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Corrosion behavior of SUS316L in nitric acid solution containing seawater components

海水成分を含む硝酸溶液中でのSUS316Lの腐食挙動

佐野 雄一  ; 安倍 弘 ; 竹内 正行 ; 飯嶋 静香; 内田 直樹

Sano, Yuichi; Ambai, Hiromu; Takeuchi, Masayuki; Iijima, Shizuka; Uchida, Naoki

東京電力福島第一原子力発電所の事故では、使用済燃料プール内に冷却用として多量の海水が注入された。本研究では、再処理工程において使用される機器材料の一つであるSUS316Lの硝酸溶液中での腐食挙動について、硝酸/人工海水(ASW)混合溶液を用いた浸漬試験及び電気化学試験により、海水成分が与える影響を調査した。ASWを多く含む条件では、塩化物イオンと硝酸との反応により生成する塩素や塩化ニトロシル等の酸化種に起因すると思われるカソード反応の活性化及び全面腐食の進展が観察された。さらに硝酸濃度が低い条件では、孔食の発生が認められた。腐食速度については、低硝酸濃度では経時的に低下したのに対し、高硝酸濃度では逆に増加した。硝酸濃度が低い系では、カソード反応の活性化による影響(腐食促進)に対して酸化皮膜の成長に伴うアノード反応の不活性化による影響(腐食抑制)が徐々に大きくなるため、経時的に腐食速度が低下するものと考えられる。これに対し、硝酸濃度が高い系では、カソード反応の活性化による影響がアノード反応の不活性化による影響を上回るため、経時的に腐食速度が上昇するものと推定される。

During the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident, significant volume of seawater was injected into the storage pool for spent nuclear fuel as the coolant. In this study, we investigated the effect of seawater components on the corrosion behavior of SUS316L stainless steel in HNO$$_{3}$$ solution. Electrochemical and immersion tests were carried out using a mixture of HNO$$_{3}$$ and artificial seawater (ASW). In the HNO$$_{3}$$ solution containing high amounts of ASW, the cathodic current densities increased and uniform corrosion progressed. This might be caused by strong oxidants, such as Cl$$_{2}$$ and NOCl, generated in the reaction between HNO$$_{3}$$ and Cl$$^{-}$$ ions. In addition, pitting corrosion occurred simultaneously at low HNO$$_{3}$$ concentrations. The corrosion rate decreased with the immersion time at low concentrations of HNO$$_{3}$$, while it increased at high concentrations. It is assumed that the cathodic reactions proceed slowly and the anodic reactions are gradually prevented by the growth of an oxide film on the surface of the coupon in low-concentration HNO$$_{3}$$. On the other hand, high-concentration HNO$$_{3}$$ triggers a vigorous cathodic reaction, which disturbs the growth of the oxide film and activates the anodic reactions. This competition between the cathodic and anodic reactions causes a change in the corrosion rates with the immersion time in a mixture of HNO$$_{3}$$ and ASW.

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