高温・高塩化物濃度・強アルカリ環境下における構造材への影響評価 Effect assessment of structural material in a hot, high chloride ion concentration, and strong alkaline environment. 中部電力 川井 貴弘 Takahiro KAWAI Member 中部電力 安田 光博 Mitsuhiro YASUDA Member 中部電力 松田 真一 Shinichi MATSUDA 中部電力 石原 康平 Kouhei ISHIHARA 電力中央研究所 新井 拓 Taku ARAI 電力中央研究所 谷 純一 Junichi TANI The water of Suppression pool at severe accident has become a hot, high chloride ion concentration and strong alkaline because of exhaust of the reactor heat, the melted cable, and pH controller. The equipment using the water has wetted part made stainless, therefore there is a possibility that SCC because of chloride ion occurs this wetted part. However, alkaline environment may reduce a possibility the SCC although poor knowledge. As such we examined the effect of structural material in a hot, high chloride ion concentration, and strong alkaline environment. In paper, we introduce about the result of the examination. Keywords: Nuclear power, Stainless, SCC, High chloride ion concentration, Strong alkaline 1 はじめに 沸騰水型軽水炉の重大事故時において、原子炉格納容器内のサプレッ／ョンプール水は、原子炉の崩壊熱が排熱されることにより高温となる上、ケーブルに使用される塩素含有樹脂の熱分解によって、高塩化物イオン濃度の状態(150mg/L 程度)となる。これを水源とする設備には、接液部に SUS 材を使用している箇所があり、塩化物が関与する SCC が発生する可能性が否定できない[1]。 一方、重大事故時においてサプレッ／ョンプール水は、pH 制御装置によって水酸化ナトリウムを注入され、強アルカリ環境(pH12 程度)となる。アルカリ環境下における SCC 発生限界については知見が しいものの、SCC 発生が される可能性がある [2]。 このため、重大事故時のサプレッ／ョンプールの水質を模擬した条件における SCC 発生限界を確認する前段として、高温(178℃)かつ想定よりも高濃度の塩化物イオン濃度(500mg/L)条件で、強アルカリ環境下(pH12)における SCC 発生の有無を確認する試験を行った。 連絡先:石原康平、〒461-8680 愛知県名古屋市東区東新町1番地、原子力部設備設計グループ、 E-mail: Ishihara.Kouhei@chuden.co.jp 2 試験方法 試験片 塩化物が関与する SCC では、孔食やすき間腐食 などの局部腐食が亀裂の発生起点となるため、SCC 発生の有無を確認するための試験片に加え、局部腐食の発生の有無を確認するための試験片も用いた。孔食の発生の有無を確認するために平板試験片(図1)を、すき間腐食の発生の有無を確認するためにすき間腐食試験片(図2)を、SCC 発生の有無を調べるためにU ベンド試験片(図3) とダブル U ベンド試験片(図4)を用いた。ダブルU ベンド試験片では、図4の内側の部分の曲げ外周部を評価部位とする。ダブル U ベンド試験片はすき間内部が評価 となるため、U ベンド試験片よりも一 には しい環境条件となる。試験片の種類および用途を表1にまとめる。 なお、それぞれの試験片の評価 面は湿式 600 番研磨で仕上げ、試験前には有機溶媒で脱脂した。供試材には実機に採用されている SUS304L および SUS316L の冷間圧延材を用いた。供試材の化学分析値を表2に示す。試験片各形状について、SUS304L 材、SUS316L 材をそれぞれ5 個製作した。 試験片の図2 試験片の 図3 U ベンド試験片の 図4 ダブルU ベンド試験片の表1 試験材種類および用途 表2 供試材の組成 試験片種類 用途 平板試験片 孔食の発生有無の調査 すき間腐食試験片 すき間腐食の発生有無の調査 U ベンド試験片 SCC の発生有無の調査 ダブル U ベンド 試験片 SCC の発生有無の調査(U ベンド 試験片より しい条件) 鋼種 重量比(wt.