JP2003232886A - 金属材料の腐食低減方法 - Google Patents
金属材料の腐食低減方法Info
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-
- G—PHYSICS
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract
(57)【要約】
【課題】水素注入等の他の設備を利用することなく、粒
界応力腐食などの金属材料の腐食を低減する。 【解決手段】金属材料の表面に光触媒ｎ型半導体のＴｉ
Ｏ2を付着または塗布する。そして、高温水中に晒して
熱励起電流を生成させ、電位低下を起こさせる。水中温
度が上昇すると腐食電位は低下する。280℃の温度にな
ると応力腐食割れが発生されない腐食電位になり、金属
材料の腐食を低減することができる。
界応力腐食などの金属材料の腐食を低減する。 【解決手段】金属材料の表面に光触媒ｎ型半導体のＴｉ
Ｏ2を付着または塗布する。そして、高温水中に晒して
熱励起電流を生成させ、電位低下を起こさせる。水中温
度が上昇すると腐食電位は低下する。280℃の温度にな
ると応力腐食割れが発生されない腐食電位になり、金属
材料の腐食を低減することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力または火力
発電所における高温水に晒される構造物材料の腐食を抑
制するための金属材料の腐食低減方法に関する。
発電所における高温水に晒される構造物材料の腐食を抑
制するための金属材料の腐食低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高温水に晒される金属材料の構造物とし
て、火力発電所のボイラやそれにより発生した熱水が接
触する配管等の例があり、また、原子力発電所では原子
炉構造材およびその周辺配管が例としてあげられる。
て、火力発電所のボイラやそれにより発生した熱水が接
触する配管等の例があり、また、原子力発電所では原子
炉構造材およびその周辺配管が例としてあげられる。
【０００３】配管や構造材等の腐食防止対策としては高
温水の水質改善による対策が積極的に行われている。例
えば火力発電所においてはｐＨ調整剤、脱酸素剤等の添
加による水質がコントロールなどの腐食低減策が講じら
れている。
温水の水質改善による対策が積極的に行われている。例
えば火力発電所においてはｐＨ調整剤、脱酸素剤等の添
加による水質がコントロールなどの腐食低減策が講じら
れている。
【０００４】一方、沸騰水型原子力発電所（以下、ＢＷ
Ｒ発電所と記す）においては、放射線場で水の放射線分
解により生成した酸素、過酸化水素等が原子炉水中に存
在する。原子炉構造材であるステンレス鋼やニッケル基
合金は、原子炉のような高温環境下では、酸素、過酸化
水素の存在下で応力腐食割れを起こすことが知られてい
る。
Ｒ発電所と記す）においては、放射線場で水の放射線分
解により生成した酸素、過酸化水素等が原子炉水中に存
在する。原子炉構造材であるステンレス鋼やニッケル基
合金は、原子炉のような高温環境下では、酸素、過酸化
水素の存在下で応力腐食割れを起こすことが知られてい
る。
【０００５】この対策のために、給水から水素を注入し
て原子炉水中の酸素、過酸化水素を低減させる水素注入
技術が国内外のいくつかの原子力プラントで行われてい
る。酸素、過酸化水素を低減させるための効果は、材料
の腐食電位の低下として現れる。
て原子炉水中の酸素、過酸化水素を低減させる水素注入
技術が国内外のいくつかの原子力プラントで行われてい
る。酸素、過酸化水素を低減させるための効果は、材料
の腐食電位の低下として現れる。
【０００６】応力腐食割れの発生や割れ亀裂の進展はこ
の腐食電位に依存しており、電位が低いほど割れの発生
や亀裂の進展が抑制される。水素注入はこのような背景
により実施されているが、弊害としてタービン系の線量
率が上昇することである。
の腐食電位に依存しており、電位が低いほど割れの発生
や亀裂の進展が抑制される。水素注入はこのような背景
により実施されているが、弊害としてタービン系の線量
率が上昇することである。
【０００７】これは核反応で生成したＮ16が水素と反応
して揮発性のアンモニアとなり、蒸気系へ移行しやすく
なるためである。また、注入した水素により生ずるオフ
ガス系の過剰水素を、酸素を注入して再結合させる等の
様々な設備が必要となってくる。
して揮発性のアンモニアとなり、蒸気系へ移行しやすく
なるためである。また、注入した水素により生ずるオフ
ガス系の過剰水素を、酸素を注入して再結合させる等の
様々な設備が必要となってくる。
【０００８】この弊害を極力少なくし、なおかつ構造材
の腐食電位を低下させるために近年、貴金属を原子炉水
へ添加し、構造材へ貴金属を付着させ少量の水素注入で
腐食電位を低下させる方法が提案されている。これは白
金等の貴金属は電位の低い水素の可逆反応を選択的に捕
らえる性質を利用したもので、貴金属を構造材に付着さ
せることにより、少量の水素注入で腐食電位の低下を図
るものである。
の腐食電位を低下させるために近年、貴金属を原子炉水
へ添加し、構造材へ貴金属を付着させ少量の水素注入で
腐食電位を低下させる方法が提案されている。これは白
金等の貴金属は電位の低い水素の可逆反応を選択的に捕
らえる性質を利用したもので、貴金属を構造材に付着さ
