報告書番号

Q19011

タイトル（和文）

炭素鋼に対する最適な皮膜形成アミン処理条件－皮膜の性状に及ぼす皮膜形成アミン濃度と温度の影響－

タイトル（英文）

Optimal Condition for Film-forming Amine Treatment on Carbon Steel-Effects of Film-forming Amine Concentration and Temperature on Film Properties-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
火力発電所におけるボイラ給水や加圧水型軽水炉2次冷却水では、脱酸素剤としてヒドラジンが広く使用されているが、ヒドラジンはがん原性を有するため使用が規制される可能性がある。海外の発電プラントではヒドラジン添加に代わる腐食抑制技術として皮膜形成アミン(Film-Forming Amine, FFA)の適用が広がりつつある。FFAは鋼材表面に吸着することで表面を疎水性とすることにより、防食効果を発揮すると考えられている。しかしながら、市販のFFA含有薬剤(FFA Products, FFAP)の最適な添加条件などに関して不明な点も多いため、国内の発電プラントにおける適用例は知られていない。プラントの保管時におけるFFAP使用においては、プラント停止直前に系統にFFAPを注入する方法が想定されるが、系統内のFFAP濃度や温度は不均一となる可能性があり、FFA皮膜付与に与えるFFAP濃度や温度の影響を把握しておくことが必要である。
目　　的
プラント保管時のFFAP使用を想定した条件において、FFAP添加条件が及ぼす炭素鋼の表面改質効果および腐食抑制効果への影響を調査すること。
主な成果
1. FFA皮膜付与条件による疎水性への影響
高温水中で表面にマグネタイトを形成させた炭素鋼の試験片に対して種々の条件でFFA皮膜付与を行った。いずれの条件でも、FFA皮膜付与は24時間行った。FFAPは栗田工業製のセタミンG-811を使用した。試験片表面の水滴との接触角を測定したところ(図1)、30℃でFFA皮膜付与を行った場合には、FFAP濃度が25 mg L-1以上の時に試験片表面が疎水性となった。一方、80℃でFFA皮膜付与を行った場合には、FFAP濃度が低い時にも試験片表面は疎水性を示し、接触角のFFAP濃度依存性は小さかった。このことから、FFA皮膜付与の際のFFAP濃度を高くするか、処理温度を高くするかのいずれかにより試験片表面に効果的に疎水性皮膜を付与することができることが分かった。
2. FFA皮膜を付与した炭素鋼の耐食性評価
アンモニアでpHを約9.5に調整した水溶液中において1か月間の自然浸漬試験を行った。FFA皮膜付与を行った試験片とFFA皮膜付与を行っていない試験片いずれにおいても、自然浸漬試験による質量減少は1 mg cm-2未満であり、FFA皮膜の有無によらず炭素鋼の腐食速度は非常に小さかった。フーリエ変換赤外分光法による表面分析の結果、自然浸漬試験後においても炭素鋼表面にFFA皮膜が残存することが示唆された。自然浸漬試験後に測定したアノード分極曲線(図2)より、FFA皮膜を有する試験片のほうがFFA皮膜を有していない試験片と比べてより腐食速度が小さいことが示唆された。

概要 （英文）

Hydrazine has been widely used for water treatment in power plants as an oxygen scavenger or a corrosion inhibitor, but its use is being increasingly restricted worldwide, due to its carcinogenicity. One alternative candidate is film-forming amine (FFA), which, as a general rule, comprises alkyl and amino groups. FFA is considered to form a hydrophobic film on metal surface, increasing its corrosion resistance. However, its use in Japanese power plants has yet to be adopted, because the effects of FFA on corrosion resistance of constituent materials of power plants and optimal conditions for its use remain unclear. In the present research, surface treatments of carbon steel with a pre-film made of magnetite were carried out using FFA under various conditions, and when the contact angle between the steel surface and water droplet was measured, it emerged that hydrophobic film forms more effectively on steel after the surface treatment at a higher temperature or with a higher concentration of FFA. Enhanced corrosion resistance of the steel by FFA was unclear in an immersion test for a month in dilute NH3 solution (pH 9.5), because the steel surface was highly corrosion-resistant by nature in the solution. Following the corrosion test, the steel surface was analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), indicating that FFA remained on the surface. Measurements of electrochemical impedance spectroscopy and potentiodynamic anodic polarization curve showed that the steel surface was more corrosion-resistant than without.

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