酸化性超臨界水環境における反応容器用材料の応力腐食割れ制御

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450290
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡辺 豊 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10260415)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 生島 豊 産業技術総合研究所, 超臨界流体研究センター, 有機化学チーム長(研究職) ; 湯上 浩雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60192803) ; 阿尻 雅文 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60182995)
• Keywords: 超臨海水 / 腐食 / 応力腐食割れ / ニッケル基合金 / ステンレス鋼 / 硫酸 / 酸化剤 / 圧力効果

Research Abstract

硫酸を含む超臨界水環境において、各種ニッケル基耐食合金およびオーステナイト系ステンレス鋼の腐食形態ならびに腐食速度を実験により明らかにした。CrおよびMo含有量の系統的に異なる数種のニッケル基合金ならびにステンレス鋼SUS316を供試材とし、0.01mol/lの硫酸を含む400℃の超臨界水環境における腐食拳動を圧力(25MPa〜60MPa)および溶存酸素濃度(30ppb〜800ppm)の関数として調べた。主な成果は下記の通りである。
(1)超臨界水中での腐食速度は圧力に強く依存することを初めて具体的に明らかにした。圧力が25MPから60MPaに上昇するだけで、合金によっては腐食速度が2桁以上増加した。さらに、圧力の効果は水の密度(あるいは誘電率)によって統一的に整理できることを示した。
(2)溶存酸素濃度8ppm以下の条件では、Cr含有量の高い合金ほど腐食速度が小さいが、より酸化力の高い環境(酸素濃度800ppm)では、Fe含有量の高い合金の耐食性が著しく向上した。これら添加合金成分が系統的に異なる各種合金の腐食速度ならびに環境中で形成された酸化スケールの成分分析結果は、主要合金元素の安定化学種の熱力学的予測と定性的に一致した。
さらに、超臨界水中での金属材料の応力腐食割れ感受性を評価するため、550℃/60MPaを上限とする中性酸性の水環境下で低ひずみ速度試験を実施可能な試験装置を設計・製作し、所定の性能を発揮することを確認した。

Research Products

• [Publications] 渡辺 豊: "超臨界水環境における耐食合金の腐食 -腐食形態、腐食速度および皮膜に及ぼす酸化剤濃度と合金組成の影響-"材料と環境2001講演集. 167-170 (2001)
• [Publications] 渡辺 豊: "超臨界水環境での合金の応力腐食割れ感受性"第48回材料と環境討論会講演集. 199-202 (2001)
• [Publications] 齋藤義弘: "超臨界・亜臨界水環境下でのNi基合金製圧力容器の環境助長割れに関する研究"日本機械学会東北支部第37期講演会講演論文集. (印刷中). (2002)