Characteristics of hybrid tube with Fe-high Si alloy lining by centrifugal casting for thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

ISプロセスのための遠心鋳造Fe-高Si合金ライニング管の特性評価

井岡 郁夫  ; 栗木 良郎*; 岩月 仁 ; 久保 真治  ; 勝山 仁哉  ; 稲垣 嘉之

Ioka, Ikuo; Kuriki, Yoshiro*; Iwatsuki, Jin; Kubo, Shinji; Katsuyama, Jinya; Inagaki, Yoshiyuki

原子力機構では、高温ガス炉の利用系として水素を製造する熱化学水素製造法(ISプロセス)の研究開発を進めている。ISプロセスには、濃硫酸を沸騰させて分解する過酷な腐食環境が含まれている。この腐食環境で十分な耐食性を有する材料としては、Fe-高Si合金とSiCの2種類の脆性材料が報告されている。延性のある炭素鋼の内側に耐沸騰硫酸用のFe-高Si合金を遠心鋳造によりライニングした2層管を作製し、その特性評価を実施した。Fe-高Si合金ライニング部は、沸騰硫酸中でも十分な耐食性を示した。Fe/Fe-高Si合金界面の評価として、熱サイクル試験(100C900C)を実施し、界面はく離はなかったが、界面近傍に割れが発生した。これは、FEMによる解析により加熱時の引張応力と片状黒鉛の析出が原因と考えられる。しかし、十分な界面強度を有することを確認した。

The IS process for hydrogen production has been developed by JAEA as application of a high-temperature gas cooled reactor. The IS process includes a severe corrosion environment which is made to boil and decompose concentrated sulfuric acid. The two-layer pipe consisted of the Fe-high Si alloy with boiling sulfuric acid-resistant and the carbon steel with the ductility was produced by centrifugal casting. The evaluation of characteristics was carried out. The Fe-high Si alloy lining showed enough corrosion resistance in boiling sulfuric acid. As evaluation of the Fe / Fe-high Si alloy interface, thermal cycle test was executed. There was no detachment of the interface though the cracks were generated in the vicinity of the interface. It is believed that the cracks parallel to the interface is attributed to the tensile stress during the thermal cyclic test using FEM analysis and the flake graphite precipitate. It was confirmed that the interface possessed the enough strength.