In-situ measurement of solution electrical conductivity within crevice of stainless steels in high temperature water

高温高圧水中におけるステンレス鋼すき間内の溶液導電率のIn-situ分析

相馬 康孝   ; 加藤 千明   ; 上野 文義  

Soma, Yasutaka; Kato, Chiaki; Ueno, Fumiyoshi

軽水炉環境におけるステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)は重要な経年劣化事象の一つであると認識されている。多くの研究者がすき間形状となるSCCの先端はバルクとは異なる水溶液環境で腐食していることを指摘している。しかしすき間内の環境を直接その場観察した例は極めて少ない。そこで本研究では人工すき間を形成し、そこに小型の電気化学センサーを挿入することで高温高圧水中におけるすき間内の局部環境の測定を行った。実験としては、ステンレス鋼板2枚ですき間を構成し、片方の板に高純度アルミナで絶縁した約300mの電極をロウ付けしてセンサーとした。センサー付きのすき間試験片を温度288C、溶存酸素濃度32ppm、入口導電率0.06S/cmの水中に浸漬し、インピーダンス法より、溶液導電率を測定した。実験の結果、すき間のギャップが60mの場合、溶液導電率はバルク水と同等であったが、10mの場合、バルク水よりも100倍以上の導電率が計測された。この導電率はpH約3に相当し、288C水の中性値である5.65と比較すると、すき間内ではギャップが十分小さい場合、局部的な酸性化が起きることを示した。

Stress corrosion cracking (SCC) on stainless steels have been recognized as one of the most important corrosion-related failure in light water reactors. Many researches have been pointed out that the SCC advances under altered solution chemistry condition at the crack tip region compared to the bulk pure water. However, little works have been done to clarify degree of the alteration as function of bulk water condition, geometrical factor, and time. In this work, we carried out in-situ measurement of solution electrical conductivity within crevice of stainless steels. To create crevice specimen, a couple of stainless steel plate was fixed with bolts and nuts. Small sensors were imbedded into the crevice plate at three different positions with different crevice gaps. The crevice specimen with sensors was exposed to 288C water with pressure of 8 MPa, dissolved oxygen concentration of 32 ppm. The solution electrical conductivity at the crevice gap of 6e-5 m was almost same to that of bulk pure water. At the crevice position with 1e-5 m gap, the maximum conductivity value was nearly 1000 times higher than that of bulk water and that is equivalent to decrease in pH of 3 from the neutral value. This indicates, if the crevice gap was narrow enough, local acidification occurred at the tip of the crevice.