せることにより、少量の水素注入で腐食電位の低下を図
るものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、貴金属
を構造材に付着させる方法は、水素の反応が重要であ
り、水素の添加は回避できず、設備等に大きな負荷が加
わり、設備上の問題が解決されなければならない。ま
た、貴金属を原子炉水に添加する方法を実プラントで実
施する場合、燃料集合体、とりわけ燃料被覆管等の燃料
材料のジルコニウム酸化皮膜上にも貴金属が付着するた
め、燃料材料の酸化および水素化が増大することが懸念
される。
を構造材に付着させる方法は、水素の反応が重要であ
り、水素の添加は回避できず、設備等に大きな負荷が加
わり、設備上の問題が解決されなければならない。ま
た、貴金属を原子炉水に添加する方法を実プラントで実
施する場合、燃料集合体、とりわけ燃料被覆管等の燃料
材料のジルコニウム酸化皮膜上にも貴金属が付着するた
め、燃料材料の酸化および水素化が増大することが懸念
される。
【００１０】この影響は、燃料の燃焼度を高めることに
負の作用を及ぼすため、貴金属の添加量を少なくすると
ともに、高価な貴金属の使用量を少なくするか、または
貴金属に代わる物質の開発が重要となっている。
負の作用を及ぼすため、貴金属の添加量を少なくすると
ともに、高価な貴金属の使用量を少なくするか、または
貴金属に代わる物質の開発が重要となっている。
【００１１】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、高温水に晒されて発生する粒界応力腐食割
れ（ＩＧＳＣＣ）などによる原子力または火力発電所に
おける金属材料の腐食を低減し、また、水素注入等の他
の設備を利用することなく、金属材料の腐食を低減で
き、さらに、大幅なタービン系への放射能の移行の増大
や、燃料材料の酸化および水素化を増大させることな
く、原子炉一次系材料の腐食電位を制御することができ
る金属材料の腐食低減方法を提供することにある。
れたもので、高温水に晒されて発生する粒界応力腐食割
れ（ＩＧＳＣＣ）などによる原子力または火力発電所に
おける金属材料の腐食を低減し、また、水素注入等の他
の設備を利用することなく、金属材料の腐食を低減で
き、さらに、大幅なタービン系への放射能の移行の増大
や、燃料材料の酸化および水素化を増大させることな
く、原子炉一次系材料の腐食電位を制御することができ
る金属材料の腐食低減方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
原子力または火力発電所における高温水に晒される金属
材料面に熱励起により電流が発生する物質を塗布または
付着させることを特徴とする。請求項２に係る発明は、
前記金属材料は150℃以上の高温水に晒される金属であ
ることを特徴とする。
原子力または火力発電所における高温水に晒される金属
材料面に熱励起により電流が発生する物質を塗布または
付着させることを特徴とする。請求項２に係る発明は、
前記金属材料は150℃以上の高温水に晒される金属であ
ることを特徴とする。
【００１３】請求項３に係る発明は、前記金属材料は鉄
鋼、非鉄鋼材、非鉄金属または溶接金属から選択された
少なくとも１種の金属であることを特徴とする。請求項
４に係る発明は、前記電流はアノード電流であることを
特徴とする。
鋼、非鉄鋼材、非鉄金属または溶接金属から選択された
少なくとも１種の金属であることを特徴とする。請求項
４に係る発明は、前記電流はアノード電流であることを
特徴とする。
【００１４】請求項５に係る発明は、前記熱励起により
電流が発生する物質は半導体であることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、前記半導体はｎ型半導体である
ことを特徴とする。
電流が発生する物質は半導体であることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、前記半導体はｎ型半導体である
ことを特徴とする。
【００１５】請求項７に係る発明は、前記ｎ型半導体は
ＴｉＯ2、ＰｂＯ、ＢａＴｉＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｗ
Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＴｉＯ3、ＫＴａ
Ｏ3、ＭｎＴｉＯ3、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｉｎ2
Ｏ3から選択された少なくとも１種の化合物であること
を特徴とする。
ＴｉＯ2、ＰｂＯ、ＢａＴｉＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｗ
Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＴｉＯ3、ＫＴａ
Ｏ3、ＭｎＴｉＯ3、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｉｎ2
Ｏ3から選択された少なくとも１種の化合物であること
を特徴とする。
【００１６】請求項８に係る発明は、前記金属材料がス
テンレス鋼の場合、腐食電位が−150ｍＶ（ＳＨＥ）以
下になることを特徴とする。請求項９に係る発明は、前
