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

相馬 康孝; 小松 篤史; 上野 文義

Corrosion, 78(6), p.503 - 515, 2022/06

https://doi.org/10.5006/3187

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。

すき間内に浸入したClイオンの散逸挙動に及ぼす温度の影響

相馬 康孝; 加藤 千明

第68回材料と環境討論会講演集(CD-ROM), p.205 - 206, 2021/10

金属すき間内に浸入したClイオンの散逸挙動に及ぼす温度の影響を調べた。すき間内部にセンサーを設置し、電気化学測定によって導電率を測定し、そこからCl濃度を考察した。温度50C、および80Cでは共に、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)および白金(Pt)すき間内に浸入したClイオンは、外界を浄化した場合、濃度拡散に従い散逸した。一方、SUS304Lステンレス鋼すき間内に浸入したClイオンはPEEKおよびPtより散逸速度が遅いことが分かった。このことから、すき間内におけるSUS304Lのアノード溶解が散逸挙動に影響を及ぼしていると考えられる。そのため、散逸挙動に及ぼす温度の影響を定量的に調べるためには、アノード溶解速度、および局部腐食の有無を考慮した上で濃度拡散と電位差永動をともに考慮した数値計算が有効であると考えられる。

高温高純度水中におけるステンレス鋼のすき間内溶液導電率のIn-situ分析

相馬 康孝; 小松 篤史; 上野 文義

材料と環境, 67(9), p.381 - 385, 2018/09

https://doi.org/10.3323/jcorr.67.381

高温高圧高純度水中におけるステンレス鋼のすき間内で発生する局部腐食現象のメカニズムを解明するため、すき間内溶液の電気伝導率をIn-situ測定する手法(センサー)を開発し、すき間内環境と局部腐食との関係を分析した。センサーは、高純度アルミナで絶縁した直径約250mのステンレス鋼製電極をすき間形成材に埋め込み、電気化学インピーダンス法により、電極直下における局部的な溶液の電気伝導率、を取得するものである。SUS316Lステンレス鋼のテーパー付きすき間内に複数のセンサーを設置し、温度288C、圧力8MPa、純酸素飽和した高純度水中において、の時間変化を100h計測した。すき間幅約59.3mの位置ではは8-11S/cmであり、試験後に局部腐食は見られなかった。一方、すき間幅約4.4mの位置におけるは、実験開始直後から上昇を続け、約70hで最大値約1600S/cmを示し、試験後にこの位置近傍で粒界を起点とした局部腐食が発生したことを確認した。の最大値約1600S/cmは熱力学平衡計算によりpH約3-3.7に相当した。以上のことから、バルク水が高純度であってもすき間内においては溶液の酸性化が進行し、その結果、局部腐食が発生したと結論された。

In situ electrochemical study on crevice environment of stainless steel in high temperature water

相馬 康孝; 加藤 千明; 上野 文義

Proceedings of the 18th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems - Water Reactors, Vol.2, p.509 - 521, 2018/00

https://doi.org/10.1007/978-3-030-04639-2_116

高温高圧水中におけるステンレス鋼のすき間内環境を調べるために、電気化学的手法によるその場観察を行った。小型(250m)のセンサーをすき間内に設置し、すき間内の局部的導電率、、分極抵抗、および腐食電位の測定を行った。これにより、バルク水導電率、バルク水溶存酸素濃度などの外部環境を変動させた際のすき間内環境の応答挙動をリアルタイムに分析した。その結果、すき間内の場所に依存してが1桁以上変動すること、はバルク水の溶存酸素濃度を脱気状態から30ppb程度までに上昇させただけで敏感に応答して増加すること、溶存酸素濃度32000ppbでははバルク水の100倍以上の値となること、並びにそれらの挙動はすき間形状に大きく依存することを明らかとした。

黒鉛ブロック接触面における漏れ流れ特性

蕪木 英雄; 滝塚 貴和; 功刀 資彰

JAERI-M 84-128, 19 Pages, 1984/07

JAERI-M-84-128.pdf:0.7MB

本研究は、クロス流れ試験及びシール要素試験等多目的高温ガス実験炉における漏れ流れ特性研究の一環として、二つの物体の接触面間に漏えいする気体の基礎的流動特性を明らかにすることを目的としている。実験では、黒鉛/黒鉛及び黒鉛/金属の二種類の接触面に対して、漏えい流量を測定した。また漏れ流れを平行平板間の流れとしてモデル化を行い、ブロック接触面間の相当すき間を予測した。

In-situ measurement of solution electrical conductivity within crevice of stainless steels in high temperature water

