境界要素法によるリチウム含有溶融フッ化物塩と接する構造材料腐食の予測

使用边界元法预测与含锂熔融氟化物盐接触的结构材料的腐蚀

• 批准号: 20J14519
• 负责人: 山崎 樂
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The Graduate University for Advanced Studies
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J14519/
• 关键词: 溶融塩; フッ化水素; 構造材料; 腐食; 電気化学; ブランケット

開発したフッ化水素（HF）含有溶融FLiNaK (LiF-NaF-KF) 中で電気化学的な腐食試験を行える装置により、核融合炉用フェライト鋼JLF-1鋼 (Fe-9Cr-2W)、純鉄、純クロム、および純タングステン等の分極曲線を取得した。JLF-1鋼の腐食速度が、純鉄と同様であり、すなわち溶存HF濃度に比例することを示した。また、鉄鋼材料で一般的な鉄の酸化、溶出による全面腐食の他に、腐食生成物（K2NaCrF6等）の形成や腐食制御の観点からは好ましくない粒界腐食の発現を明らかにした。そのメカニズムの一つとして、粒界におけるクロム富化炭化物の優先溶出を同定した。純クロムは純鉄の10倍以上の腐食速度と孔食を示した一方で、純タングステンは純鉄の10分の1以下の腐食速度と均一腐食を示した。このタングステンの耐食性は、既に溶融フッ化物塩中で耐食性の高い材料として知られるニッケルおよびニッケル系合金に匹敵しうることを示唆した。これらのことから、HF含有溶融FLiNaK中の鉄鋼材料の腐食には、固液界面におけるHF（またはH+）の拡散が大きく関係する一方で、合金の組成は無関係と考えられた。本実験で得た腐食速度の式から、ある核融合炉条件での溶存HF濃度における腐食速度を計算したところ、JLF-1鋼単体での腐食速度は、目標値とされる0.1 mm/yearを上回る結果を得た。一方で、本実験で得た腐食メカニズムに基づいて、タングステン被覆やチタン微粒子添加・犠牲防食法を応用した腐食低減・制御法に見通しを得た。これらを踏まえ、境界要素シミュレーションで、より詳細な腐食速度を計算することが今後の課題である。

The polarization curves of JLF-1 steel (Fe-9Cr-2W), pure iron, pure iron, and pure iron were obtained from the corrosion test equipment for the development of HF containing molten FLiNaK (LiF-NaF-KF). The corrosion rate of JLF-1 steel is the same as that of pure iron, and the proportion of dissolved HF concentration is indicated. Iron and steel materials are generally acidified and dissolved, and the formation of corrosion products (K2NaCrF6, etc.) and corrosion control points are clearly identified. The preferential dissolution of carbon-rich compounds is also determined. The corrosion rate of pure iron is more than 10 times that of pure iron. The corrosion rate of pure iron is less than 10 minutes. The corrosion rate of pure iron is uniform. The food resistance of these compounds is similar to that of melting compounds and high food resistance materials. The corrosion of iron and steel materials in HF containing molten FLiNaK, the dispersion of HF (H+) at the solid-liquid interface, and the composition of alloys are irrelevant. This paper calculates the decay rate of JLF-1 steel under the conditions of nuclear fusion furnace and the concentration of dissolved HF. The decay rate of JLF-1 steel is 0.1 mm/year. The method of adding, reducing and controlling micro-particles was introduced. This is the first time that we've been able to calculate the decay rate in detail.

项目成果

溶融LiF-NaF-KF中におけるJLF-1鋼の腐食挙動に与えるフッ化水素および水の影響の比較

氟化氢和水对JLF-1钢在熔融LiF-NaF-KF中腐蚀行为的影响比较

• 发表时间: 2020
• 作者: 山崎 樂;長坂 琢也, 申 晶潔, 鈴木 祐太, 渡邉 崇, 後藤 琢也
• 通讯作者: 長坂 琢也, 申 晶潔, 鈴木 祐太, 渡邉 崇, 後藤 琢也

フッ化水素含有 FLiNaK 中におけるJLF-1鋼とその合金元素の耐食性

JLF-1钢及其合金元素在含氟化氢的FLiNaK中的耐蚀性能

• 发表时间: 2020
• 作者: 北田孝仁;阿部峰也;瀬尾瑞樹;佐藤尚郁;篠﨑基矢;相澤拓海;武藤由依;金子俊郎;加藤俊顕;大塚朋廣;山崎 樂，長坂 琢也，浜地 志憲，田中 照也，申 晶潔
• 通讯作者: 山崎 樂，長坂 琢也，浜地 志憲，田中 照也，申 晶潔

Electrochemical measurements of the corrosion of pure Fe and JLF-1 steel in HF-containing molten FLiNaK salt

• DOI: 10.1016/j.fusengdes.2020.112134
• 发表时间: 2021
• 期刊: Fusion Engineering and Design
• 影响因子: 1.7
• 作者: Gaku Yamazaki;T. Nagasaka;J. Yagi;T. Goto;Teruya Tanaka;Takashi Watanabe;A. Sagara

Microscopic corrosion process and electrochemical property of JLF-1 steel (Fe-9Cr-2W) in the molten salt, LiF-NaF-KF

JLF-1钢(Fe-9Cr-2W)在熔盐、LiF-NaF-KF中的微观腐蚀过程及电化学性能

• 发表时间: 2020
• 作者: Gaku YAMAZAKI;Yuta SUZUKI;Takuya GOTO;Takuya NAGASAKA;Daisuke NAGATA;Jingjie SHEN;Kazuki SAITO;Takashi WATANABE
• 通讯作者: Takashi WATANABE

Comparison of corrosion products of JLF-1 steel in FLiNaK with H2O or HF solution

JLF-1钢在FLiNaK与H2O或HF溶液中的腐蚀产物比较

• 发表时间: 2020
• 作者: Gaku YAMAZAKI;Takuya NAGASAKA;Jingjie SHEN;Daisuke NAGATA;Yuta SUZUKI;Takashi WATANABE;Takuya GOTO
• 通讯作者: Takuya GOTO