記金属材料がニッケル基合金の場合、腐食電位が０ｍＶ
（ＳＨＥ）以下になることを特徴とする。
テンレス鋼の場合、腐食電位が−150ｍＶ（ＳＨＥ）以
下になることを特徴とする。請求項９に係る発明は、前
記金属材料がニッケル基合金の場合、腐食電位が０ｍＶ
（ＳＨＥ）以下になることを特徴とする。
【００１７】請求項10に係る発明は、前記ｎ型半導体が
ＴｉＯ2の場合、前記ＴｉＯ2の付着または塗布させる付
着量はステンレス鋼面には60μｇ／ｃｍ2以上、また、
ニッケル基合金面には30μｇ／ｃｍ2以上とすることを
特徴とする。
ＴｉＯ2の場合、前記ＴｉＯ2の付着または塗布させる付
着量はステンレス鋼面には60μｇ／ｃｍ2以上、また、
ニッケル基合金面には30μｇ／ｃｍ2以上とすることを
特徴とする。
【００１８】請求項11に係る発明は、前記熱励起により
電流が発生する物質を金属材料に塗布または付着する付
着量は、前記物質がＴｉＯ2の場合、前記金属材料がス
テンレス鋼の場合、その金属面には20μｇ／ｃｍ2以
上、前記金属材料がニッケル基合金の場合、その合金面
には10μｇ／ｃｍ2以上とすることを特徴とする。
電流が発生する物質を金属材料に塗布または付着する付
着量は、前記物質がＴｉＯ2の場合、前記金属材料がス
テンレス鋼の場合、その金属面には20μｇ／ｃｍ2以
上、前記金属材料がニッケル基合金の場合、その合金面
には10μｇ／ｃｍ2以上とすることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明では、熱や光で励起される
半導体の性質を利用し高温水中で励起電流を生じさせ、
原子力または火力発電所における高温水に晒される金属
材料（以下、単に材料と記す）表面の電位を変化させよ
うとするものである。材料表面の電位は腐食電位と呼ば
れ、材料の応力腐食割れ感受性の指標となっている。例
えば、288℃の高温水中におけるステンレス鋼と腐食電
位の関係には多くの研究があり、−230ｍＶ（ＳＨＥ）
以下であれば、低歪応力腐食割れ試験（以下、ＳＳＲＴ
と記す）の結果より、応力腐食割れが発生しないとされ
ている。また、同様の環境における亀裂進展試験結果か
らも電位を低下させることにより亀裂進展速度が大幅に
低下することが示されている。
半導体の性質を利用し高温水中で励起電流を生じさせ、
原子力または火力発電所における高温水に晒される金属
材料（以下、単に材料と記す）表面の電位を変化させよ
うとするものである。材料表面の電位は腐食電位と呼ば
れ、材料の応力腐食割れ感受性の指標となっている。例
えば、288℃の高温水中におけるステンレス鋼と腐食電
位の関係には多くの研究があり、−230ｍＶ（ＳＨＥ）
以下であれば、低歪応力腐食割れ試験（以下、ＳＳＲＴ
と記す）の結果より、応力腐食割れが発生しないとされ
ている。また、同様の環境における亀裂進展試験結果か
らも電位を低下させることにより亀裂進展速度が大幅に
低下することが示されている。
【００２０】材料の腐食電位は、材料が晒される環境
中、水中の反応物質、例えばＢＷＲ発電所の場合である
と、水の放射線分解で生成した酸素、過酸化水素、水素
等の成分の材料表面における電気化学反応と、材料その
ものが溶出する反応によって決定される。
中、水中の反応物質、例えばＢＷＲ発電所の場合である
と、水の放射線分解で生成した酸素、過酸化水素、水素
等の成分の材料表面における電気化学反応と、材料その
ものが溶出する反応によって決定される。
【００２１】腐食電位は混成電位理論に基いて決定され
るものであり、カソード電流とアノード電流が等しくな
る電位である。上述した成分のうち、カソード反応に寄
与するものは酸素、過酸化水素であり、一方、アノード
反応に寄与するものは水素および材料の溶出反応であ
る。
るものであり、カソード電流とアノード電流が等しくな
る電位である。上述した成分のうち、カソード反応に寄
与するものは酸素、過酸化水素であり、一方、アノード
反応に寄与するものは水素および材料の溶出反応であ
る。
【００２２】それぞれの電気化学反応の標準酸化還元電
位は、成分の濃度、温度、環境のｐＨ等により決定され
るものであるが、カソード反応の方がアノード反応より
高い電位を示す。よって、カソード反応が加速されれば
腐食電位は高くなる。これは酸素、過酸化水素濃度の上
昇により腐食電位が上昇することと同意である。一方、
アノード反応が増加することにより腐食電位は低下す
る。
位は、成分の濃度、温度、環境のｐＨ等により決定され
るものであるが、カソード反応の方がアノード反応より
高い電位を示す。よって、カソード反応が加速されれば
腐食電位は高くなる。これは酸素、過酸化水素濃度の上
昇により腐食電位が上昇することと同意である。一方、
アノード反応が増加することにより腐食電位は低下す
る。
【００２３】従来実施されている脱酸素剤による腐食制
御や、水素注入による酸素、過酸化水素濃度の低減はカ
ソード反応を低下させる方法であり、一方、貴金属付着
による水素反応の増加による電位低下方法は、アノード
反応を増加させる腐食低減方法である。
御や、水素注入による酸素、過酸化水素濃度の低減はカ
ソード反応を低下させる方法であり、一方、貴金属付着
による水素反応の増加による電位低下方法は、アノード
反応を増加させる腐食低減方法である。
【００２４】本発明に係る方法は、アノード反応を増加
させ腐食電位を変化させる方法である。アノード反応を
