JPH03113397A - 金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法 - Google Patents
金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法Info
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- JPH03113397A JPH03113397A JP1253277A JP25327789A JPH03113397A JP H03113397 A JPH03113397 A JP H03113397A JP 1253277 A JP1253277 A JP 1253277A JP 25327789 A JP25327789 A JP 25327789A JP H03113397 A JPH03113397 A JP H03113397A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
Landscapes
- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止
方法に係り、特に、原子力プラントの金属部材の応力腐
食割れおよび水素割れの防止方法に関するものである。
方法に係り、特に、原子力プラントの金属部材の応力腐
食割れおよび水素割れの防止方法に関するものである。
応力腐食割れ（ＳＣＣ）と水素割れ（水素脆化）は、腐
食環境中での応力と電気化学的腐食との相互作用によっ
て、ある時間経過した後に金属材料で起こる破壊である
。破壊が、主としてアノード反応による溶解に基づく場
合を応力腐食割れといい、主としてカソード反応による
腐食で発生した水素に基づく場合を水素割れという。
食環境中での応力と電気化学的腐食との相互作用によっ
て、ある時間経過した後に金属材料で起こる破壊である
。破壊が、主としてアノード反応による溶解に基づく場
合を応力腐食割れといい、主としてカソード反応による
腐食で発生した水素に基づく場合を水素割れという。
腐食環境中に置かれている金属部材の応力腐食割れと水
素割れとを防止することは、原子力プラント等のプラン
トの安全を確保する上で、重要なことである。
素割れとを防止することは、原子力プラント等のプラン
トの安全を確保する上で、重要なことである。
従来、応力腐食割れを防ぐ方法としては、次のようなも
のがあった。原子力プラントの炉内構造材の応力腐食割
れ防止方法としては、特開昭５７−７０４９９号公報、
特開昭５７−３０８６号公報に示されるように、金属材
料中の電位を車側に分極するカソード防食法が知られて
いる。また、金属材料をとりまく環境を還元性雰囲気に
する方法もある。
のがあった。原子力プラントの炉内構造材の応力腐食割
れ防止方法としては、特開昭５７−７０４９９号公報、
特開昭５７−３０８６号公報に示されるように、金属材
料中の電位を車側に分極するカソード防食法が知られて
いる。また、金属材料をとりまく環境を還元性雰囲気に
する方法もある。
前者は、金属材料の電位をカソード分極することにより
、腐食電位を車側に保持するようにしたものである。
、腐食電位を車側に保持するようにしたものである。
後者は、水素を添加して溶存酸素濃度を完全脱気に相当
する１０Ｐｐｂ以下に低減することにより、腐食電位を
車側に保持するようにしたものである。
する１０Ｐｐｂ以下に低減することにより、腐食電位を
車側に保持するようにしたものである。
一方、水素割れの防止方法には、高張力鋼等を用いた化
学プラントにおける水素割れ防止対策が知られている。
学プラントにおける水素割れ防止対策が知られている。
すなわち、薬剤等をインヒビダとして添加すれば、水素
割れ抑制効果が予想される。
割れ抑制効果が予想される。
上記従来技術は、水素注入により溶存酸素濃度を１０ｐ
Ｐｔ）〜５０ｐｐｂに抑制でき、確かに応力腐食割れの
抑制には有効であるが、逆に、水素割れの感受性が著し
く高められる点に対する配慮がなかった。
Ｐｔ）〜５０ｐｐｂに抑制でき、確かに応力腐食割れの
抑制には有効であるが、逆に、水素割れの感受性が著し
く高められる点に対する配慮がなかった。
一方の水素割れ防止にインヒビダを用いる技術は、原子
力プラントでは、インヒビダとしての薬剤が放射線によ
り分解してしまうことから、利用できない。
力プラントでは、インヒビダとしての薬剤が放射線によ
