Model calculation of Cr dissolution from steel surface exposed to high-temperature flowing sodium

高温流動ナトリウムに晒された鉄鋼材表面からのCr溶出モデル計算

大塚 智史   ; 丹野 敬嗣  ; 岡 弘   ; 矢野 康英  ; 橋立 竜太 ; 加藤 章一 ; 古川 智弘  ; 皆藤 威二 ; 伊藤 主税   

Otsuka, Satoshi; Tanno, Takashi; Oka, Hiroshi; Yano, Yasuhide; Hashidate, Ryuta; Kato, Shoichi; Furukawa, Tomohiro; Kaito, Takeji; Ito, Chikara

原子力機構では、ナトリウム冷却高速炉(SFR)用の高燃焼度燃料被覆管材料としてODS鋼の開発を進めている。SFR被覆管は薄肉であり、高温流動ナトリウム環境に晒されることから、ナトリウム環境効果の評価は重要である。本研究では、Fe-Cr系鋼の高温流動Na中のCr溶出挙動を理解し、予測するため、熱力学と速度論に基づき流動Na中のCr溶出挙動のモデル計算を実施した。表面Cr濃度は時間ととも徐々に低下し、Fe-Cr系鋼の初期Cr濃度に関わらず、ある一定値に収束した。ナトリウム流速が増加すると、表面Cr濃度が一定に収束するまでの時間が短縮した。本発表では、モデル計算結果と実験値を比較し、Fe-Cr系鋼のCr溶出挙動を正確に把握するためのCr溶出挙動モデルの改良方策について議論する。

JAEA has been developing ODS steels for the high burnup fuel cladding tubes of sodium-cooled fast reactors (SFR). Evaluation of sodium environmental effects is important since the outer surface of SFR fuel cladding tubes are exposed to high temperature flowing sodium and the tube wall is very thin. In this study, the numerical calculations were conducted based on thermodynamics and rate theory for understanding and predicting Cr dissolution behaviors of Fe-Cr steel in flowing sodium. The calculation results indicated that Cr concentration of steel surface gradually deceased with time, and approached to a unique value no matter what Cr concentration the steel contains in initial stage. Increasing flow velocity shortened the time for surface Cr concentration approaching the converged value. In the presentation, the calculated results will be compared to experimentally measured data, and discussions will be conducted to improve the Cr dissolution model constructed in this study.