interface into metal. This result suggests that the oxide generation induces tensile stress at the oxide/metal interface. And it is considered the stress acts as SCC crack generator.