%) C Si Mn P SUS304L JIS G4305 0.015 0.47 1.34 0.0031 SUS316L JIS G4305 0.015 0.62 0.91 0.0034 重量比(wt.%) S Ni Cr Mo Fe 0.003 9.12 18.96 - Bal. 0.002 12.16 17.29 2.07 Bal. 試験装置 図5に試験に用いた高温高圧水循環設備の模 式 構成を示す。系統の流量は 0.5 L/min である。接液部の温度が高温になる熱交換器から冷却器の範囲はチタン製の機器や配管で構成されており、塩化物による腐食に耐える構造となってお り、溶出に伴う試験溶液への影響も少ない。試験片は図 に示すように試験 板に り けた架台に設置し、試験 内に収納した。 図5 高温高圧水循環設備の模式図 図6 高温高圧水循環設備の試験片取付け様子 試験条件 試験水は装置のイオン交換樹脂で脱塩した後に、 イオン交換樹脂をバイパス側に切り替えて、塩化ナトリウムを用いて塩化物イオン濃度を500 mg/L に、水酸化ナトリウムを用いて pH を 12 に調整した。また、水質調整タンクにおいて試験水に純空気ガスを吹き込むことで溶存酸素濃度を約8 mg/L に調整した。系統圧力を約 8MPa に昇圧し、178℃ まで昇温し、約 168h 保持した。試験条件を表3にまとめる。 表4 孔 、 の評価結果 3 試験結果 項目 値 水温 178℃ pH 12 塩化物イオン濃度 500mg/L 溶存酸素濃度 8mg/L(空気飽 ) 試験時間 7 間(168 時間) 表3 試験条件 3.2 SCC の評価 試験後のU ベンド試験片およびダブルU ベンド 試験片の外観を図9と図10に示す。ナットと試験片のすき間部など、評価 部以外で腐食や割れの発生は無いことを確認した。 図11にU ベンド試験片の曲げ部外側表面のイクロスコープ画像を、図12にダブル U ベンド試験片の評価 の曲げ部外側表面の イクロスコープ画像を示す。特にダブル U ベンド試験片ではすき間内の水質の不均一に起因したと推定され 3.1 孔 および の評価 試験後の平板試験片の外観写真の一例を図7に 示す。裏表全面を拡大して観察した結果、いずれの鋼種、試験片にも孔食は発生していなかった。また、すき間腐食試験片のすき間面側の外観写真の一例を図8に示す。すき間面を拡大して観察した結果、いずれの鋼種、試験片にもすき間腐食は発生していなかった。評価結果を表4にまとめる。なお、U ベンド試験片およびダブル U ベンド試 験片についても孔食、すき間腐食は外観上確認されなかった。 る色のむらが認められたが、U ベンド試験片を含むいずれの試験片についても肉眼で判別できるような腐食や亀裂は認められなかった。評価結果を表5にまとめる。 SUS304LSUS316L 図9 試験後のU ベンド試験片外観写真 SUS304LSUS316L 図7 試験後の 試験片外観写真 SUS304LSUS316L 図8 試験後の 試験片外観写真 SUS304LSUS316L 図10 試験後のダブルU ベンド試験片外観写真 SUS304LSUS316L 図11 試験後の U ベンド試験片曲げ部のマイクロスコープ画像 SUS304LSUS316L 図12 試験後のダブル U ベンド試験片曲げ部のマイクロスコープ画像 表5 SCC の評価結果 4 考察 一 に高塩化物イオン濃度の環境では、SCC の発生に先立ち、孔食やすき間腐食の発生が知られている。本試験の条件とは異なるが、大気中において塩化物によってスーンレス鋼に生じたSCC 亀裂の例を図13に示す。今回、実構造物ではあり得ないほどの強加工(曲げ)を与えた U ベンド試験片、および U ベンド試験片にさらに しいすき間環境を与えたダブルU ベンド試験片のいずれにおいても上述のような亀裂の発生は確認されなかった。また、試験の繰り返し数は 5 としており、SCC の発生試験としては十分な試験数を確保している。以上より、今回の高い pH における試験ではすき間腐食も確認されていないことから、SCC が生じるような腐食環境になっていないと推測される。 図13 典型的なSEE 亀裂 5 まとめ 溶存酸素濃度を 8 mg/L で一定に保持した条件で、178℃、塩化物イオン濃度 500 mg/L、pH12 の環境中に SUS304L および SUS316L の 2 種類のSUS のU ベンドおよびダブル U ベンド試験片を168 h 浸漬したところ、SCC は発生しなかった。 参考文献 [1] 松島巖. 材料と環境. 2002. 51. 463. [2] J. E. Truman, Corrosion Science, 17, 737 (1977).

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