り分解してしまうことから、利用できない。
本発明の目的は、腐食環境下に置かれる金属部材の応力
腐食割れと水素割れとを同時に防ぐことが可能な方法を
提供することである。
腐食割れと水素割れとを同時に防ぐことが可能な方法を
提供することである。
上記目的は、炉水の溶存酸素濃度を特定濃度に維持する
ことにより、炉内構造材や配管材等の接水金属表面の電
位を水素発生電位よりも食倒に保持し、しかも金属表面
に安定な不働態皮膜を形成することにより達成される。
ことにより、炉内構造材や配管材等の接水金属表面の電
位を水素発生電位よりも食倒に保持し、しかも金属表面
に安定な不働態皮膜を形成することにより達成される。
すなわち１本発明は、上記目的を達成するために、過酸
化水素、酸素、水素等のラジカルを主成分とし金属部材
の表面と接する水中に水素または脱気剤を注入し水中の
溶存酸素濃度を制御する金属部材の応力腐食割れおよび
水素割れ防止方法において、金属部材の腐食電位を測定
し、当該腐食電位が金属部材の応力腐食割れ発生電位よ
りも卑な電位かつ金属部材の水素割れ発生電位よりも貴
な電位となるように、水素または脱気剤を注入し溶存酸
素濃度を制御する方法を提案するものである。
化水素、酸素、水素等のラジカルを主成分とし金属部材
の表面と接する水中に水素または脱気剤を注入し水中の
溶存酸素濃度を制御する金属部材の応力腐食割れおよび
水素割れ防止方法において、金属部材の腐食電位を測定
し、当該腐食電位が金属部材の応力腐食割れ発生電位よ
りも卑な電位かつ金属部材の水素割れ発生電位よりも貴
な電位となるように、水素または脱気剤を注入し溶存酸
素濃度を制御する方法を提案するものである。
換言すれば、水中に水素または脱気剤を注入し、腐食電
位を−２４０ｍ ＶＳＨＥ〜５０ ｍ ＶＳＨＥに保持
する金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法で
ある。
位を−２４０ｍ ＶＳＨＥ〜５０ ｍ ＶＳＨＥに保持
する金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法で
ある。
前記金属部材がＳＵＳ３０４ステンレス鋼。
ＳＵＳ３１６ステンレスＩ！、インコネル６００である
ときは、それらの金属部材に接する水中に水素または脱
気剤を注入し、溶存酸素濃度を５１ｐｐｂ〜１００ｐｐ
ｂの範囲に保持することになる。脱気剤としては、ヒド
ラジンやモルホリン等がある。
ときは、それらの金属部材に接する水中に水素または脱
気剤を注入し、溶存酸素濃度を５１ｐｐｂ〜１００ｐｐ
ｂの範囲に保持することになる。脱気剤としては、ヒド
ラジンやモルホリン等がある。
ステンレス鋼、低合金鋼、Ｎｉ基合金等の鉄鋼材料は、
水素を吸収すると、水素割れを起こすことが知られてい
る。すなわち、母材中の水素濃度が増加するほど、水素
割れ感受性が高まる。このような水素の発生機構には、
以下のものが考えられる。
水素を吸収すると、水素割れを起こすことが知られてい
る。すなわち、母材中の水素濃度が増加するほど、水素
割れ感受性が高まる。このような水素の発生機構には、
以下のものが考えられる。
（１）腐食反応に伴って発生する水素
（２）水の放射線分解により発生する水素このような発
生期の水素は、金属中に取り込まれると、粒界、空孔、
析出物、転移等の欠陥を持つ応力場にトラップされる。
生期の水素は、金属中に取り込まれると、粒界、空孔、
析出物、転移等の欠陥を持つ応力場にトラップされる。
トラップされた水素は、水素化物を生成して安定化する
こともある。
こともある。
このようにトラップされた水素が割れの原因となる。
ところで、金属表面を被っている不働態皮膜には水素の
侵入を抑制する作用がある。このような水素の侵入を抑
制する機構としては１次の２つが考えられる。
侵入を抑制する作用がある。このような水素の侵入を抑
制する機構としては１次の２つが考えられる。
（ａ）酸化皮膜中の水素原子の拡散速度の低下（ｂ）無
害な水素分子の生成 （Ｈ＋Ｈ−＋Ｈ２↑、２Ｈ”＋２ｇ−＋Ｈ２↑）金属が
活性域の電位に分極されている状態では、原子状の水素
が発生し、この水素は金属中に容易に侵入する。金属の
電位がカソード側に分極されるほど、水素の発生量は増
加する。これは、水素の還元によるものである。
害な水素分子の生成 （Ｈ＋Ｈ−＋Ｈ２↑、２Ｈ”＋２ｇ−＋Ｈ２↑）金属が
活性域の電位に分極されている状態では、原子状の水素
が発生し、この水素は金属中に容易に侵入する。金属の
