環境中の金属イオンがもたらすステンレス鋼の耐食性低下機構の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K14443
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 青山 高士 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 福島研究開発部門 福島研究開発拠点 廃炉環境国際共同研究センター, 博士研究員 (60752623)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 腐食防食 / 局部腐食 / ステンレス鋼

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、環境中の金属イオンがステンレス鋼の表面に孔食起点を生成し、孔食発生を促進する機構を解明することを目的としている。研究代表者らの先行研究により、極めて耐孔食性の高い超高純度316ステンレス鋼（316EHP鋼）であっても、Cu2+が存在する塩化物環境では孔食電位が低下することが明らかとなった。環境中に存在するCu2+の吸着、堆積により316EHP鋼表面に腐食起点が生成することがその原因であると予想されている。本研究では現在までにCu2+がSUS 316L鋼の耐孔食性に及ぼす影響の調査を行った。SUS 316L鋼を試験片として0.1 M NaCl及び80 mM NaCl-10 mM CuCl2溶液中で孔食電位測定を行った。その結果、Cu2+によって腐食電位は大きく上昇した一方で、孔食電位に大きな違いは見られなかった。また、XPSを用いて316EHP鋼の不働態被膜の分析を行った。その結果、316EHP鋼の不働態被膜は厚さ、組成ともに一般的なSUS 316L鋼の不働態被膜と同様であった。つまり、2種の試験片において、不働態被膜の厚さ及び組成は2種の試験片の孔食電位に影響を及ぼさなかったと考えられる。よって、316EHP鋼の場合と異なり、Cu2+を含むNaCl溶液中でSUS 316L鋼の孔食電位が低下しなかった原因として、以下の2つが考えられる。1) 溶液中のCu2+が鋼表面で孔食発生を促進する影響を及ぼす電位より低い電位においてSUS 316L鋼の孔食が発生した。2) 介在物を含まない316EHP鋼とは異なり、SUS316L鋼には孔食の起点となるMnSが介在物として存在しており、Cu2+によって生じる孔食起点に優先してMnSを起点とした孔食が生じた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は、当初計画通りに、Cu2+がもたらす孔食発生促進作用は、電位及び介在物が大きく影響している可能性があることを見いだせたため、おおむね順調に進展している。と判断する。

Strategy for Future Research Activity

硝酸不働態処理を用いてSUS 316L表面のMnSを除去する前処理を行った後に電気化学測定を行うことで、より高い電位域においてCu2+が孔食発生に及ぼす影響を調査する。電気化学試験にその場観察や試験後表面観察を組み合わせることで、電気化学的な考察だけではなく、形態学的な考察を加えて、腐食機構を明らかにすることを試みる。

Causes of Carryover

今年度に購入予定だった、電気化学試験セルについて、所属研究機関の保有するセルを改良することで代用することができたため、電気化学試験セルの購入に係る費用が次年度使用額として生じることとなった。次年度使用額は、次年度分研究費と合わせて、使用しているセル及び試験装置の改良に係る費用として使用する。