気液界面模擬環境における炭素鋼の腐食メカニズム

Corrosion of carbon steel in the simulated air/solution interface environment

大谷 恭平   ; 加藤 千明   

Otani, Kyohei; Kato, Chiaki

気液交番環境で液膜に覆われる炭素鋼の表面に形成した鉄さび層の断面観察および分析より、気液交番環境で炭素鋼には外側から赤さび層(-FeOOH),クラスト層(FeO),内部結晶(FeO),内部鉄さび層から成る多層の鉄さび層が形成することを見出した。この多層構造の鉄さび層および液膜に起因して酸素還元反応は常時水中に浸漬された場合よりも加速された状態を維持していたため、炭素鋼の腐食速度は増大したと考えられる。気液交番環境における炭素鋼の腐食速度に及ぼす海水成分の影響の調査より、純水から200倍希釈人工海水までの薄い濃度領域では濃度の増大に伴って腐食速度は加速し、20倍希釈から無希釈人工海水までの濃い濃度領域では濃度の増大に伴って腐食速度は減少することを見出した。人工海水に含まれるMgやCaイオンが反応界面に析出して表面を覆うことで酸素還元反応が抑制されたため、濃度の高い人工海水中で炭素鋼の腐食が抑制されたと考えられる。

This is a comprehensive paper of the corrosion of carbon steel in air/solution alternating condition. From cross-sectional observation and analysis of the iron rust layer formed on the surface of carbon steel in the alternating condition, it was found that a multilayered iron rust layer composed of red rust layer (-FeOOH), rust crust layer (FeO), inner crystal (FeO), and inner rust layer was formed on carbon steel. The multi-layered iron rust layer would accelerate the cathodic oxygen reduction reaction, and the reason why the corrosion rate of the carbon steel in the alternating condition was accelerated. The effect of artificial seawater (ASW) composition on the corrosion rate of carbon steel in air/solution alternating condition was investigated. It was found that the corrosion rate increased with increasing concentration from pure water to 200 times diluted ASW, and decreased with increasing concentration from 20 times diluted ASW to no diluted ASW. The Mg and Ca ions in ASW precipitated on the reaction interface and formed a metal cation layer, which inhibited the oxygen reduction reaction, and thus the corrosion of carbon steel was inhibited in the highly concentrated ASW.