相馬 康孝; 加藤 千明; 上野 文義

no journal, , 

軽水炉環境におけるステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)は重要な経年劣化事象の一つであると認識されている。多くの研究者がすき間形状となるSCCの先端はバルクとは異なる水溶液環境で腐食していることを指摘している。しかしすき間内の環境を直接その場観察した例は極めて少ない。そこで本研究では人工すき間を形成し、そこに小型の電気化学センサーを挿入することで高温高圧水中におけるすき間内の局部環境の測定を行った。実験としては、ステンレス鋼板2枚ですき間を構成し、片方の板に高純度アルミナで絶縁した約300mの電極をロウ付けしてセンサーとした。センサー付きのすき間試験片を温度288C、溶存酸素濃度32ppm、入口導電率0.06S/cmの水中に浸漬し、インピーダンス法より、溶液導電率を測定した。実験の結果、すき間のギャップが60mの場合、溶液導電率はバルク水と同等であったが、10mの場合、バルク水よりも100倍以上の導電率が計測された。この導電率はpH約3に相当し、288C水の中性値である5.65と比較すると、すき間内ではギャップが十分小さい場合、局部的な酸性化が起きることを示した。

すき間センサーによるステンレス鋼すき間の環境把握とすき間形状因子による整理

相馬 康孝; 加藤 千明; 上野 文義; 青木 聡; 稲垣 博光*

no journal, , 

高温純水中におけるステンレス鋼すき間内環境に及ぼすすき間幅gと奥行きdの影響を分析するため、微小電極を設置した各種形状のすき間試験片を製作し、288C水中に浸漬した。表面酸化膜とすき間内溶液導電率を調べ、g-d平面上で整理した結果、本研究の範囲内では、すき間内の局部腐食の発生は確認されなかったが、一定のg-d領域に酸素ポテンシャルが低下し、かつ溶液導電率の高い環境条件が形成されることが分かった。

高温水中におけるステンレス鋼すき間内環境のすき間形状因子による整理

相馬 康孝; 上野 文義; 稲垣 博光*

no journal, , 

沸騰水型軽水炉環境に代表される溶存酸素を含む高温高圧高純度水中においては、低炭素ステンレス鋼に局部腐食が発生する。これまでに、すき間腐食に及ぼすすき間形状因子の研究は行われてきたが、すき間内環境因子に関しては不明な点が多い。本研究ではすき間内の酸化皮膜と導電率を測定し、すき間形状因子で整理することにより、すき間内環境と形状因子との関係把握を行った。

高温水中におけるステンレス鋼すき間内溶液導電率に及ぼす微量塩化物および鋼中不純物の影響

相馬 康孝; 小松 篤史; 加藤 千明

no journal, , 

高温水中におけるステンレス鋼すき間内溶液導電率Kを知ることは、すき間腐食の発生メカニズムや応力腐食割れの先端部における溶解挙動を知る上で重要である。本研究では、温度288C、圧力8MPaにおいて溶存酸素濃度を変化させた場合のKの応答挙動に及ぼす、バルク水中の微量塩化物イオン、およびステンレス鋼材中に含まれる不純物(CaS介在物の有無, リン, 硫黄含有量)の影響を調べた。CaS介在物を硝酸で除去した酸洗材、および鋼中リン, 硫黄濃度を低減したSUS316EHP鋼ですき間を形成してKを測定し、一般的なSUS316Lステンレス鋼(標準材)のそれと挙動を比較したところ、これらには顕著な差がないことが分かった。このことから、鋼材から溶出する不純物としてのリン, 硫黄はKの変化に大きな寄与を与えないことが分かった。バルク水に50ppbのClを添加した環境で標準材のKの変化を測定したところ、Kの最大値は未添加の場合の2倍以上の値になった。このことから、微量塩化物はすき間の内部に泳動濃縮することが分かった。

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

相馬 康孝; 小松 篤史; 加藤 千明

no journal, , 

本研究では、Clを含む288Cの水中におけるステンレス鋼の隙間内の水化学に及ぼす電位(ECP)の影響について検討した。ギャップ15mの隙間内の溶液の電気伝導度を、すき間開口部からの距離が異なる3か所に設置した小型センサーを用いてその場で測定した。隙間試料外表面でのECP(Eext)は、バルク水中の溶存酸素濃度によって制御された。Eextを約-0.49V(288Cの標準水素電極基準)から-0.12Vに増加させると、隙間入口から21mmの地点でが12から160.3S/cmに増加することが確認された。電気化学反応を考慮したFEM解析により、この挙動を定量的に再現した。この電位範囲では、Clがすきまに輸送される主要な陰イオン種であると考えられる。さらにEextを0.3Vまで上げると、が減少した。この挙動は、酸化種(O,ハイドロクロメートイオン)とアルカリ種(OH)の隙間へのフラックスが増加したためと考えられた。

The Relationship between potential and the water chemistry inside a crevice of stainless steel in high temperature water

相馬 康孝; 小松 篤史; 加藤 千明

no journal, , 

クラック内部に代表されるすき間構造の内部環境を知ることは高温水中におけるステンレス鋼の応力腐食割れのメカニズム解明に重要である。これまでにもすき間内環境の分析例および優れたレビューが発表されているが、すき間内環境をその場測定した例は少ない。そこで本研究ではすき間内環境としてすき間内溶液導電率()を高温水中でin-situ測定し、重要な環境変数である電位(ECP)を変化させ、-ECPの関係を調べた。