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溶融鉛ビスマス共晶合金中における9Cr-1Mo鋼の腐食抑制のための適切な酸素濃度の検討

Calculation of appropriate oxygen concentration for corrosion inhibition of 9Cr-1Mo steel in molten lead bismuth eutectic

小松 篤史 

Komatsu, Atsushi

溶融鉛ビスマス共晶合金(LBE)中における材料の腐食速度を低減するには、酸素濃度を調整することが重要とされており、過去の報告を見ると約10$$^{-7}$$$$sim$$10$$^{-5}$$wt%程度に酸素濃度を調整していることが多い。しかし、どの程度の濃度が最適と明言されているわけではなく、この濃度範囲内であっても激しく腐食したとの報告もある。本研究では9Cr-1Mo鋼を例にとり、酸化被膜中およびLBE中の拡散を考慮した腐食モデルを作成し、腐食モデルから推定される腐食抑制策について検討を行った。また、LBE中における9Cr-1Mo鋼の腐食を低減しつつ、流れのあるループ環境における低温部での流路閉塞を防止するための最適酸素濃度の算出を試みた。その結果、LBE中における9Cr-1Mo鋼の腐食形態は、酸化被膜厚さと拡散層厚さの比や、LBE中の鉄濃度、温度等により変化し、その成膜挙動から、緻密被膜生成、沈殿被膜生成、被膜溶解の三つに分類した。腐食を抑制するには、緻密被膜生成条件を維持できるように酸素濃度を調整することが重要であり、そのためにはLBEに浸漬する前に10$$^{-7}$$m程度以上の予備酸化被膜をつける必要がある。従来報告でよく用いられる約10$$^{-7}$$$$sim$$10$$^{-5}$$wt%という酸素濃度は、酸化被膜がある程度成長した場合の最適酸素濃度であり、被膜が薄い場合は、より高い酸素濃度が必要になると推察された。

In order to reduce the corrosion rate of materials in molten lead bismuth eutectic (LBE), it is important to adjust the oxygen concentration, and past reports show that the oxygen concentration is often adjusted to about 10$$^{-7}$$ to 10$$^{-5}$$wt%. However, it is not clearly stated what concentration is optimal, and there are some reports of severe corrosion even within this concentration range. In this study, a corrosion model considering diffusion in oxide and LBE was developed for 9Cr-1Mo steel, and the corrosion control method estimated from the corrosion model were investigated. We also tried to calculate the optimum oxygen concentration to prevent the flow blockage at the low temperature of loop environment while reducing the corrosion of 9Cr-1Mo steel in molten LBE. As a result, it was expected that the corrosion mode of 9Cr-1Mo steel in LBE could be classified into three types, dense film formation, precipitation film formation, and film dissolution, depending on the ratio of oxide film thickness to diffusion layer thickness, iron concentration in LBE, and temperature. In order to inhibit corrosion, it is important to adjust the oxygen concentration so that the conditions for dense film formation can be maintained. For this purpose, it was expected that a pre-oxidized film of more than 10$$^{-7}$$m should be applied before immersion in LBE. The oxygen concentration of about 10$$^{-7}$$ to 10$$^{-5}$$wt% is the appropriate oxygen concentration when the oxide film has grown to some extent, and a higher oxygen concentration was expected to be required when the film is thin.

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