| 研究課題/領域番号 |
17K06051
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
牛 立斌 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (20262694)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 蒸気タービン材料 / 腐食 / 孔食 / ボイラ水 / 有機酸 / 塩化物イオン |
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| 研究実績の概要 |
火力発電プラント低圧蒸気タービンの乾湿交番域では、蒸気中の微量の塩化物イオンや硫酸イオンなど不純物化学種が蒸気凝縮水に濃縮し、材料の腐食損傷が生じやすくなる。さらに近年、ボイラ給水・補給水に有機アミン類水処理薬剤を使用する傾向が見られているが、これらの有機アミンは熱分解により有機酸のギ酸や酢酸などを生成するため、生成した有機酸が不純物として蒸気とともに蒸気タービンに搬入され、タービン材料の腐食の一因になることが懸念されている。本研究では、低圧蒸気タービンロータ材とブレード材を用い、発電プラントボイラ給水の模擬水に有機酸(ギ酸や酢酸)および塩化物イオンなどの不純物を添加した試験水中における各種腐食試験および試験片の形成皮膜分析などを行う。これにより、有機酸が低圧蒸気タービン材料の腐食に与える影響を明らかにする。
平成29年度では、ロータ材の3.5NiCrMoV鋼とブレード材の13Cr鋼について浸漬腐食試験および電気化学的腐食試験を実施した。試験には、模擬ボイラ給水(pH9.5、DO＜7 ppb) に有機酸（ギ酸と酢酸)や塩化物イオンおよび硫酸イオンを組み合わせて添加した各種試験水を用いた。試験水の温度は 90℃とした。まず、3.5NiCrMoV鋼と13Cr鋼の隙間腐食挙動に対する塩化物イオンおよび硫酸イオンの影響に関する研究成果を論文としてCorrosion Science誌に発表した。また、本年度から有機酸（ギ酸や酢酸)と塩化物イオンとの相互影響機構を調査するための各種腐食試験を実施し始めた。得られた研究成果の一部として、塩化物イオン含有ボイラ水中における3.5NiCrMoV鋼の腐食挙動および13Cr鋼の孔食感受性に及ぼすギ酸の影響を日本金属学会北陸信越支部・日本鉄鋼協会北陸信越支部平成29年度連合講演会、日本機械学会北陸信越支部第55期総会・講演会に発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
有機酸（ギ酸と酢酸)および塩化物イオンを添加した各種模擬ボイラ水中における低圧蒸気タービンロータ材の3.5NiCrMoV鋼とブレード材の13Cr鋼の各種腐食試験および試験片の形成皮膜分析試験をほぼ計画通り実施している。得られた研究成果の一部は学会等で発表されている。
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| 今後の研究の推進方策 |
低圧蒸気タービンロータ材3.5NiCrMoV鋼の全面腐食性を調査した結果より、試験水中の塩化物イオンとギ酸が鋼表面不働態皮膜（腐食抑制皮膜）の形成挙動に大きな影響を与えることが確認された。一方、3.5NiCrMoV鋼など低クロム合金鋼の不働態皮膜形成挙動に及ぼす有機酸（ギ酸と酢酸)および塩化物イオンの複合影響機構を解明する必要があると考えられる。平成30年度からは、3.5NiCrMoV鋼に加え、高低圧一体化ロータ材の高純度9CrMoV鋼および火力発電プラントボイラ機器用低合金鋼STBA24鋼とその溶接部材も供試材として使用し、有機酸（ギ酸と酢酸)および塩化物イオンを添加した各種模擬ボイラ水中における各種腐食試験および試験片の形成皮膜分析試験を行う。
ブレード材13Cr鋼の孔食感受性を調査した結果、塩化物イオン含有ボイラ水中におけるギ酸が孔食の発生に大きな影響を与えることが確認された。一方、塩化物イオン含有環境における13Crステンレス鋼の孔食の発生および成長に対する有機酸（ギ酸と酢酸)の促進または抑制機構を明らかにする必要がある。平成30年度からは、13Cr鋼に加え、ブレード材の16Cr-4Ni鋼も使用して各種腐食試験および試験片の形成皮膜分析などをそれぞれ並行して実施する。さらに、有機酸（ギ酸と酢酸)および塩化物イオンを組み合わせて添加した各種試験水中における13Cr鋼および16Cr-4Ni鋼の低歪速度引張(SSRT)試験を実施し、両ステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)挙動に及ぼす有機酸および塩化物イオンの複合的影響を調査する。
取得した研究成果については、国内外の学会などで発表を行い、論文として学術誌に発表する。
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