増加させるために、材料面にｎ型半導体を付着または塗
布する。半導体は熱により励起され荷電子バンドより伝
導バンドへと電子が励起され電流が流れる。一般的な半
導体の熱励起は以下の式により表される。
させ腐食電位を変化させる方法である。アノード反応を
増加させるために、材料面にｎ型半導体を付着または塗
布する。半導体は熱により励起され荷電子バンドより伝
導バンドへと電子が励起され電流が流れる。一般的な半
導体の熱励起は以下の式により表される。
【００２５】
ｎi ＝ ｎ0ｅｘｐ（−εｇ）／（２ｋBＴ）
ここで
ｎi：熱励起で生成する電子・正孔対の濃度
ｎ0：価電子バンド上端の電子濃度に関わる定数
εｇ：バンドギャップ
ｋB：ボルツマン定数
である。
【００２６】本発明では、ｎ型半導体を用いるために励
起された電子はアノード電流となり腐食電位を低下させ
ることとなる。この方法に用いる代表的なｎ型半導体と
してはＴｉＯ2がある。ＴｉＯ2は、バンドギャップが３
ｅＶあるいは3.2ｅＶであり、例えば室温から288℃に温
度が上昇すると熱励起電子は桁で多くなることが推定さ
れる。
起された電子はアノード電流となり腐食電位を低下させ
ることとなる。この方法に用いる代表的なｎ型半導体と
してはＴｉＯ2がある。ＴｉＯ2は、バンドギャップが３
ｅＶあるいは3.2ｅＶであり、例えば室温から288℃に温
度が上昇すると熱励起電子は桁で多くなることが推定さ
れる。
【００２７】また、原子炉で本発明に係る方法を適用す
る場合には、光による励起反応が付加される。ＴｉＯ2
は410ｎｍ以下の波長の光で励起されるので、原子炉心
のようにチェレンコフ光が発生している場合は、この光
も利用できることになる。
る場合には、光による励起反応が付加される。ＴｉＯ2
は410ｎｍ以下の波長の光で励起されるので、原子炉心
のようにチェレンコフ光が発生している場合は、この光
も利用できることになる。
【００２８】本発明によれば、ｎ型半導体を材料の面に
付着または塗布等することにより、アノード電流が発生
して、腐食電位を低下できる。熱により励起される反応
を利用しているので、例えばＢＷＲ発電所で実施されて
いる貴金属注入技術のように水素を添加する必要はな
い。
付着または塗布等することにより、アノード電流が発生
して、腐食電位を低下できる。熱により励起される反応
を利用しているので、例えばＢＷＲ発電所で実施されて
いる貴金属注入技術のように水素を添加する必要はな
い。
【００２９】つぎに図１から図10により本発明に係る金
属材料の腐食低減方法の具体的な実施例を説明する。 （実施例１）図１により本発明の実施例１を説明する。
図１は金属材料に鋭敏化したＳＵＳ３０４鋼を使用し
て、ＳＵＳ鋼にＴｉＯ2を付着した場合と付着しない場
合の280℃高温水中での鋭敏化ＳＵＳ３０４鋼のＳＳＲ
Ｔ試験結果を破面率を比較して示す棒線図である。縦軸
に示した値は、試験後の破面に占める粒界型応力腐食割
れの破面率を示す。破面率の値が大きい場合ほど応力腐
食割れ感受性が高いことを示している。
属材料の腐食低減方法の具体的な実施例を説明する。 （実施例１）図１により本発明の実施例１を説明する。
図１は金属材料に鋭敏化したＳＵＳ３０４鋼を使用し
て、ＳＵＳ鋼にＴｉＯ2を付着した場合と付着しない場
合の280℃高温水中での鋭敏化ＳＵＳ３０４鋼のＳＳＲ
Ｔ試験結果を破面率を比較して示す棒線図である。縦軸
に示した値は、試験後の破面に占める粒界型応力腐食割
れの破面率を示す。破面率の値が大きい場合ほど応力腐
食割れ感受性が高いことを示している。
【００３０】水質は通常のＢＷＲ発電所の原子炉水を模
擬したものである。試験片については２種類あり、Ｔｉ
Ｏ2をスプレー法（ＴｉＯ2溶液を霧状にして試験片に吹
き付け塗布する方法）を使用して塗布したＳＵＳ３０４
鋼と何も塗布していないＳＵＳ３０４鋼である。図１か
ら明らかなように、ＳＵＳ３０４鋼にＴｉＯ2を付着さ
せた場合は、ＩＧＳＣＣの破面率が有意に低下している
ことが認められる。
擬したものである。試験片については２種類あり、Ｔｉ
Ｏ2をスプレー法（ＴｉＯ2溶液を霧状にして試験片に吹
き付け塗布する方法）を使用して塗布したＳＵＳ３０４
鋼と何も塗布していないＳＵＳ３０４鋼である。図１か
ら明らかなように、ＳＵＳ３０４鋼にＴｉＯ2を付着さ
せた場合は、ＩＧＳＣＣの破面率が有意に低下している
ことが認められる。
【００３１】（実施例２）図２および図３により本発明
の実施例２を説明する。図２は実施例１と同様に鋭敏化
したＳＵＳ３０４鋼に、ＴｉＯ2を付着した場合と、し
ない場合のＳＵＳ３０４鋼試験片のアノード分極曲線を
比較して示している。図３はＴｉＯ2付着の有無による
腐食電位の変化を示すエバンス図で、酸素のカソード分
極曲線を合わせ示している。
の実施例２を説明する。図２は実施例１と同様に鋭敏化
したＳＵＳ３０４鋼に、ＴｉＯ2を付着した場合と、し
ない場合のＳＵＳ３０４鋼試験片のアノード分極曲線を
比較して示している。図３はＴｉＯ2付着の有無による
腐食電位の変化を示すエバンス図で、酸素のカソード分
極曲線を合わせ示している。
【００３２】実施例２において、図２に示した280℃水
中におけるＳＵＳ３０４鋼のアノード電流曲線から明ら
かなように、ｎ型半導体であるＴｉＯ2を付着させた場
合と、付着させていない場合のアノード電流はＴｉＯ2
を付着させた場合がその電流密度が大きくなっているこ
とが認められる。
