JPH06194303A - すき間腐食の評価装置 - Google Patents

すき間腐食の評価装置

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JPH06194303A
JPH06194303A JP4343903A JP34390392A JPH06194303A JP H06194303 A JPH06194303 A JP H06194303A JP 4343903 A JP4343903 A JP 4343903A JP 34390392 A JP34390392 A JP 34390392A JP H06194303 A JPH06194303 A JP H06194303A
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JP
Japan
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stainless steel
zirconium alloy
tubular member
crevice corrosion
zirconium
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Application number
JP4343903A
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English (en)
Inventor
Nobuyoshi Hosaka
信義 保坂
Yuichi Ishikawa
雄一 石川
Shinji Sakata
信二 坂田
Hiroshi Kimoto
寛 木本
Kenichi Suzuki
賢一 鈴木
Hidenori Doge
秀紀 道下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】ステンレス鋼7及び8と接触しているジルコニ
ウム合金9を固定ボルト10により上下方向に所定のひ
ずみ量をひずみゲージ11により計測しながら塑性加工
的に接合させる。また、ジルコニウム合金管12に内径
側からステンレス鋼管13をジルコニウム合金管12の
外径表面の周方向に引張り応力を生じさせながら押し拡
げるようにして接触させてジルコニウム合金管12の外
径表面にステンレス鋼管14を接触させることもでき
る。 【効果】ジルコニウム合金とステンレス鋼との異種金属
接続部のすき間が200℃から300℃の高温水に曝露
される場合、この異種金属接続部においてステンレス鋼
がすき間腐食とジルコニウム合金の水素吸収を監視評価
することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新型転換炉(ATR)の
炉心部に相当するジルコニウム圧力管のロールドジョイ
ント部(拡管接続部分)のすき間腐食予防保全やBWR
核燃料被覆管のすき間腐食評価装置に関する。
【0002】
【従来の技術】特開昭64−71582 号公報に開示されてい
るように、ステンレス鋼管とジルコニウム及びジルコニ
ウム合金管の異種管継手を硝酸などの高腐食性環境下で
使用する場合に異種管継手部分の耐食性を向上させるた
めにステンレス鋼−ジルコニウムとの間にタンタルを介
在させて接合した管継手及びその製造法が提供されてい
る。
【0003】しかし、本発明の金属材料の構成では腐食
電位列はタンタル,ジルコニウム,ステンレス鋼とな
り、電気化学的にステンレス鋼が最も卑電位であるため
にステンレス鋼が犠牲陽極となり腐食されることが危惧
され、また、ステンレス鋼が腐食されることにより発生
する水素がタンタル,ジルコニウムに吸収されてタンタ
ル,ジルコニウムが脆化すると考えられる。このことに
より、上記従来技術ではジルコニウム合金とステンレス
鋼との異種金属接合部のすき間が200℃から300℃
の高温水に曝露される場合、この異種金属接合部におい
てステンレス鋼がすき間腐食により損傷されないための
工夫及び発生する水素がジルコニウムに吸収されない工
夫が開示されていない。さらに、このようなステンレス
鋼−ジルコニウム接合用管継手部分の腐食とそれにもと
づく水素吸収の過程を検知する手法が明らかでない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に示され
るようにジルコニウム合金とステンレス鋼との異種金属
がすき間を構成する接合部において、その部分が高温水
環境でステンレス鋼及びジルコニウム合金がすき間腐食
により損傷されているか否か、また、ジルコニウム合金
の水素吸収状態を経時的に検知する技術的方法である。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ジルコニウムもしくはジルコニウム合
金からなる第一管状部材の素材をステンレス鋼からなる
第二管状部材の素材により第一管状部材の素材の表面に
