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Oの拡散浸透挙動春名 匠*; 山本 達也*; 宮入 洋志*; 柴田 俊夫*; 谷口 直樹; 坂巻 景子; 立川 博一*
材料と環境, 64(5), p.201 - 206, 2015/05
オーバーパック候補材料である炭素鋼の酸素欠乏地下水中での腐食速度を推定するための基礎研究として、Feを高温酸化することで作製した酸化皮膜中のDOの拡散係数を決定することを試みた。Fe板を大気中で573K, 723Kまたは873Kで高温酸化させて酸化皮膜を作製した。X線回折およびSEM観察による皮膜性状を確認した後、皮膜にDOを接触させ、5184ksまでの種々の時間保持することでDOを浸透させた。DOを浸透させた試料に昇温脱離ガス分析試験を行い、皮膜中の浸透DO量を測定した。573Kおよび723Kで酸化させた試料にはFe
O
単層皮膜が、873Kで酸化させた試料にはFeOとFeOの二層皮膜が確認された。また、DO浸透量がDO浸透時間の平方根に対して直線関係を示すこと、ならびに長時間浸透させるとDO浸透量が定常値を示すことがわかった。Fickの第二法則に基づいて推定された各種酸化皮膜中のDOの拡散係数は、FeO皮膜では9.7
10
cm
s
、FeO皮膜では5.510cmsから2.210
cmsであった。
線照射下での中性塩化物水溶液中における炭素鋼の腐食挙動; 塩化物イオン濃度依存性本岡 隆文; 米川 夏津夫; 上野 文義
no journal, ,
中性塩化物水溶液中での鉄鋼の腐食では、腐食速度が極大となる塩化物イオン濃度があることが知られているが、この事象に対して、放射線の影響を低線量率条件で検討した事例は少ない。そこで、低線量率の線を用いた腐食試験により検討した。塩化物イオン濃度の異なる中性塩化物水溶液を用いた炭素鋼の腐食試験の結果、腐食速度が極大となる塩化物イオン濃度が存在した。腐食速度極大の発現は、塩化物イオン濃度増大に伴い、水溶液の導電率増大に起因する腐食速度が増大するためと、照射時の腐食加速因子である溶存酸素濃度及び過酸化水素生成量が低下するためと考えられる。
)腐食皮膜生成の場合柴田 俊夫*; 谷口 直樹; 坂巻 景子; 立川 博一*
no journal, ,
オーバーパック材料として炭素鋼が候補材料として想定され、その腐食挙動について種々検討されている。深部地下環境は酸素を欠乏しているため、酸素による腐食は生じないが、水による腐食が生じることが知られている。この酸素欠乏環境下の炭素鋼腐食について、すでにマグネタイト(FeO)腐食皮膜の生成する場合の腐食モデルのシミュレーションを行い、腐食皮膜中をHOが拡散する過程が腐食速度を決定することを明らかにした。また腐食皮膜溶解速度を取り入れた改良モデルにより、長時間後の定常腐食速度が推定可能であることを示した。本研究は、深部地下環境中に炭酸イオンが存在するため、シデライト(FeCO)皮膜が生成する場合についてシミュレーションを行い、FeO皮膜の場合と比較した。FeO皮膜の溶解速度はpHと水素ガス分圧により決定されるが、FeCO皮膜の溶解速度はpHと全炭酸濃度により決定される。谷口らの実験条件に合わせ、炭酸塩濃度が0.1Mおよび0.25mMの場合の腐食皮膜溶解速度を推定し実験結果と比較した結果、0.1Mの場合にFeCO腐食皮膜が生成する実験事実と整合するシミュレーション結果を得た。
谷口 直樹; 川崎 学*; 杉田 裕; 柴田 雅博; 本田 明
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるオーバーパック候補材料として、炭素鋼が挙げられており、処分環境を想定した条件での炭素鋼の腐食挙動を把握することが重要である。オーバーパック周囲に施工されるベントナイトを主成分とした緩衝材は、施工時には周囲の湿度と平衡した程度の水分量を保持しているが、処分後は徐々に地下水の浸潤によって水分量が増加すると考えられる。また、地下水の浸潤に伴い、地上から持ち込まれた緩衝材中の酸素は、ベントナイトに含まれる鉱物との反応やオーバーパックの腐食反応によって濃度が徐々に低下し、オーバーパック周囲は地下深部本来の低酸素濃度環境に戻ると考えられる。このような緩衝材の再冠水過程における環境条件の変化に伴い、オーバーパックの腐食挙動も変化すると考えられる。そこで本研究では緩衝材中の環境条件の変化に伴う炭素鋼の腐食挙動(自然電位、腐食速度)の変化をモニタリングするセンサーを検討・試作するとともに、そのセンサーを用いて実際に緩衝材の再冠水過程での腐食モニタリングを行い、腐食挙動の変化を確認した。