中におけるＳＵＳ３０４鋼のアノード電流曲線から明ら
かなように、ｎ型半導体であるＴｉＯ2を付着させた場
合と、付着させていない場合のアノード電流はＴｉＯ2
を付着させた場合がその電流密度が大きくなっているこ
とが認められる。
【００３３】また、図３に示した酸素のカソード分極曲
線と腐食電位の変化を示すエバンス図から明らかなよう
に、腐食電位はアノード電流とカソード電流が同じ値と
なる場合の電位であり、ＴｉＯ2を付着させることによ
りアノード電流が増加した場合には腐食電位が低下する
ことが認められる。
線と腐食電位の変化を示すエバンス図から明らかなよう
に、腐食電位はアノード電流とカソード電流が同じ値と
なる場合の電位であり、ＴｉＯ2を付着させることによ
りアノード電流が増加した場合には腐食電位が低下する
ことが認められる。
【００３４】（実施例３）図４により本発明の実施例３
を説明する。図４はＳＵＳ３０４鋼にＴｉＯ2を付着し
た場合と付着しない場合の温度変化が腐食電位の変化に
及ぼす影響を示したものである。この実施例３ではＴｉ
Ｏ2の付着量は200μｇ／ｃｍ2である。腐食電位は温度
を上昇させるとともに低下する傾向が認められ、280℃
においては約−250ｍＶ（ＳＨＥ）である。一方、図４
中に示したＴｉＯ2を付着させていないＳＵＳ３０４の
腐食電位は温度の上昇とともに低下する電位幅は小さく
280℃においても＋100ｍＶ（ＳＨＥ）以上の電位を示す
ことが認められる。
を説明する。図４はＳＵＳ３０４鋼にＴｉＯ2を付着し
た場合と付着しない場合の温度変化が腐食電位の変化に
及ぼす影響を示したものである。この実施例３ではＴｉ
Ｏ2の付着量は200μｇ／ｃｍ2である。腐食電位は温度
を上昇させるとともに低下する傾向が認められ、280℃
においては約−250ｍＶ（ＳＨＥ）である。一方、図４
中に示したＴｉＯ2を付着させていないＳＵＳ３０４の
腐食電位は温度の上昇とともに低下する電位幅は小さく
280℃においても＋100ｍＶ（ＳＨＥ）以上の電位を示す
ことが認められる。
【００３５】（実施例４）図５により本発明の実施例４
を説明する。本実施例は金属材料にニッケル基合金であ
るインコネル合金を使用した例である。図５はインコネ
ル６００合金にＴｉＯ2を付着した場合と付着しない場
合の温度変化が腐食電位の変化に及ぼす影響を示したも
のである。この実施例４ではＴｉＯ2の付着量は50μｇ
／ｃｍ2である。ＴｉＯ2を付着した場合の腐食電位が温
度を上昇させるとともに低下する傾向が認められ、280
℃においては約−100ｍＶ（ＳＨＥ）となっていること
が認められる。一方、図５中に示したＴｉＯ2を付着さ
せていないインコネル６００の腐食電位は温度の上昇と
ともに低下する電位幅は小さく280℃においても＋100ｍ
Ｖ（ＳＨＥ）以上の電位を示すことが認められる。
を説明する。本実施例は金属材料にニッケル基合金であ
るインコネル合金を使用した例である。図５はインコネ
ル６００合金にＴｉＯ2を付着した場合と付着しない場
合の温度変化が腐食電位の変化に及ぼす影響を示したも
のである。この実施例４ではＴｉＯ2の付着量は50μｇ
／ｃｍ2である。ＴｉＯ2を付着した場合の腐食電位が温
度を上昇させるとともに低下する傾向が認められ、280
℃においては約−100ｍＶ（ＳＨＥ）となっていること
が認められる。一方、図５中に示したＴｉＯ2を付着さ
せていないインコネル６００の腐食電位は温度の上昇と
ともに低下する電位幅は小さく280℃においても＋100ｍ
Ｖ（ＳＨＥ）以上の電位を示すことが認められる。
【００３６】（実施例５）図６および図７により本発明
の実施例５を説明する。図６はＳＵＳ３０４鋼にＴｉＯ
2を付着させたものと付着無しの腐食電位の温度依存性
を比較して示したものであり、図７はインコネル６００
合金に同様の処理を行なった試験体の腐食電位温度依存
性を比較して示している。
の実施例５を説明する。図６はＳＵＳ３０４鋼にＴｉＯ
2を付着させたものと付着無しの腐食電位の温度依存性
を比較して示したものであり、図７はインコネル６００
合金に同様の処理を行なった試験体の腐食電位温度依存
性を比較して示している。
【００３７】図６および図７から明らかなように、腐食
電位の温度依存性は高温になれば電位は低下することが
確認されるが、150℃におけるそれぞれのＴｉＯ2付着に
よる電位低下量を内挿するとＳＵＳ３０４でΔ180ｍ
Ｖ、インコネル６００合金でΔ80ｍＶの電位低下が起こ
ると考えられ、この電位低下の効果は腐食低減において
有効な範囲と考えられる。
電位の温度依存性は高温になれば電位は低下することが
確認されるが、150℃におけるそれぞれのＴｉＯ2付着に
よる電位低下量を内挿するとＳＵＳ３０４でΔ180ｍ
Ｖ、インコネル６００合金でΔ80ｍＶの電位低下が起こ
ると考えられ、この電位低下の効果は腐食低減において
有効な範囲と考えられる。
【００３８】（実施例６）図８により本発明の実施例６
を説明する。図８はＴｉＯ2を付着させたステンレス鋼
の280℃高温水中における腐食電位とＴｉＯ2の付着量の
関係を示し、光照射なしの場合である。図８から明らか
なように、腐食電位はＴｉＯ2の付着量が増加するに従
い低下する傾向を示す。例えば25μｇ／ｃｍ2程度の付
着量の場合は０ｍＶ（ＳＨＥ）以上の電位であるが、付
着量を増加するに従い低下し、200μｇ／ｃｍ2の付着量
では−200ｍＶ（ＳＨＥ）以下の電位を示す。