電位がカソード側に分極されるほど、水素の発生量は増
加する。これは、水素の還元によるものである。
これに対しで、金属がアノード側に分極されている状態
では、水素が発生せず、安定な皮膜が形成される。液体
から母材中に侵入しようとする水素イオンは、無害な水
素分子に酸化される。また、酸化皮膜には、水素を反発
する作用がある。
では、水素が発生せず、安定な皮膜が形成される。液体
から母材中に侵入しようとする水素イオンは、無害な水
素分子に酸化される。また、酸化皮膜には、水素を反発
する作用がある。
上記不働態域では、金属表面に不働態皮膜が形成されて
おり、この不働態域の低電位側では、応力腐食割れを防
止できる。また、不働態域では、水素は若干発生しても
水素割れには至らない。
おり、この不働態域の低電位側では、応力腐食割れを防
止できる。また、不働態域では、水素は若干発生しても
水素割れには至らない。
したがって、このような不働態域に金属部材の界面電位
を保持することにより、応力腐食割れを防止しつつ水素
割れを防ぐことができる。
を保持することにより、応力腐食割れを防止しつつ水素
割れを防ぐことができる。
水素割れ対策としての溶存酸素濃度の制御は、対象プラ
ントにおける腐食電位測定結果をフィードバックしなが
ら行うことが望ましい。制御すべき溶存酸素濃度は、材
料が変わっても、はとんど変化しない。すなわち、ＳＵ
Ｓ３０４，ＳＵＳ３１６、インコネル６００のいずれの
場合も、水素注入により制御すべき腐食電位は、−２４
０ｍＶＳＨＥ〜５０ ｍ ＶＳＨＥの範囲にある。これ
を溶存酸素濃度で表せば、５１ｐｐｂ〜１００ｐｐｂの
範囲となる。
ントにおける腐食電位測定結果をフィードバックしなが
ら行うことが望ましい。制御すべき溶存酸素濃度は、材
料が変わっても、はとんど変化しない。すなわち、ＳＵ
Ｓ３０４，ＳＵＳ３１６、インコネル６００のいずれの
場合も、水素注入により制御すべき腐食電位は、−２４
０ｍＶＳＨＥ〜５０ ｍ ＶＳＨＥの範囲にある。これ
を溶存酸素濃度で表せば、５１ｐｐｂ〜１００ｐｐｂの
範囲となる。
次に１図面を参照して、本発明の詳細な説明する。
〈実施例１〉
第１図は、鋭敏化処理したＳＵＳ３０４゜ＳＵＳ３１６
．インコネル６００を溶存酸素濃度０．０ｉｐｐｍ〜４
０ｐｐｍかつ過酸化水素濃度０．４ｐｐｍに調整した２
８８℃の水溶液中に浸漬した場合の割れ破面率と溶存酸
素濃度との関係を示す図である。
．インコネル６００を溶存酸素濃度０．０ｉｐｐｍ〜４
０ｐｐｍかつ過酸化水素濃度０．４ｐｐｍに調整した２
８８℃の水溶液中に浸漬した場合の割れ破面率と溶存酸
素濃度との関係を示す図である。
ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６．インコネル６００のいず
れの場合も、溶存酸素濃度５０ＰＰｂ以下または１００
ｐｐｂを越えた濃度では、それぞれ粒界型の割れおよび
貫粒形の割れが見られたが、５１〜１ｏｏｐＰｂの範囲
では、割れが認められなかった。
れの場合も、溶存酸素濃度５０ＰＰｂ以下または１００
ｐｐｂを越えた濃度では、それぞれ粒界型の割れおよび
貫粒形の割れが見られたが、５１〜１ｏｏｐＰｂの範囲
では、割れが認められなかった。
〈実施例２〉
第２図は、実施例１と同じ環境条件での腐食電位と溶存
酸素濃度との関係を示す図である。
酸素濃度との関係を示す図である。
ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６．インコネル６００のいず
れの場合も、溶存酸素濃度が増加するにつれて、腐食電
位は、８字を描くように単調に増加する傾向が見られる
。また、ＳＵＳ３０４．ＳＵＳ３１６． インコネ／Ｌ
／６００（７１）腐食電位は、はぼ同じ値を示している
。
れの場合も、溶存酸素濃度が増加するにつれて、腐食電
位は、８字を描くように単調に増加する傾向が見られる
。また、ＳＵＳ３０４．ＳＵＳ３１６． インコネ／Ｌ
／６００（７１）腐食電位は、はぼ同じ値を示している
。
したがって、水素または脱気剤注入により制御すべき溶
存酸素濃度が、５１ｐｐｂ〜１００ｐＰｂの範囲にある
ということは、見方を変えれば、腐食電位を、−２４０
ｍＶｓｏｐ〜５０ ｍＶｓＨｇに制御することに相当す
る。
存酸素濃度が、５１ｐｐｂ〜１００ｐＰｂの範囲にある
ということは、見方を変えれば、腐食電位を、−２４０
ｍＶｓｏｐ〜５０ ｍＶｓＨｇに制御することに相当す
る。
〈実施例３〉
