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高温高純度水中におけるステンレス鋼のすき間内溶液導電率のIn-situ分析

In-situ measurement of electrical conductivity of solution within crevice of stainless steel in high temperature and high purity water

相馬 康孝; 小松 篤史; 上野 文義

Soma, Yasutaka; Komatsu, Atsushi; Ueno, Fumiyoshi

高温高圧高純度水中におけるステンレス鋼のすき間内で発生する局部腐食現象のメカニズムを解明するため、すき間内溶液の電気伝導率をIn-situ測定する手法(センサー)を開発し、すき間内環境と局部腐食との関係を分析した。センサーは、高純度アルミナで絶縁した直径約250$$mu$$mのステンレス鋼製電極をすき間形成材に埋め込み、電気化学インピーダンス法により、電極直下における局部的な溶液の電気伝導率、$$kappa$$$$_{crev}$$を取得するものである。SUS316Lステンレス鋼のテーパー付きすき間内に複数のセンサーを設置し、温度288$$^{circ}$$C、圧力8MPa、純酸素飽和した高純度水中において、$$kappa$$$$_{crev}$$の時間変化を100h計測した。すき間幅約59.3$$mu$$mの位置では$$kappa$$$$_{crev}$$は8-11$$mu$$S/cmであり、試験後に局部腐食は見られなかった。一方、すき間幅約4.4$$mu$$mの位置における$$kappa$$$$_{crev}$$は、実験開始直後から上昇を続け、約70hで最大値約1600$$mu$$S/cmを示し、試験後にこの位置近傍で粒界を起点とした局部腐食が発生したことを確認した。$$kappa$$$$_{crev}$$の最大値約1600$$mu$$S/cmは熱力学平衡計算によりpH約3-3.7に相当した。以上のことから、バルク水が高純度であってもすき間内においては溶液の酸性化が進行し、その結果、局部腐食が発生したと結論された。

In-situ measurement of electrical conductivity of solution within crevice of SUS316L stainless steel in 288$$^{circ}$$C water has been conducted with newly developed electrochemical sensor system. The sensor measures local electrical conductivity of crevice solution beneath the electrode ($$kappa$$$$_{crev}$$) with electrochemical impedance method. The sensors were installed at different positions within tapered crevice of SUS316L stainless steel. The crevice specimen with the sensors were immerged into 288$$^{circ}$$C, 8 MPa, pure oxygen saturated high purity water for 100 h. $$kappa$$$$_{crev}$$ at a position with crevice gap of $$approx$$59.3$$mu$$m was 8-11$$mu$$S/cm, least deviate from conductivity of 288$$^{circ}$$C pure water (4.4$$mu$$S/cm) and no localized corrosion occurred. On the contrary, $$kappa$$$$_{crev}$$ at a position with crevice gap of $$approx$$4.4$$mu$$m increased with time and showed maximum value of $$approx$$1600$$mu$$S/cm at 70 h. Localized corrosion occurred in the vicinity of this position. Thermodynamic equilibrium calculation showed $$kappa$$$$_{crev}$$ of 1600$$mu$$S/cm being equivalent to pH of 3 to 3.7. It can be concluded that acidification occurred in tight crevice even under high purity bulk water and resulted in localized corrosion.

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