を説明する。図８はＴｉＯ2を付着させたステンレス鋼
の280℃高温水中における腐食電位とＴｉＯ2の付着量の
関係を示し、光照射なしの場合である。図８から明らか
なように、腐食電位はＴｉＯ2の付着量が増加するに従
い低下する傾向を示す。例えば25μｇ／ｃｍ2程度の付
着量の場合は０ｍＶ（ＳＨＥ）以上の電位であるが、付
着量を増加するに従い低下し、200μｇ／ｃｍ2の付着量
では−200ｍＶ（ＳＨＥ）以下の電位を示す。
【００３９】280℃の高温水中におけるステンレス鋼の
ＩＧＳＣＣ発生の閾電位値は前述したように−230ｍＶ
（ＳＨＥ）との報告があり、例えばこの閾値を達成させ
るためには200μｇ／ｃｍ2以上のＴｉＯ2付着量があれ
ばよいことが図８から認められる。
ＩＧＳＣＣ発生の閾電位値は前述したように−230ｍＶ
（ＳＨＥ）との報告があり、例えばこの閾値を達成させ
るためには200μｇ／ｃｍ2以上のＴｉＯ2付着量があれ
ばよいことが図８から認められる。
【００４０】請求項８に係る発明において、ステンレス
鋼の場合、腐食の程度を表す指針である腐食電位が−15
0ｍＶ（ＳＨＥ）以下と定めた根拠は、閾値−230ｍＶ
（ＳＨＥ）を達成していなくても、腐食低減ということ
を考えると十分効果がみられると判断してこの値に決定
したことに基いている。
鋼の場合、腐食の程度を表す指針である腐食電位が−15
0ｍＶ（ＳＨＥ）以下と定めた根拠は、閾値−230ｍＶ
（ＳＨＥ）を達成していなくても、腐食低減ということ
を考えると十分効果がみられると判断してこの値に決定
したことに基いている。
【００４１】また、請求項９に係る発明において、ニッ
ケル基合金の場合について、同様に、閾値は−50ｍＶ
（ＳＨＥ）と報告されているが、低減効果がみられると
いう範囲で、０ｍＶ（ＳＨＥ）以下にしたことの根拠に
基いている。
ケル基合金の場合について、同様に、閾値は−50ｍＶ
（ＳＨＥ）と報告されているが、低減効果がみられると
いう範囲で、０ｍＶ（ＳＨＥ）以下にしたことの根拠に
基いている。
【００４２】さらに、請求項10に係る発明のＴｉＯ2の
付着量については、図８において最小付着量（25μｇ／
ｃｍ2)とＴｉＯ2の付着無し(腐食電位は100ｍＶとする)
の電位間で推定でき、ステンレス鋼では−150ｍＶ（Ｓ
ＨＥ）となる付着量60μｇ／ｃｍ2、ニッケル基合金で
は０ｍＶ（ＳＨＥ）となる30μｇ／ｃｍ2を内挿により
求めたことの根拠に基いている。
付着量については、図８において最小付着量（25μｇ／
ｃｍ2)とＴｉＯ2の付着無し(腐食電位は100ｍＶとする)
の電位間で推定でき、ステンレス鋼では−150ｍＶ（Ｓ
ＨＥ）となる付着量60μｇ／ｃｍ2、ニッケル基合金で
は０ｍＶ（ＳＨＥ）となる30μｇ／ｃｍ2を内挿により
求めたことの根拠に基いている。
【００４３】（実施例７）図９により本発明の実施例７
を説明する。図９は、ＴｉＯ2を付着させたステンレス
鋼の280℃高温水中での腐食電位と光照射量の関係を示
し、○印は25μｇ／ｃｍ2、■印は200μｇ／ｃｍ2の付
着量である。図９から明らかなように、光照射により腐
食電位の低下が観測され、25μｇ／ｃｍ2の付着量にお
いても光が存在する状況では、200μｇ／ｃｍ2のＴｉＯ
2を付着させ光が存在しない場合と同様の腐食電位に低
下することが認められる。
を説明する。図９は、ＴｉＯ2を付着させたステンレス
鋼の280℃高温水中での腐食電位と光照射量の関係を示
し、○印は25μｇ／ｃｍ2、■印は200μｇ／ｃｍ2の付
着量である。図９から明らかなように、光照射により腐
食電位の低下が観測され、25μｇ／ｃｍ2の付着量にお
いても光が存在する状況では、200μｇ／ｃｍ2のＴｉＯ
2を付着させ光が存在しない場合と同様の腐食電位に低
下することが認められる。
【００４４】すなわち、原子炉構造材のように、原子炉
炉心で発生するチェレンコフ光が構造材に照射している
場合は、ＴｉＯ2の付着量が少ない場合でも腐食電位を
低減させる効果が得られるということである。
炉心で発生するチェレンコフ光が構造材に照射している
場合は、ＴｉＯ2の付着量が少ない場合でも腐食電位を
低減させる効果が得られるということである。
【００４５】本実施例では、ＴｉＯ2付着量が25μｇ／
ｃｍ2、光量が５ｍＷ／ｃｍ2までの例を示したが、光量
がより高くなればＴｉＯ2の付着量が少なくとも腐食電
位は低下することは容易に推定できることである。ま
た、図９に示した光量とＴｉＯ 2の付着量の腐食電位に
及ぼす関係を用いれば、目的とする腐食電位値を達成さ
せるための条件が推定できる。
ｃｍ2、光量が５ｍＷ／ｃｍ2までの例を示したが、光量
がより高くなればＴｉＯ2の付着量が少なくとも腐食電
位は低下することは容易に推定できることである。ま
た、図９に示した光量とＴｉＯ 2の付着量の腐食電位に
及ぼす関係を用いれば、目的とする腐食電位値を達成さ
せるための条件が推定できる。
【００４６】原子炉構造材表面における光量がわかれ
ば、ＴｉＯ2の付着量をどれほどに設定すればよいかが
推定できる。また、光存在しない場合は十分なＴｉＯ2
を付着させれば、目的の腐食電位に制御できることは明
らかである。
ば、ＴｉＯ2の付着量をどれほどに設定すればよいかが
推定できる。また、光存在しない場合は十分なＴｉＯ2
を付着させれば、目的の腐食電位に制御できることは明
らかである。
【００４７】（実施例８）図10により本発明の実施例８