本発明の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法をＢＷＲ
プラントに適用した実施例の系統構成を示す図である。
プラントに適用した実施例の系統構成を示す図である。
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、一般的に沸騰する軽水を
冷却剤として使用する原子炉である。この軽水が金属部
材の腐食環境を形成する。
冷却剤として使用する原子炉である。この軽水が金属部
材の腐食環境を形成する。
再循環ポンプ３の駆動により、原子炉１から吸い出され
た冷却水は、再循環系配管４を経由して、ジェットポン
プ２に導かれる。このジェットポンプ２から噴出される
冷却水は、炉内上部の水を巻き込んで、炉心５の下部に
分配される。この冷却水は、炉心５に収納されている燃
料集合体内で加熱され、気水混合物となり、上方の気水
分離器６で蒸気と分離される。蒸気分は、さらに上方の
蒸気乾燥器７を経て、主蒸気系配管８に導かれ、図示し
ないタービンに送られる。ジェットポンプ２に吸い込ま
れる炉上部の水には、主給水配管９から給水された水が
含まれている。主給水配管９からの水には、必要に応じ
て、水素注入装３１１０から水素が注入される。なお、
原子炉１の出力を調整するときまたは停止させるときは
、図示しない制御棒が炉心５の下方から挿入される。
た冷却水は、再循環系配管４を経由して、ジェットポン
プ２に導かれる。このジェットポンプ２から噴出される
冷却水は、炉内上部の水を巻き込んで、炉心５の下部に
分配される。この冷却水は、炉心５に収納されている燃
料集合体内で加熱され、気水混合物となり、上方の気水
分離器６で蒸気と分離される。蒸気分は、さらに上方の
蒸気乾燥器７を経て、主蒸気系配管８に導かれ、図示し
ないタービンに送られる。ジェットポンプ２に吸い込ま
れる炉上部の水には、主給水配管９から給水された水が
含まれている。主給水配管９からの水には、必要に応じ
て、水素注入装３１１０から水素が注入される。なお、
原子炉１の出力を調整するときまたは停止させるときは
、図示しない制御棒が炉心５の下方から挿入される。
腐食電位測定装置１１からのリード線の一方の端子１２
は、原子炉１の圧力容器に接続され、他方の端子は参照
電極２０に接続されている。参照電極２０は、水素割れ
が懸念されるＳＵＳ３０４製のＢ４Ｃチューブ２１付近
に配置されている。
は、原子炉１の圧力容器に接続され、他方の端子は参照
電極２０に接続されている。参照電極２０は、水素割れ
が懸念されるＳＵＳ３０４製のＢ４Ｃチューブ２１付近
に配置されている。
腐食電位測定装置１１は、金属部材の腐食電位をモニタ
しながら、水素注入装置１０に指示を与え、水素の注入
量を加減し、冷却水内の溶存酸素濃度を制御することが
できる。
しながら、水素注入装置１０に指示を与え、水素の注入
量を加減し、冷却水内の溶存酸素濃度を制御することが
できる。
本実施例では、予めＳＵＳ３０４の腐食電位と溶存酸素
濃度との関係を測定しておき、実施例１で述べた好適な
範囲に溶存酸素濃度を保持する。
濃度との関係を測定しておき、実施例１で述べた好適な
範囲に溶存酸素濃度を保持する。
本発明の金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止方
法によれば、応力腐食割れが発生する腐食電位より岸側
で、かつ水素割れが発生する腐食電位よりも食倒に、金
属部材の腐食電位を制御することにより、金属部材中へ
の水素吸収量と金属の活性溶解量とを抑制し、応力腐食
割れと水素割れとを同時に防止できる。
法によれば、応力腐食割れが発生する腐食電位より岸側
で、かつ水素割れが発生する腐食電位よりも食倒に、金
属部材の腐食電位を制御することにより、金属部材中へ
の水素吸収量と金属の活性溶解量とを抑制し、応力腐食
割れと水素割れとを同時に防止できる。
したがって、本発明方法を原子力、火力等の各種発電プ
ラントに応用した場合、プラント内機器の寿命が延び、
プラントにおける不慮の事故を防ぐことができる。
ラントに応用した場合、プラント内機器の寿命が延び、
プラントにおける不慮の事故を防ぐことができる。
第１図は金属部材の応力腐食割れおよび水素割れと溶存
酸素濃度との関係を示す図、第２図は金属部材の腐食電
位と溶存酸素濃度との関係を示す図、第３図は本発明の
応力腐食割れおよび水素割れ防止方法をＢＷＲプラント
に適用した実施例の系統構成を示す図である。 １・・・原子炉、２・・・ジェットポンプ、３・・・再
