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気液交番環境で形成する鉄さび層の構造解析

Structure of the iron rust layer formed in air-solution alternating condition

大谷 恭平  ; 塚田 隆 ; 上野 文義  

Otani, Kyohei; Tsukada, Takashi; Ueno, Fumiyoshi

既報では福島第一原子力発電所の格納容器内部を模擬した気液交番環境で炭素鋼の腐食速度は常時水中の場合より3倍以上速いことを明らかにした。本発表では、気液交番環境中で鋼材表面に形成させた鉄さび層の構造を断面観察および分析により解析し、気液交番環境における鋼の腐食加速機構について報告する。浸漬試験後の試験片断面写真より、鉄さびの厚さは約500um以上で、最外層に光顕では橙色のさび層が、その下部には密なさび層が確認できる。顕微ラマン分光分析より、外側の橙色の層は$$gamma$$-FeOOHで、密な層はFe$$_{3}$$O$$_{4}$$であることがわかった。すなわち、鉄さび層の最外部では最初に$$gamma$$-FeOOHが形成し、その後Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$へのカソード還元が生じたと考えられる。素地Fe/鉄さび界面では局部的な腐食が生じており、その界面付近にはClの濃縮が確認された。すなわち、さび層下部では塩化物イオンの濃縮により、再不動態化が阻害されて鉄のアノード溶解反応が促進されたと考えられる。以上より、気液交番環境では鉄さび層上部でカソード反応が下部ではアノード反応が促進されることで電気化学反応が相乗的に加速され、腐食速度は全浸漬回転の条件より速くなったと推察する。

Previous study reported that corrosion rate of steel under gas/aqueous alternating condition is three times faster than under solution condition. In this study, the mechanism of corrosion acceleration of steel under gas/aqueous alternating condition was clarified by cross-sectional observation and analysis. The cross-sectional image of the rust layer shows that the layer was composed of multi-layer structure and the chemical analysis of Raman spectroscopy clarified that outer layer is FeOOH and inner layer is Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$. These results suggest that FeOOH is formed on the rust initially, and then FeOOH changes to Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$ by cathodic reduction reaction. On the other hand, Cl ions concentrated at the rust/metal interface, therefore, anodic Fe dissolution would be accelerated by the concentration of Cl ions. From these reasons, the corrosion of steel under gas/aqueous alternating condition would be accelerated by the cathodic reduction reaction and the anodic Fe dissolution.

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