高温硫酸分解ガス環境下におけるステンレス鋼及びNi基合金の耐食性評価及び表面皮膜構造解析

摘要

熱化学水素製造法（ISプロセス）の硫酸分解反応容器を想定した高温硫酸分解ガス環境下において，ステンレス鋼及びNi基合金の耐食性評価を実施した．その結果，100時間の腐食試験ではSiを2．4％含有したNi基合金は，腐食速度が小さく，優れた耐食性を示したほか，創を3％含有したフェライト系ステンレス鋼（3Al-Ferrite）は，腐食速度が指標とするSiCの腐食速度（0．1mm／year）を下回る優れた耐食性を示した．一方，3Al－Ferriteの腐食生成皮膜と同じコンセプトで，Al2O3皮膜を材料にプレフィルミングしたNi基合金の腐食速度は，3Al-Ferriteに対して大幅に大きくなった．これらの酸化皮膜／母材界面の断面でEPMA分析を行った結果，2.4Si含有Ni基合金ではSi酸化皮膜が形成されていたが，長時間の腐食試験中にSi酸化皮膜に欠陥ができ，腐食環境から酸化皮膜を介して母材粒界へのS侵入が確認された．一方で3Al－Ferriteでは，薄い均一なAl2O3皮膜が形成されており，粒界へのS侵入は確認されなかった．また創203皮膜をプレフィルミングしたNi基合金では，Al2O3皮膜に欠陥ができ，母材粒界へSが侵入していた．3Al－Ferriteに生成した腐食生成皮膜とプレフイ）L／ミングしたAl203の違いをⅩ線回折で解析した結果，3Al－Ferriteの皮膜はαAl2O3のみからなるのに対し，プレフィルミングしたAl2O3はα－Al2O3とγ－Al2O3が混在していることが分かった．これらの結果により，3Al－Ferriteの良好な耐食性は，敵密なα－Al2O3が早期に母材表面に均一形成されたことによるものと推察される．