種々の残留応力とするべく所定の引張り応力を生じるよ
うに曲げ変形を付与してこれを挟み第一管状部材の素材
と第二管状部材の素材の界面を残して全体を絶縁シール
したセンサを冷却水流路もしくはそれと並列している流
路に設置してこれを定期的に取り出して第一管状部材の
素材を第二管状部材の素材から分離してその曲げ断面を
顕微鏡観察して水素化物分布量から水素濃度を決定し第
二管状部材の素材については接触表面の顕微鏡観察によ
りすき間腐食による損傷の有無を確認することにより種
々残留応力分布をしているジルコニウム合金管−ステン
レス鋼管管継手のすき間腐食を監視評価することを特徴
とする。
【0006】
【作用】ジルコニウムあるいはジルコニウム合金は酸素
との親和力が大きく常温大気中では緻密な酸化皮膜に被
われており水による腐食作用は著しく少ない。一方、ス
テンレス鋼も耐食性は優れているがすき間を構成すると
すき間内の酸素消費速度に対して外部からの酸素の供給
速度が遅れるためにすき間内と隣接する自由表面との間
に酸素濃淡電池作用を起こしてすき間腐食を生じる。こ
のジルコニウムあるいはジルコニウム合金とステンレス
鋼とが金属接触しているすき間に水溶液が浸入するとス
テンレス鋼は電気化学的に酸素濃淡電池作用によりすき
間腐食を起こして損傷を生じることがあり、さらに、す
き間腐食により発生した水素がジルコニウム合金に吸収
されることがある。上記目的を達成するために本発明に
おける基本的な説明を以下に述べる。金属の変形能を支
配する縦弾性係数や横弾性係数などの剛性の異なる前記
両金属を上下方向から塑性加工的に接合させる例を図1
に示す。同図に示す点線のようにステンレス鋼1及びス
テンレス鋼2と接触しているジルコニウム合金3を固定
ボルト4により上下方向に塑性加工的に接合させた場合
にはその変形挙動は実線のような2次元モデルで表わさ
れる。同図はジルコニウム合金3よりも剛性の大きいス
テンレス鋼1と2でジルコニウム合金3に塑性加工的に
接触させるとステンレス鋼よりも剛性の小さいジルコニ
ウム合金3は図示のようにy軸方向に凹みながらx軸方
向に伸びて僅かに反り返り実線のように変形する。ま
た、剛性の大きいステンレス鋼1,2は剛性の小さいジ
ルコニウム合金2よりもy軸方向への反り返りが大きく
なる。このため、両金属材料を塑性加工的に接触させる
と接合面端部にはすき間δを生じる。ここで、ジルコニ
ウム合金3に負荷する引張り応力は表面に貼り付けたひ
ずみゲージ5により計測される。また、ひずみゲージ端
子6はステンレス鋼2に設けられた小穴から引き出され
る。荷重負荷地点である接触端から外部への距離xにお
けるすき間δは計測出来ないためにボルト固定による締
め付け面圧をもとに有限要素法により算出した。すき間
腐食によるステンレス鋼の腐食ピットは特定の距離x1
からx2に集中する傾向にある。この点、すき間腐食は
すき間δが小さ過ぎても、あるいは大き過ぎても起こら
ないことを示唆している。したがって、すき間δはすき
間腐食を発生させる環境を作り出すと云える。いま、説
明の都合上、すき間腐食におけるステンレス鋼のアノー
ド反応のうちステンレス鋼の主要な組成である鉄とクロ
ムについて次式に示す。同式からアノード反応により鉄
とクロムが酸化されると同時に水素が生成される。
【0007】アノード反応: Fe+2H2O=Fe(OH)2+2H +2e~ 2Cr+6H2O=2Cr(OH)3+6H +6e~ これらの水素の一部はカソード反応の過程においてジル
コニウム合金に拡散吸収されると考えられる。また、す
き間内に一部残存している溶存酸素の還元作用も次式の
ように行われる。
【0008】カソード反応: 2H +2e~ → H2 2H2O+O2+4e~ → OH~ このようにしてすき間腐食が継続される。ステンレス鋼
のすき間腐食の形態は殆んどがピッティング状であるか
らすき間腐食の評価は腐食ピットの分布状態及び深さな
どの測定による。すき間腐食の状態が著しければ腐食ピ
ットも多くなり、腐食ピットの深さも大きくなる。これ
らは比較的低倍率の顕微鏡観察でも明確に測定すること
が出来る。一方、ジルコニウム合金のすき間腐食の評価
には水素吸収量と水素化物の分布状態の測定による。ジ
ルコニウム合金の水素吸収量は温度が高くなると増加す
るが常温では殆んど吸収されずに水素化物を形成する。
これら水素化物は残留ひずみの大きな部分に集中しやす
く、また、引張り応力の方向に対して垂直な方向に配向
する傾向を示すのでその配向状態を顕微鏡で観察して配
向している量を差分法により定量評価して残留応力と保
持時間との関係を求めて配向している量の増加傾向を評
価する。また、水素吸収量についてはジルコニウム合金
試料を1×108 以上の真空中で1300℃から135
0℃に加熱保持すると水素ガスとして熱拡散抽出するこ
とが出来る。この時の真空度とさらに水素ガスを加熱し
た酸化銅に接触させて水素ガスを固定した後の真空度と
の差から水素吸収量を評価出来る。水素量の定量方法と