を説明する。図10は光照射下での、ＴｉＯ2を付着させ
たステンレス鋼の280℃高温水中における腐食電位とＴ
ｉＯ2の付着量の関係を示したものである。図10から明
らかなように、ＴｉＯ2の付着量が増加すると腐食電位
は低下しているが、その低下幅は光照射無し条件と比較
すると小さい。このことからも光照射下においては少量
のＴｉＯ2付着量で電位低下効果が現れることが認めら
れる。
を説明する。図10は光照射下での、ＴｉＯ2を付着させ
たステンレス鋼の280℃高温水中における腐食電位とＴ
ｉＯ2の付着量の関係を示したものである。図10から明
らかなように、ＴｉＯ2の付着量が増加すると腐食電位
は低下しているが、その低下幅は光照射無し条件と比較
すると小さい。このことからも光照射下においては少量
のＴｉＯ2付着量で電位低下効果が現れることが認めら
れる。
【００４８】請求項11に係る発明では、図10に示すＴｉ
Ｏ2付着量25μｇ／ｃｍ2における腐食電位と、ＴｉＯ2
の付着量無しにおける腐食電位100ｍＶ（ＳＨＥ）を用
い、ステンレス鋼の場合は−150ｍＶ（ＳＨＥ）となる
付着量20μｇ／ｃｍ2、ニッケル基合金の場合は０ｍＶ
（ＳＨＥ）となる10μｇ／ｃｍ2を内挿により求めた。
Ｏ2付着量25μｇ／ｃｍ2における腐食電位と、ＴｉＯ2
の付着量無しにおける腐食電位100ｍＶ（ＳＨＥ）を用
い、ステンレス鋼の場合は−150ｍＶ（ＳＨＥ）となる
付着量20μｇ／ｃｍ2、ニッケル基合金の場合は０ｍＶ
（ＳＨＥ）となる10μｇ／ｃｍ2を内挿により求めた。
【００４９】また、原子炉内の場合においては、放射線
やチェレンコフ光による励起により電流が発生するた
め、熱励起により電流が発生する物質の付着量はＴｉＯ
2の場合、ステンレス鋼面上には20μｇ／ｃｍ2以上、ニ
ッケル基合金面上には10μｇ／ｃｍ2以上とすることが
望ましい。
やチェレンコフ光による励起により電流が発生するた
め、熱励起により電流が発生する物質の付着量はＴｉＯ
2の場合、ステンレス鋼面上には20μｇ／ｃｍ2以上、ニ
ッケル基合金面上には10μｇ／ｃｍ2以上とすることが
望ましい。
【００５０】なお、本発明はＢＷＲ発電所だけでなく、
加圧水型原子力（ＰＷＲ）発電所や火力発電所における
高温水に晒される環境中の構造材料等にも適用すること
ができる。
加圧水型原子力（ＰＷＲ）発電所や火力発電所における
高温水に晒される環境中の構造材料等にも適用すること
ができる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、高温水中で励起電流を
生じさせて原子力または火力発電所における高温水に晒
される金属材料の腐食電位を低下させることにより、金
属材料の腐食を低減させることができる。
生じさせて原子力または火力発電所における高温水に晒
される金属材料の腐食電位を低下させることにより、金
属材料の腐食を低減させることができる。
【図１】本発明に係る金属材料の腐食低減方法の実施例
１と従来例を比較して示す棒線図。
１と従来例を比較して示す棒線図。
【図２】本発明に係る金属材料の腐食低減方法の実施例
２と従来例とのＳＵＳ３０４鋼試験片のアノード分極を
比較して示す曲線図。
２と従来例とのＳＵＳ３０４鋼試験片のアノード分極を
比較して示す曲線図。
【図３】図２と同じく、本発明と従来例のＴｉＯ2付着
の有無による腐食電位の変化を比較して示すエバンス
図。
の有無による腐食電位の変化を比較して示すエバンス
図。
【図４】本発明の実施例３を説明するための温度変化が
ＴｉＯ2付着のＳＵＳ３０４鋼の腐食電位の変化に及ぼ
す影響を比較して示すプロット図。
ＴｉＯ2付着のＳＵＳ３０４鋼の腐食電位の変化に及ぼ
す影響を比較して示すプロット図。
【図５】本発明の実施例４を説明するための温度変化が
ＴｉＯ2付着のインコネル６００合金の腐食電位の変化
に及ぼす影響を示すプロット図。
ＴｉＯ2付着のインコネル６００合金の腐食電位の変化
に及ぼす影響を示すプロット図。
【図６】本発明の実施例５を説明するためのＳＵＳ３０
４鋼腐食電位温度依存性を示す曲線図。
４鋼腐食電位温度依存性を示す曲線図。
【図７】図６と同じく、インコネル６００合金腐食電位
温度依存性を示す曲線図。
温度依存性を示す曲線図。
【図８】本発明の実施例６を説明するための、ＴｉＯ2
を付着させたステンレス鋼の280℃高温水中における光
照射なしでの腐食電位とＴｉＯ2の付着量の関係を示す
曲線図。
を付着させたステンレス鋼の280℃高温水中における光
照射なしでの腐食電位とＴｉＯ2の付着量の関係を示す
曲線図。
【図９】本発明の実施例７を説明するためのＴｉＯ2を
付着させたステンレス鋼の280℃高温水中での腐食電位
と光照射量の関係を示す曲線図。
付着させたステンレス鋼の280℃高温水中での腐食電位
と光照射量の関係を示す曲線図。
【図１０】本発明の実施例８を説明するための、ＴｉＯ
2を付着させたステンレス鋼の280℃高温水中における光
照射下での腐食電位とＴｉＯ2の付着量の関係を示す曲
線図。
2を付着させたステンレス鋼の280℃高温水中における光
照射下での腐食電位とＴｉＯ2の付着量の関係を示す曲
線図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ２１Ｃ 3/30 Ｖ
(72)発明者 岡村 雅人
神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株
