ステンレス鋼から六価クロムを含む酸化水酸化物が生成する下限温度の調査

Research Project

Project/Area Number	21K12282
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 64010:Environmental load and risk assessment-related
Research Institution	Oyama National College of Technology
Principal Investigator	渥美太郎小山工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (40282157)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000) Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords	ステンレス / 六価クロム / 酸化被膜 / ステンレス鋼 / クロム酸化物水酸化物
Outline of Research at the Start	ステンレスは我々の生活に欠かすことのできない,主成分の鉄にクロムやニッケルを含有した合金である．クロム含有量が11%以上になると，表面に薄い酸化クロム被膜が生成され，ステンレスの耐食性が飛躍的に向上する．本研究では100～500 ℃における各種ステンレス鋼の高温酸化において，生成する被膜の種類，及び六価クロムを含む揮発物質の確認とその分析を行い，それらとステンレスの組成との関連を調べ，安全に使用することができる耐熱温度を明らかにする．本研究は，環境や健康に配慮したステンレスを使用する製品や生産システム等の設計のために，有害・汚染物質である六価クロムを環境に排出しない使用温度上限を明らかにする．
Outline of Annual Research Achievements	ステンレス鋼の酸化を４００℃，乾燥空気中と湿潤空気(日本の夏季の湿度程度の水蒸気を含む空気)中で４００時間まで，質量変化の測定とX線光電子分光法によって研究した．昨年度，オーステナイト系ステンレスＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１０Ｓでは，４００℃で，表面に酸化クロム被膜が生成し，湿潤空気中でその被膜から六価クロム酸化水酸化物が揮発することがわかった．同じオーステナイト系ステンレスでモリブデンを含むＳＵＳ３１６の場合，被膜は酸化鉄であるため，六価クロムの生成はなかった．同様に，フェライト系ステンレスのＳＵＳ４３０の場合も酸化鉄被膜が生成し，六価クロムの生成はなかった．本年度は，純オーステナイト系ステンレスのＳＵＳ６３１（アルミニウムを含む）について研究を行った．ＳＵＳ６３１の場合，酸化被膜はＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓと同様に酸化クロムであり，４００℃，湿潤空気中で六価クロム酸化水酸化物の生成が見られた．したがって．ステンレスの鋼種やニッケルやクロム以外のモリブデンやアルミニウム成分とは無関係に，酸化クロム被膜を生成するステンレス鋼であれば，４００℃，湿潤空気中で六価クロム酸化物水酸化物が揮発するものと考えられる．ただし，酸化クロム被膜を生成するステンレス鋼における六価クロム酸化物水酸化物の揮発による質量減少は攻守によって異なっているため，被膜に何らかの差異があるものと考えられるが，X線回折法やX線光電子分光法によって，その違いを確かめることはできなかった．ＳＵＳ３０４を用いて，４００℃，湿潤空気中で表面の抵抗変化を交流法と直流法を使って測定し，六価クロム生成のモニタリングを試みた．抵抗の差はほとんど見られず，この温度でのモニタリングはできなかった．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 様々なステンレス鋼種について研究し，データを集めることで，ステンレス鋼からの六価クロムの生成についての新しい知見が得られた．ステンレスの鋼種を４００℃，湿潤空気中における六価クロム酸化物水酸化物の揮発量は少量であり，X線光電子分光法で確認するために揮発物質を１０００時間かけて捕集した．そのため，当初の予定より若干遅れが生じている．
Strategy for Future Research Activity	六価クロム酸化物水酸化物の揮発が，ステンレス鋼表面の酸化クロム特有の現象なのか，酸化クロムであれば必ず生じる現象なのかを調べる必要がある．そのため，酸化クロム粉末やニクロム鋼で同様の研究を行い，比較する．