高温水クレビス環境におけるステンレス鋼の腐食局在化挙動に及ぼす合金元素の影響解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K05390
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 相馬 康孝 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (90832402)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 高温高圧水 / すき間 / ステンレス鋼 / 電気化学 / Cr / 応力腐食割れ（SCC)

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、高温高圧水中におけるFe-Cr-Ni合金の応力腐食割れ（SCC）の本質が、き裂内部で形成される強腐食性環境（クレビス環境）によってもたらされる腐食の局在化にあると考え、クレビス環境を、マクロスケールにて模擬し、腐食の局在化挙動に及ぼす合金組成（Cr及びMo）の影響を調べたものである。
最終年度は、別実験で実測したクレビス環境として最も厳しいもの（模擬環境III）をマクロスケールで再現し、Fe-xCr-20Ni（x=16.5、20、23、24.5、25 wt.%）、及びFe-16.5Cr-20Ni-yMo（y=0、3、6 wt.%）の腐食特性を調べた。なお、模擬環境IIIは、温度288℃、圧力8 MPaで、すき間内における粒界局部腐食を伴う際に実測したすき間内溶液導電率約1600 uS/cmに相当する模擬溶液としてpH288=約3.1、[Cl－]=1.85e-4 mol/kg、[O2]<5 ppb、[H2]=10 ppbとした。当該環境中で各試験片を約50 h浸漬した結果、x=16.5では粒界型局部腐食の発生が確認された。x>20では顕著な局部腐食は見られず、xの上昇と共に皮膜の厚さが薄くなることが分かった。また、yの上昇はわずかながら腐食を抑制する傾向を示した。この結果を前年度（比較的腐食性の弱いクレビス模擬環境における試験）と比較すると、腐食性の強い本環境では、xの効果がより顕著に表れることが分かった。Crが腐食抑制に有効である結果は、CrがSCCを抑制する事実と軌を一にしており、本研究結果は粒界局部腐食とSCC進展の関連性を腐食科学的側面から支持する結果である。また、粒界局部腐食をもたらす具体的pHと[Cl－]が判明したことは今後の耐食材料研究（更なる合金効果探索、電気化学的再不働態化挙動解析、応力重畳時の挙動解析）などに利用可能と考える。