式会社東芝浜川崎工場内
(72)発明者 逸見 幸雄
神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株
式会社東芝浜川崎工場内
(72)発明者 市川 長佳
神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株
式会社東芝浜川崎工場内
(72)発明者 大里 哲夫
神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株
式会社東芝浜川崎工場内
(72)発明者 山本 誠二
神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株
式会社東芝浜川崎工場内
(72)発明者 村上 一男
神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株
式会社東芝浜川崎工場内
(72)発明者 山崎 健治
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株
式会社東芝横浜事業所内
(72)発明者 高木 純一
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株
式会社東芝横浜事業所内
(72)発明者 四柳 端
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株
式会社東芝横浜事業所内
(72)発明者 鈴木 俊一
神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号
東京電力株式会社電力技術研究所内
(72)発明者 高守 謙郎
神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号
東京電力株式会社電力技術研究所内
(72)発明者 三本木 満
福島県双葉郡楢葉町大字波倉字小浜作12番
地 東京電力株式会社福島第二原子力発電
所内
(72)発明者 深谷 祐一
東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島
播磨重工業株式会社基盤技術研究所内
(72)発明者 平野 隆
神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石
川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリ
ングセンター内
Ｆターム(参考） 4K062 AA01 BA14 CA02 DA01 FA06
GA01
Claims (11)
- 【請求項１】 原子力または火力発電所における高温水
に晒される金属材料面に熱励起により電流が発生する物
質を塗布または付着させることを特徴とする金属材料の
腐食低減方法。 - 【請求項２】 前記金属材料は150℃以上の高温水に晒
される金属であることを特徴とする請求項１記載の金属
材料の腐食低減方法。 - 【請求項３】 前記金属材料は鉄鋼、非鉄鋼材、非鉄金
属または溶接金属から選択された少なくとも１種の金属
であることを特徴とする請求項１記載の金属材料の腐食
低減方法。 - 【請求項４】 前記電流はアノード電流であることを特
徴とする請求項１記載の金属材料の腐食低減方法。 - 【請求項５】 前記熱励起により電流が発生する物質は
半導体であることを特徴とする請求項１記載の金属材料
の腐食低減方法。 - 【請求項６】 前記半導体はｎ型半導体であることを特
徴とする請求項５記載の金属材料の腐食低減方法。 - 【請求項７】 前記ｎ型半導体はＴｉＯ2、ＰｂＯ、Ｂ
ａＴｉＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＷＯ3、ＳｒＴｉＯ3、
Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＭｎＴｉＯ3、Ｓ
ｎＯ2、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｉｎ2Ｏ3から選択された少
なくとも１種の化合物であることを特徴とする請求項６
記載の金属材料の腐食低減方法。 - 【請求項８】 前記金属材料がステンレス鋼の場合に、
腐食電位が−150ｍＶ（ＳＨＥ）以下になることを特徴
とする請求項１記載の金属材料の腐食低減方法。 - 【請求項９】 前記金属材料がニッケル基合金の場合、
腐食電位が０ｍＶ（ＳＨＥ）以下になることを特徴とす
る請求項１記載の金属材料の腐食低減方法。 - 【請求項１０】 前記ｎ型半導体がＴｉＯ2の場合、前
記ＴｉＯ2の付着または塗布させる付着量はステンレス
鋼面には60μｇ／ｃｍ2以上、また、ニッケル基合金面
には30μｇ／ｃｍ2以上とすることを特徴とする請求項
７記載の金属材料の腐食低減方法。 - 【請求項１１】 前記熱励起により電流が発生する物質
を金属材料に塗布または付着する付着量は、前記物質が
ＴｉＯ2の場合、前記金属材料がステンレス鋼の場合、
その金属面には20μｇ／ｃｍ2以上、前記金属材料がニ
ッケル基合金の場合、その合金面には10μｇ／ｃｍ2以
上とすることを特徴とする請求項１記載の金属材料の腐
食低減方法。
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