Wissenschaftliche Berichte - FZKA 5889
Summary
A joint corrosion programme is performed at FZK.INE, ENRESA (Subcontractor INASMET), FU Berlin and SCK.CEN on preselected materials for long-lived disposal containers that could be used as a radionuclide barrier in repositories located in rock salt, granite and clay. They are the objectives to investigate the potential effect of essential parameters on the corrosion of the materials carbon steel, stainless steels, Ti99.8-Pd and Hastelloy C4, and to provide more accurate data for a material degradation model that can be used to predict the lifetime of containers. Important parameters to be investigated are: Temperature, pH, Cl-, S2O32-, O2, salt impurities, strain rate, gamma radiation and welding.
In the present work, long-term immersion tests, electrochemical/radiochemical studies and slow strain rate tests were performed on the container materials in salt and clay environments. Parameters examined were: Temperature (16°C - 170°C), pH (3 - 7), H2O2 (6x10-4 - 1.7x10-1 mol/l), Cl- (16 - 10000 ppm), gamma radiation (10 Gy/h) and strain rate (10-4 - 10-7s-1).
Present results obtained in salt environments (salt brines) indicate that gamma radiation (10 Gy/h) and H2O2-concentrations smaller than 10-4 mol/l do not influence the corrosion behaviour of Ti99.8-Pd, and that this alloy is resistant to stress corrosion cracking at strain rates up to 10-7s-1. pH values of the test brine between 3 and 7 do not enhance the corrosion rate of the carbon steel, but at the very slow strain rate of 10-7s-1 the material shows a slight sensitivity to stress corrosion cracking. First results in oxidizing clay water show that the high alloyed stainless steels, Hastelloy C4 and Ti99.8-Pd are highly resistant to corrosion up to 30°C. However, the stainless steel AISI 316L is susceptible to pitting and crevice corrosion at high Cl- concentrations in clay water. Finally, the carbon steel undergoes significant general corrosion in the clay water. Further investigations in salt and clay environments are in progress.
Bewertung von metallischen Werkstoffen für langzeitbeständige HAW-End-lagerbehälter im Hinblick auf ihre Korrosionsbeständigkeit
Zusammenfassung
Im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprogramms wird von FZK.INE, ENRESA/INASMET, FU Berlin und SCK.CEN das Korrosionsverhalten ausgewählter Werkstoffe für langzeitbeständige Behälter unter Endlagerbedingungen im Steinsalz, Granit und Ton untersucht. Das Ziel der Untersuchungen ist die Bestimmung des potentiellen Einflusses wichtiger Parameter auf das Korrosionsverhalten von unlegierten/hochlegierten Stählen, Ti99,8-Pd und Hastelloy C4 und die Ermittlung von Daten für ein Korrosionsmodell zur Vorhersage der Standzeit von Behältern. Wichtige Parameter sind: Temperatur, pH, Cl-, S2O-3, O2, Salzverunreinigungen, Dehnungsrate, Gammastrahlung und Schweißen.
In der vorliegenden Arbeit wurden Langzeit-Immersionsexperimente, elektro-chemische/radiochemische Untersuchungen und Spannungsrißkorrosionsunter-suchungen bei langsamen Dehnungsraten an den o.g Behälterwerkstoffen unter den Bedingungen der Endlagerung in Steinsalz und Ton durchgeführt. Die Unter-suchungsergebnisse in endlagerrelevanten Salzlösungen (T=25°C-170°C) zeigen, daß Gamma-Dosisleistungen von 10 Gy/h und H2O2-Konzentrationen in den Salz-lösungen bis 10-4 mol/l keinen nennenswerten Einfluß auf die Korrosion von Ti99,8-Pd haben. Darüber hinaus ist diese Legierung bei Dehnungsraten bis 10-7 s-1 beständig gegenüber Spannungsrißkorrosion (SpRK). Im Falle des unlegierten Stahls TStE355 führen pH-Werte der Testlösung zwischen 3 und 7 zu keiner Erhöhung der Korrosionsrate, jedoch zeigt dieser Stahl bei der sehr langsamen Dehnungsrate von 10-7 s-1 eine leichte Empfindlichkeit gegenüber SpRK. Erste Ergebnisse in oxidierendem Tonwasser bis 30°C zeigen, daß hochlegierte Stähle, Ti99,8-Pd und Hastelloy C4 beständig gegenüber allen Korrosionsarten sind. Aller-dings ist der rostfreie Stahl AISI316L bei hohen Cl--Konzentrationen (1000 und 10000 ppm) im Tonwasser anfällig gegenüber Loch- und Spaltkorrosion. Schließlich zeigt der unlegierte Stahl TStE355 im Tonwasser eine starke Flächenkorrosion. Weitere Korrosionsuntersuchungen an Stählen, Ti99,8-Pd und Hastelloy C4 sind im Gange.