酸素欠乏地下環境における炭素鋼腐食モデリング

Corrosion modeling for carbon steel under oxygen depleted underground environment

柴田 俊夫*; 渡邊 正敏; 谷口 直樹 ; 清水 亮彦*

Shibata, Toshio*; Watanabe, Masatoshi; Taniguchi, Naoki; Shimizu, Akihiko*

酸素欠乏還元性環境中性水溶液中の炭素鋼はHOと反応してHを発生し表面に腐食皮膜を生成する。腐食速度は腐食に伴って生成する腐食皮膜中を反応物質が拡散する速度によって決定される。腐食プロセスに関与する幾つかの拡散種の拡散定数は文献から知ることができた。しかしながら鉄酸化物中のHOの拡散定数は見いだすことができなかったので、適切な仮定を用いて推定した。物質移動論モデルによって炭素鋼の腐食速度をシミュレーションした。腐食皮膜ポア中をHO及びFeイオンが液相拡散するモデル、及び腐食皮膜中のHO固相拡散モデルについて、表計算ソフトのExcelを用いてシミュレーションを行った。腐食電流密度と腐食減肉厚さの時間的変化やそれらのpH依存性及び温度依存性を検討した。シミュレーション結果を実測値と比較した結果、腐食皮膜中のHO固相拡散が酸素欠乏環境における炭素鋼の腐食速度を決定していることが示唆された。

In the oxygen depleted underground environment, carbon steel reacts with HO, producing H gas and forming corrosion film on the steel surface. Corrosion rate is controlled by diffusion of reaction species through corrosion film. Diffusion constants of some species working in the corrosion process were obtained from literatures. However, no data were found on the diffusion constant of HO in iron oxides based on an appropriate assumption. Mass transfer model for the corrosion rate was used to simulate the corrosion rate of carbon steel. Liquid phase diffusion model of Fe or HO through pores in the corrosion film and solid phase diffusion model of HO through corrosion film itself were examined by Excel simulation. Change in corrosion current density and corrosion loss with time and pH and temperature dependence of corrosion current density were examined. By comparing the results, it is suggested that the solid phase diffusion of HO in the corrosion film controls the corrosion rate of carbon steel in oxygen depleted environment.