清水 孝介*; 井上 博之*; 谷口 直樹; 坂巻 景子; 立川 博一*
no journal, ,
炭素鋼製HLWオーバーパックの、処分環境での超長期における健全性を保証するには、還元性の地下水環境中での炭素鋼のSCC感受性への溶液pHの影響を検討しておかなければならない。本研究では、pHを8から13に調製しかつArガスで脱気したNaHCO/NaCO水溶液中で、各pHでの水素発生平衡電位ならびにその近傍の電位での炭素鋼のSCC感受性を低速度歪み試験(SSRT)で測定した。SCC感受性はpH 9ならびに13近傍で極小となり、pH 11近傍で極大となった。
相馬 康孝; 加藤 千明; 上野 文義
no journal, ,
高温高圧水中におけるステンレス鋼のすき間内における酸化挙動を明らかにするため、溶体化熱処理を行ったオーステナイトステンレス鋼の板二枚で構成されたすき間試験片を、温度288
C、溶存酸素濃度32ppm、導電率約1から1.5
S/cmの高温高圧水に500h浸漬した。その結果、すき間ギャップが比較的小さく、かつ開口部からの距離が大きい箇所に集中して粒界酸化が見られた。酸化物はCrリッチで、粒界、および粒内に酸化が進行した。酸化の際に合金中のFe成分が選択溶解したとみられる。粒界の結合力は失われ、一部結晶粒の脱粒が起きた。粒界酸化の最大深さは約50ミクロンであった。この現象はこれまでに報告例のほとんどない形態の粒界酸化現象である。試験片には応力がほとんど印加されていないため、本現象と応力腐食割れとの関係については今後詳細な検討をする必要がある。
上野 文義; 入澤 恵理子; 阿部 仁
no journal, ,
ステンレス鋼製の再処理機器では、核燃料由来の高酸化性金属イオンを含む沸騰硝酸溶液中で粒界腐食が進展する。本研究では、この環境における腐食進展機構を明らかにすることを目的に、5価のバナジウムを添加した3M硝酸溶液を用い、ステンレス鋼の腐食速度の温度依存性について検討した。沸騰曲線を用いて推定した接液面温度を用いて伝熱面条件の腐食速度の温度依存性を調べた結果、浸漬条件と一致したことから、腐食速度に及ぼす熱流束の効果は見られないことがわかった。また、腐食速度の温度依存性を調べた結果、約378K以上の沸騰条件とそれ以下の非沸騰条件では活性化エネルギーが異なることがわかった。
入澤 恵理子; 上野 文義; 阿部 仁; 熊谷 幹郎*; 鈴木 和則*; 林 慎一郎*
no journal, ,
再処理硝酸溶液によるステンレス鋼腐食機構を理解する上で重要な酸化性金属イオンの化学挙動評価として、非放射性模擬物質であるバナジウム(V)の硝酸溶液中における酸化反応に及ぼす温度や減圧沸騰の影響と硝酸イオン濃度の関係について評価した。温度や減圧沸騰の影響は、溶液中の亜硝酸イオン濃度変化挙動に現れ、減圧沸騰によるガス成分(窒素酸化物)の気相への移行が推察される結果となった。また、亜硝酸イオンの溶存が確認された条件ではVの酸化反応が促進されることがわかった。
小松 篤史; 中野 純一*; 塚田 隆; 上野 文義; 山本 正弘
no journal, ,
福島第一原子力発電所では、炉心冷却のため海水が炉心に注入された。そのため海水成分や放射線の影響による原子炉格納容器の腐食加速が懸念される。中性塩化物水溶液中での炭素鋼の腐食は主に溶存酸素の拡散に支配されるが、線照射下では水の放射線分解によって生成する過酸化水素が腐食を加速する可能性がある。本研究では酸素と過酸化水素の拡散係数と定常拡散層厚さを測定し、炭素鋼の腐食速度の予測を試みた。実際の腐食試験結果との比較を行った結果、過酸化水素の影響を酸素の約0.39倍とすることで、酸素と過酸化水素共存下における炭素鋼の腐食速度の予測が可能と分かった。
井上 博之*; 端 邦樹; 井出原 龍一*; 小嶋 崇夫*; 笠原 茂樹; 岩瀬 彰宏*; 上野 文義
no journal, ,
海水のラジオリシスでは、塩化物イオンに対して極めて少量である臭化物イオンが重要な働きを示すということがこれまでに示唆されている。これは臭化物イオンと水分解ラジカルとの反応によって過酸化水素等の酸化種の生成量が変化するためであると考えられる。本研究ではこのラジオリシス現象の変化が腐食に与える影響について調べるため、NaCl及びNaBrを含む水溶液に線照射した際のSQV2A鋼の放射線腐食速度を測定した。測定の結果、1mMのNaCl水溶液に0.1mMのNaBrを加えることで腐食速度が2
10倍程度加速されることが示された。本発表では特にpHに着目した測定結果について紹介する。
