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酸素欠乏環境における炭素鋼腐食モデリング; シデライト(FeCO$$_{3}$$)腐食皮膜生成の場合

Modelling of carbon steel corrosion under oxygen depleted environment; In case of the siderite corrosion film

柴田 俊夫*; 谷口 直樹; 坂巻 景子; 立川 博一*

Shibata, Toshio*; Taniguchi, Naoki; Sakamaki, Keiko; Tachikawa, Hirokazu*

オーバーパック材料として炭素鋼が候補材料として想定され、その腐食挙動について種々検討されている。深部地下環境は酸素を欠乏しているため、酸素による腐食は生じないが、水による腐食が生じることが知られている。この酸素欠乏環境下の炭素鋼腐食について、すでにマグネタイト(Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$)腐食皮膜の生成する場合の腐食モデルのシミュレーションを行い、腐食皮膜中をH$$_{2}$$Oが拡散する過程が腐食速度を決定することを明らかにした。また腐食皮膜溶解速度を取り入れた改良モデルにより、長時間後の定常腐食速度が推定可能であることを示した。本研究は、深部地下環境中に炭酸イオンが存在するため、シデライト(FeCO$$_{3}$$)皮膜が生成する場合についてシミュレーションを行い、Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$皮膜の場合と比較した。Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$皮膜の溶解速度はpHと水素ガス分圧により決定されるが、FeCO$$_{3}$$皮膜の溶解速度はpHと全炭酸濃度により決定される。谷口らの実験条件に合わせ、炭酸塩濃度が0.1Mおよび0.25mMの場合の腐食皮膜溶解速度を推定し実験結果と比較した結果、0.1Mの場合にFeCO$$_{3}$$腐食皮膜が生成する実験事実と整合するシミュレーション結果を得た。

Carbon steel has been selected as a candidate material for the overpack and its corrosion behavior has been studied. The corrosion model of carbon steel in the oxygen depleted environment has been developed in case of a magnetite (Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$) corrosion film formed on the steel surface by assuming that diffusion of H$$_{2}$$O through the corrosion film controls the corrosion process. The improved model which includes the dissolution of the magnetite film has been proved successfully to predict the corrosion rate after a long exposure term. This study aims to simulate the corrosion behavior of carbon steel forming the siderite (FeCO$$_{3}$$) corrosion film and compare with the behavior of the magnetite film case. Based on the experimental results reported, the corrosion rate was estimated for two cases of 0.1 M and 0.25 mM of the total carbonate and compared with the experimental results. It was concluded that the siderite film formed more likely in the 0.1 M than 0.25 mM solution.

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