してのいま一つの方法として、ジルコニウムもしくはジ
ルコニウム合金からなる第一管状部材の素材の表面をア
ノード極として高電界を印加してこれを真空加熱すると
含有水素がプロトンとしてカソード極表面で還元される
この時の還元電流から含有水素濃度を決定することを特
徴とした水素測定方法である。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例として2種類の塑性加工的
方法により接合したすき間腐食試験片を図2に示す。こ
れら異種継手試験片は基本的にはニオブを2.6% を含
有しているジルコニウム合金とニッケル3.5% を含有
している13%クロム−ステンレス鋼から加工した。同
図(a)は両金属を上下方向から塑性加工的に接合させ
る例を示す。同図に示すようにステンレス鋼7及び8と
接触しているジルコニウム合金9を固定ボルト10によ
り上下方向に所定のひずみ量をひずみゲージ11により
計測しながら塑性加工的に接合させた場合である。同図
(b)はジルコニウム合金管12に内径側からステンレ
ス鋼管13をジルコニウム合金管12の外径表面の周方
向に引張り応力を生じさせながら押し拡げるようにして
接触させてジルコニウム合金管12の外径表面にステン
レス鋼管14を接触させたものである。これらの試験片
ですき間腐食が起こる部分は(a),(b)ともにジルコ
ニウム合金とステンレス鋼との接触部であるが水素吸収
が著しいのは引張り応力を生じている表面であると考え
られる。これらの試験片のすき間腐食を調べるためにす
き間以外の表面は高温水中でも安定なテフロンにより絶
縁被覆した。これら2種類のすき間腐食試験片を288
℃の高温純水が循環するオートクレーブ中に約一万五千
時間まで保持して五千時間度毎にこれら2種類の試験片
を取り出してステンレス鋼とジルコニウム合金について
すき間腐食の評価を行った。その結果、ステンレス鋼は
浸漬初期の五千時間に腐食ピットを生じるがその後には
不動態化することがわかった。また、ジルコニウム合金
の水素吸収量は浸漬初期の五千時間に若干増加するもの
の以降は殆んど増加しないことが分かった。また、ジル
コニウム合金表面の引張り応力が大きくなると水素吸収
量も増加する傾向が認められた。これらの現象は一般に
行われている腐食試験ではわからない知見である。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、ジルコニウム合金とス
テンレス鋼との異種金属接続部のすき間が200℃から
300℃の高温水に曝露される場合、この異種金属接続
部においてステンレス鋼がすき間腐食とジルコニウム合
金の水素吸収を監視評価することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】すき間腐食試験片の変形挙動の説明図。
【図2】すき間腐食試験片の形状の説明図。
【符号の説明】
7…ステンレス鋼、8…ステンレス鋼、9…ジルコニウ
ム合金、10…固定ボルト、11…ひずみゲージ、12
…ジルコニウム合金管、13…ステンレス鋼管、14…
ステンレス鋼管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // G01N 3/00 Z 9116−2J (72)発明者 木本 寛 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 鈴木 賢一 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 道下 秀紀 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジルコニウムもしくはジルコニウム合金か
    らなる第一管状部材の素材をステンレス鋼からなる第二
    管状部材の素材により前記第一管状部材の素材の表面に
    引張り応力を生じるように曲げ変形を付与してこれを挟
    み前記第一管状部材の素材と前記第二管状部材の素材の
    界面を残して全体を絶縁シールしたセンサを冷却水流路
    もしくはそれと並列している流路に設置してこれを定期
    的に取り出して前記第一管状部材の素材を前記第二管状
    部材の素材から分離してその曲げ断面を顕微鏡観察して
    水素化物分布量から水素濃度を決定し前記第二管状部材
    の素材については接触表面の顕微鏡観察によりすき間腐
    食により損傷の有無を確認することにより種々残留応力
    分布をなしているジルコニウム合金管−ステンレス鋼管
    管継手のすき間腐食を監視評価することを特徴とするす
    き間腐食の評価装置。
JP4343903A 1992-12-24 1992-12-24 すき間腐食の評価装置 Pending JPH06194303A (ja)

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