循環ポンプ、４・・・再循環系配管、５・・・炉心、６
・・・気水分離器、７・・・蒸気乾燥器。 ８・・・主蒸気系配管、９・・・主給水配管、１０・・
・水素注入装置、１１・・・腐食電位測定装置、１２・
・・端子、 ２０・・・参照電極、 ２１・・・Ｂ４Ｃチューブ。
酸素濃度との関係を示す図、第２図は金属部材の腐食電
位と溶存酸素濃度との関係を示す図、第３図は本発明の
応力腐食割れおよび水素割れ防止方法をＢＷＲプラント
に適用した実施例の系統構成を示す図である。 １・・・原子炉、２・・・ジェットポンプ、３・・・再
循環ポンプ、４・・・再循環系配管、５・・・炉心、６
・・・気水分離器、７・・・蒸気乾燥器。 ８・・・主蒸気系配管、９・・・主給水配管、１０・・
・水素注入装置、１１・・・腐食電位測定装置、１２・
・・端子、 ２０・・・参照電極、 ２１・・・Ｂ４Ｃチューブ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、金属部材の表面と接する水中に水素または脱気剤を
注入し前記水中の溶存酸素濃度を制御する金属部材の応
力腐食割れおよび水素割れ防止方法において、 前記金属部材の腐食電位を測定し、当該腐食電位が前記
金属部材の応力腐食割れ発生電位よりも卑な電位かつ前
記金属部材の水素割れ発生電位よりも貴な電位となるよ
うに、水素または脱気剤を注入し前記溶存酸素濃度を制
御することを特徴とする金属部材の応力腐食割れおよび
水素割れ防止方法。 ２、前記水中に水素または脱気剤を注入し、前記腐食電
位を−２４０ｍＶ＿Ｓ＿Ｈ＿Ｅ〜５０ｍＶ＿Ｓ＿Ｈ＿Ｅ
に保持することを特徴とする請求項１に記載の金属部材
の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法。 ３、前記金属部材がＳＵＳ３０４ステンレス鋼からなり
、当該ＳＵＳ３０４ステンレス鋼に接する水中に水素ま
たは脱気剤を注入し、前記溶存酸素濃度を５１ｐｐｂ〜
１００ｐｐｂの範囲に保持することを特徴とする請求項
１または２に記載の金属部材の応力腐食割れおよび水素
割れ防止方法。 ４、前記金属部材がＳＵＳ３１６ステンレス鋼からなり
、当該ＳＵＳ３１６ステンレス鋼に接する水中に水素ま
たは脱気剤を注入し、前記溶存酸素濃度を５１ｐｐｂ〜
１００ｐｐｂの範囲に保持することを特徴とする請求項
１または２に記載の金属部材の応力腐食割れおよび水素
割れ防止方法。 ５、前記金属部材がインコネル６００からなり、当該イ
ンコネル６００に接する水中に水素または脱気剤を注入
し、前記溶存酸素濃度を５１ｐｐｂ〜１００ｐｐｂの範
囲に保持することを特徴とする請求項１または２に記載
の金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法。 ６、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記溶存酸素
濃度の制御対象が原子炉の炉水であることを特徴とする
原子力プラントの運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1253277A JPH03113397A (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1253277A JPH03113397A (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03113397A true JPH03113397A (ja) | 1991-05-14 |
Family
ID=17249047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1253277A Pending JPH03113397A (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 金属部材の応力腐食割れおよび水素割れ防止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03113397A (ja) |
-
1989
- 1989-09-28 JP JP1253277A patent/JPH03113397A/ja active Pending
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