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

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K12282
• 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
• Keywords: ステンレス / 六価クロム / 酸化被膜

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

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．

Causes of Carryover

年度末に購入希望した備品が製造中止であり，急遽予定した額より安価な代替品を購入したため．