Файл: Герасимов В.В. Материалы ядерной техники учеб. пособие.pdf

74 Гл. 4. Теплоносители

Натрий почти не реагирует с ураном. В случае нарушения целостности покрытия твэла коррозия урана в жидком натрии при рабочей температуре протекает весьма слабо. Коррозия графита в жидком натрии в статических условиях происходит интенсивно лишь в том случае, когда углерод, растворенный в натрии, либо осаждается на более холодных участках кон­ тура, либо расходуется на науглероживание аустенитных не­ ржавеющих сталей. Стойкость сварных соединений сталей в нат­ рии не уступает стойкости основного металла. Серебростойко в натрии до 250°. Нестойки в натрии Sb, Bi, Cd, Au, Pb, чугун. При 200° асбест реагирует с натрием. Фторопласт-4 (тефлон) нестоек в натрии.

Натрий и эвтектика Na — К менее агрессивны, чем Li, Hg, Pb. Ві. Данные по стойкости некоторых конструкционных мате­

стойкости, V I группа стойкости.___________________________________________________________________________________________

Выше уже указывалось, что загрязнение жидких металлов кислородом интенсифицирует процессы коррозии. В частности, в присутствии кислорода в натрии на поверхности сталей обра­ зуется бурая окалина, легко отделяющаяся от металла. Про-

(Na2 0 ) 2 Fe0. Загрязнение жидкого натрия кислородом увеличи­ вает растворимость никеля. В результате взаимодействия с со­ держащим кислород натрием чистого циркония, ниобия, тантала последние поглощают кислород из расплава и на поверхности их образуется слой твердого раствора кислорода, который в свою очередь может взаимодействовать при определенных усло­ виях со щелочными металлами.

Скорость коррозии железа армко при 540° возрастает с уве­ личением содержания кислорода от 0,005 до 0,016% соответ­ ственно с 0,2 до 60 мг/(см2-месяц). При температуре 500° уве­ личение содержания кислорода в натрии с 0 , 0 1 до 0 ,1 % при­ водит к возрастанию скорости коррозии низколегированной стали с 5% Сг с 1,0 до 28 мг/(см2■месяц), а для стали 1Х18Н10Т — до 7,8 мг/(см2-месяц) . Предельно допустимая кон­ центрация кислорода с точки зрения коррозии сталей — 0 ,0 1 %.

Цирконий более чувствителен к загрязнению натрия кисло­ родом, чем аустенитные нержавеющие стали. Скорость коррозии циркония возрастает уже при содержании кислорода в натрии 0,003%. Допустимая концентрация кислорода в натрии состав­ ляет в случае применения циркония 0 ,0 0 1 %.

Скорость переноса массы железа в натрии при температуре 540° с увеличением содержания кислорода с 0,002 до 0,04% возрастает с 0 , 1 до 1 0 мг/(см2-месяц).

Интенсификацию процессов переноса массы с увеличением содержания кислорода в расплаве связывают с возможностью образования в горячей зоне двойного окисла, например (Na2 0 ) 2 Fe0, и диссоциацией его в холодной зоне или с непо­

Восстановленное железо переносится в холодную зону, где и выпадает вследствие перенасыщения раствора.

Присутствие углерода в натрии вызывает науглероживание поверхностного слоя нержавеющих сталей подобно науглерожи­ ванию при изотермическом переносе углерода. Перенос угле­ рода интенсифицируется присутствием в расплаве кислорода. Работами советских исследователей В. С. Ляшенко и Б. А. Нев­ зорова показано, что окись натрия частично диссоциирована в расплаве натрия, т. е. в расплаве присутствуют ионы кисло­ рода О2-. При температуре выше 500° наблюдается частичная диссоциация цементита в углеродистых сталях с образованием положительно заряженных ионов углерода С2+.

в адсорбированной на поверхности металла окиси углерода каталитически ослабляется связь между атомами углерода и кислорода в молекуле и происходит отрыв кислорода в резуль­ тате взаимодействия его с натрием. Если на поверхности стали содержатся активные карбидообразующие элементы, они взаи­ модействуют с углеродом и сталь науглероживается. На поверх­ ности чистого железа в результате протекания описываемого процесса может образоваться слой графита.

Содержание кислорода в натрии при этом не уменьшается, и процесс переноса углерода может протекать при малых кон­ центрациях кислорода в расплаве. В поверхностном слое стали 1X18Н1ОТ толщиной в 0,2 мм после выдержки в течение 4000 ч в контакте с углеродистой сталью, содержащей 0,73% С, со­ держание углерода увеличилось от исходного значения 0,08% до 2,34, 2,59 и 3,0% при концентрации кислорода в натрии соот­ ветственно 0,005, 0,05, 0,1%.

В литии перенос углерода происходит, по-видимому, в ре­

Калий. Основное преимущество калия перед натрием как теплоносителя в ядерной энергетике заключается в его более низкой температуре плавления. Другие свойства калия менее благоприятны. Теплофизические свойства калия и натрия весьма сходны. Характеризуя химические свойства калия, следует от­ метить, что он более реакционноспособен, чем натрий. Калий энергично взаимодействует на воздухе с кислородом, водой, а при высокой температуре с водородом и углекислым газом. Азот не взаимодействует с калием и может применяться для создания защитной атмосферы. С графитом калий образует твердые растворы. При температуре выше 200° калий в значительном количестве поглощается графитом. Коррозионное воздействие калия на конструкционные материалы аналогично воздействию на них натрия (см. табл. 4.3). Сплавы натрия с калием, содер­ жащие 40—90% последнего, находятся при комнатной темпе­ ратуре в жидком состоянии. Это обстоятельство устраняет не­ обходимость сооружения систем подогрева для расплавления жидкометаллического теплоносителя перед пуском реактора. Минимальную температуру плавления- (—12,5°) имеет эвтекти­ ческий сплав, содержащий 77,2% К. Сплавы калия с натрием можно получить непосредственным сплавлением металлов в