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

• 研究課題/領域番号: 21K14443
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26050:材料加工および組織制御関連
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 青山 高士 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 (60752623)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 局部腐食 / ステンレス鋼 / 金属カチオン / 腐食防食

研究開始時の研究の概要

塩化物環境中での耐食性を従来よりも高めた高耐食ステンレス鋼においても、金属イオンが存在する塩化物環境では耐食性が低下する。環境中に存在する金属イオンの吸着、堆積によりステンレス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、数原子層単位で金属の表面形態の変化を分析可能な原子間力顕微鏡を用いたその場観察システムを構築する。電気化学測定を行いながら金属イオンの吸着、堆積による腐食起点の生成および腐食発生をリアルタイム観察することで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を解明することを目指す。

研究成果の概要

316EHPステンレス鋼は含有する不純物量を極限まで低減することによって耐食性を高めた超高純度ステンレス鋼である。孔食電位測定によりNaCl溶液中では孔食が発生しないことが確認された。これは316EHPが塩化物環境中で孔食起点となるMnSを含まないためであると考えられる。一方で、Cu2+を含む環境ではCu2+の表面への堆積や沈着により孔食発生起点を生じ、耐孔食性が低下すると考えられる。本研究によりCu2+を含む0.1 M NaCl溶液中ではCu2+濃度によらず316EHPの耐孔食性が低下することと、濃度と孔食発生電位の低下量には相関がないことが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

合金設計や組織制御によってステンレス鋼の耐孔食性向上が進められてきた。本研究によって耐孔食性を従来よりも高めた高耐食ステンレス鋼においても、銅イオン（Cu2+）が存在する塩化物環境では耐孔食性が低下し、その低下量はCu2+濃度によらないことが明らかとなった。環境中に存在するCu2+の吸着、堆積によりステンレス鋼表面に腐食起点が生成することがその原因であると考えられる。一方で、合金組成と溶液中のCu2+濃度によっては耐孔食性が向上することも確認された。本研究により合金組成や介在物の違いと溶液組成による耐孔食性の変化が明らかとなったことは今後のステンレス鋼開発に有意義な成果であるといえる。