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

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K12282
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分64010:環境負荷およびリスク評価管理関連
• 研究機関: 小山工業高等専門学校
• 研究代表者: 渥美 太郎 小山工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (40282157)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: ステンレス / 酸化被膜 / 六価クロム

研究成果の概要

473-773 K におけるSUS304ステンレスの表面酸化被膜を乾燥空気と湿潤空気中で調べた．673 Kと773 KではSUS304中のクロムと鉄が酸化し，FeCr2O4被膜が生成する．湿潤空気中で長時間加熱するとFeCr2O4被膜から6価クロムを含むクロム酸化物水酸化物が揮発する． 673 K，乾燥空気中と湿潤空気中においてSUS304と SUS310Sステンレス表面には鉄とクロムを含む表面酸化物被膜が成長する．湿潤空気中，100時間以降,表面酸化被膜からのクロム酸化物水酸化物が揮発する．SUS316とSUS430表面には鉄酸化物被膜が形成され，クロム酸化物水酸化物の揮発は見られなかった．

自由記述の分野

固体化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

ステンレス鋼の使用上限温度は一般的に機械的性質から決定され，酸化被膜からの六価クロムの生成に注意が払われることはない．本研究では，使用上限温度が1000～1200 Kとされるオーステナイトステンレスの代表的鋼種であるSUS304(18Cr-8Ni)を，673 K，低水蒸気圧の空気中で長時間加熱すると，表面酸化物被膜から六価クロムを含む酸化物水酸化物が生成することを見出した．同様に表面酸化被膜にクロムが含まれるステンレス鋼種では，六価クロム酸化物水酸化物の揮発が見られた．これらステンレス鋼を高湿度環境で長時間使用する場合，環境への影響を考え,使用温度上限は573 K程度が望ましいことがわかった．