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

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450290
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡邉 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, 多元物質科学研究所, 教授 (60182995)
• Keywords: 超臨界水 / 腐食 / 応力腐食割れ / ニッケル基合金 / ステンレス鋼 / 時効劣化 / 硫酸 / 酸化物

Research Abstract

硫酸を含みかつ酸化性の超臨界水環境において、腐食試験および低ひずみ速度試験を実施し、耐食合金の耐食性および応力腐食割れ感受性を評価するとともに、劣化支配因子の解明を行った。
CrおよびMo含有量が系統的に異なる12種類のNi基耐食合金を対象として、0.01Mの硫酸を含む400℃の超臨界水環境において耐食性を評価し、圧力、酸化剤濃度、時効熱履歴の影響を明らかにした。広範な組成を持つNi基耐食合金について400℃から700℃の種々の温度で最長3000時間の等温時効熱処理を施して機械的特性および超臨界水中での耐食性を詳しく調べ、Ni固溶Cr相とCr固溶Ni相への相分離およびγ相、μ相、P相の析出などの時効組織変化との関係を明らかにした。従来全くなかった視点として、超臨界水中での耐食性と時効劣化特性との両立の重要性が指摘された。
316系ステンレス鋼の割れ感受性を温度(360℃〜400℃)/圧力(25MPa〜60MPa)、硫酸添加の有無、酸化剤濃度、鋭敏化程度の関数として評価した。試験条件に対する割れ感受性の変化およびき裂周辺の分析結果から割れ機構を考察した。超臨界純水中での割れ感受性は圧力(より本質的には水の密度)によって大幅に異なり、高圧力下でのみ鋭敏化材の応力腐食割れが発生することなどが初めて明らかとなった。硫酸含有超臨界水中では、軽水炉環境における鋭敏化ステンレス鋼の割れ機構として従来合意されてきている「すべり溶解機構」とは異なり、割れに先行する酸化物形成が重要な役割を担っている可能性が示唆された。

Research Products

• [Publications] Yutaka Watanabe: "Characteristic and few key parameters of corrosion of alloys in supercritical water environments"Proceedings of International Symposium on Metals and Alloys for Chemical Industries. 85-96 (2002)
• [Publications] 太期雄三: "硫酸含有超臨界水環境中でのNi基合金の腐食挙動に及ぼす合金成分の影響"第49回材料と環境討論会講演集. 111-114 (2002)
• [Publications] 太期雄三: "超臨界水環境における316Lステンレス鋼の割れ感受性評価"平成14年度腐食防食協会東北支部講演会概要集. 9 (2002)
• [Publications] 渡辺 豊: "超臨界水腐食における支配因子の考え方と課題"第137回腐食防食シンポジウム資料. 41-53 (2002)