Effects of potential on the electrical conductivity of a solution within a crevice of stainless steel in high-temperature water

高温水中におけるステンレス鋼すき間内の溶液導電率に及ぼす電位の影響

相馬 康孝   ; 小松 篤史 ; 上野 文義  

Soma, Yasutaka; Komatsu, Atsushi; Ueno, Fumiyoshi

高温水中におけるステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)を理解するためにはすき間部における溶液の性質を、電位(ECP)の関数として理解することが重要である。本研究ではSUS316Lステンレス鋼すき間内の溶液導電率()の測定を288C、8MPa、主要なアニオンとして約10ppbのClを含有する水中で行った。のその場測定は、すき間幅15mおよび奥行き23mmの直方体すき間において、異なるすき間深さ位置に設置した電気化学センサーにより実施した。ECPを-0.49V (vs. standard hydrogen electrode at 288C, 8MPa)から-0.12Vに増加させたところ、は開口部から21mmの距離において12Scmから160Scmまで上昇した。の上昇は約0.15Vで最大値(約300Scm)を示したのちは電位上昇と共に減少する傾向を示した。本現象は電気化学反応を考慮した有限要素法解析により定量的に再現することができた。すなわち、比較的低電位ではClが主要なすき間内への電気泳動種となり、ECP上昇によりは単調に増加し、同時にpHも低下すると考えらる。一方、ECPが0V近傍を超えると過不働態溶解によって発生したHCrOもすき間内へ十分な量が泳動する。本化学種はClとは異なり酸化性が強いことから、金属カチオンと反応してそれを酸化沈殿させ、導電率を下げるものと推測された。

The effects of electrochemical potential (ECP) on water chemistry within a crevice are of critical importance for understanding stress corrosion cracking (SCC) of Fe-Cr-Ni alloys in high temperature water. In this study, the effects of ECP on the electrical conductivity of a solution within a Type-316L stainless steel crevice () have been studied in 288C and 8 MPa water containing 10 ppb Cl as major anionic species. In situ measurements of in a rectangular crevice with a gap of 15 m and a depth of 23 mm have been conducted using small sensors installed at different crevice depths. An increase in ECP from -0.49 V (vs. standard hydrogen electrode) to -0.12 V resulted in an increase in from 12 Scm to 160 Scm at a distance of 21 mm from the crevice mouth. The increase in reached a maximum at about 0.15 V (about 300 Scm) and then tended to decrease with increasing potential. Finite element model analysis taking into account the electrochemical reaction quantitatively reproduced this behavior. It is considered that Cl is the major anionic species transported into the crevice at relatively low potentials, and that increases monotonically with increasing ECP. On the other hand, when ECP exceeds around 0 V, a sufficient amount of HCrO generated by transpassive dissolution also transported into the gap. Since this chemical species is highly oxidizing, unlike Cl, it is assumed that it reacts with metal cations to oxidize and precipitate them, thereby lowering conductivity.