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

высушиванию, т. е. местному упариванию. Ядерные энергети­ ческие реакторы используют в качестве теплоносителя воду высокой чистоты. Реакторная и подпиточная вода строго норми­ руются по содержанию хлорид-иона. Но, несмотря на малые значения нормируемых величин хлоридов в реакторной воде (от 0,1 до 0,5 мг/кг) и в воде парогенератора (0,5—•! мгікг),

Рис. 8.11. Микроструктура стали 1Х18Н9Т на конце ввальцовкн трубы в трубную доску парогенератора.

в некоторых местах (места заделки труб парогенератора в трубные доски, участки с вялой циркуляцией и т. д.) может возникать упаривание и повышение содержания хлоридов до опасных с точки зрения коррозионного растрескивания концен­ траций. На рис. 8.11 представлена микрофотография трубки парогенератора, подверженной коррозии, в результате упари­ вания воды, с содержанием хлоридов 0,5 мгікг.

В прямоточных парогенераторах с давлением 30—50 кГ/см2 растворимость солей в паре мала. В связи с эічш происходит накопление хлоридов в воде в зоне испарения. Это обстоятель­ ство исключает создание прямоточного парогенератора со сред­ ними параметрами пара из сталей типа 18/8.

моточные парогенераторы, в которых трубы теплообменника выполнены из аустенитных сталей, целесообразно создавать только на высокие давления. При давлении 30—50 кГ/см2 эти •стали следует применять для изготовления парогенератора с многократной циркуляцией.

Коррозионное растрескивание может возникнуть как при высокой, так и при относительно низкой температуре (80—90°). При попадании воды (например, вследствие, протечек) на на­ ружную поверхность трубопровода, нагретую до 80—100°, происходит упаривание ее и увеличение концентрации хлоридов на поверхности трубопровода. В этом случае коррозионное рас­ трескивание может происходить под влиянием внутренних напряжений в металле, которые могут возникнуть в процессе холодной прокатки труб, а также в результате наклепа от слу­ чайных ударов и царапин. При температуре 20—40°, как правило, коррозионного растрескивания сталей типа 18/8 не происходит, что позволяет использовать их даже в конденсато­ рах, охлаждаемых морской водой. Хлориды могут проникать в сталь из изоляционных материалов, вызывая коррозию под напряжением. Коррозионное растрескивание сталей типа 18/8 протекает и в паровой фазе при загрязнении пара хлоридами и кислородом. Отмечалось разрушение оболочек твэлов при ядер-

зом влияет на коррозионное растрескивание стали, усиливая его. Так, при концентрации кислорода 1 мг/кг в присутствии в воде хлоридов наблюдается коррозионное растрескивание. Увеличение концентрации кислорода до 1200 мг/кг не приводит к резкому увеличению процессов коррозионного растрескивания, т. е. в данном случае важна не величина концентрации кисло­ рода, а сам факт присутствия его. Процессы коррозионного растрескивания сталей типа 18/8 могут происходить и в отсут­ ствие кислорода, если в воде имеются другие легко восстанав­ ливающиеся элементы (например, трехвалентное железо).

В ядерных энергетических установках в результате радио­ лиза в воде реактора всегда присутствует радиолитический кис­ лород. Процессы радиолиза воды в большей степени реали­ зуются в кипящих реакторах и количество радиолитического кислорода в паре может достигать 40 мг/кг. Поэтому принято

строгое нормирование хлорид-иона в реакторной воде. Следо­ вательно, для избежания коррозионного растрескивания стали состав воды, насыщенного и перегретого пара должен поддер­ живаться на высоком уровне чистоты. Склонность хромонике­ левых аустенитных сталей к %тшймоь коррозионному растрескива-

Инию уменьшается с увеличе­ нием содержания в них ни­ келя.

Впоследнее время возрос интерес к роли несовершенств решетки металлов и сплавов в процессах их коррозионного растрескивания. Предполагает­ ся, что образование и особое распределение дефектов мо­ жет вызвать хрупкое состоя­ ние в обычно пластичном ма­ териале.

Никель оказывает заметное влияние на распределение дис­ локаций в аустенитных нержа­ веющих сталях типа 18/8. Эти

содержания никеля, следует ожидать значительного повышения стойкости нержавеющих сталей с 18% Сг против коррозионного растрескивания при содержании никеля более 18—20% (рис. 8.12).

При высокой концентрации щелочи и наличии напряжений в металле аустенитная нержавеющая сталь подвержена особому

содержания щелочи в 10 и более раз. Предупреждёнъ корро­ зионного растрескивания аустенитной нержавеющей стали в ядерных энергетических установках должно проводиться к а к :

применением современных средств водоочистки и водообработ­ ки, так и улучшением условий службы металла, его качества, сварки, термообработки. Существенное значение также приоб­ ретает правильный выбор тепловой схемы ядерной энергети­ ческой установки и правильных конструктивных решений ее элементов.

Как уже отмечалось, аустенитные нержавеющие стали широко используют в системах с жидкометаллическим тепло­ носителем (эвтектика РЬ — Bi, Na, К, эвтектика Na — К, .Li). Коррозионное воздействие жидкого металла на сталь отлича­ ется своеобразными особенностями; эти воздействия имеют иную природу, чем химическая или электрохимическая корро­ зия. Это воздействие наиболее ощутимо при температуре боль­ шинства теплоносителей выше 500°.

тельное взаимодействие отдельных компонентов жидкого метал­ ла с твердым и его компонентами. В системах из аустенитных нержавеющих сталей со щелочными жидкометаллическими теп­ лоносителями термический перенос массы становится заметным при температуре 500—600° с разностью температуры в системе порядка нескольких десятков градусов. Коррозионные пораже­ ния в этом случае локализуются в местах с максимальной тем­ пературой.

С увеличением скорости движения жидкометаллического теплоносителя скорость растворения стали увеличивается. Ско­ рость растворения пропорциональна скорости движения жид­ кого металла в степени — 0,8. При больших скоростях к корро­ зионному воздействию добавляется еще эрозионное и механиче­ ское повреждение, особенно для тяжелых жидких металлов. Главной причиной переноса массы является значительное разли­ чие растворимости данного вещества при разной температуре

р а — осаждение их в виде интер металлических соединений или чистого металла.

Большое значение в переносе массы имеет разница концен­ траций в жидком металле того или иного компонента, в резуль­ тате которой может происходить, например, науглероживание аустенитной стали за счет обезуглероживания перлитной, если такая присутствует в контуре. Это приводит к изменению меха­ нических свойств стали. Так, в эвтектике РЬ — Ві из стали типа

282 Г л . 8. Материалы активной зоны

18/8 происходит выщелачивание никеля и хрома, в результате чего сильно снижается прочность и пластичность сталей, а в

стали в горячей части и осаждение их в холодной части кон­ тура. Стали типа 18/8 весьма устойчивы в жидком натрии и в эвтектике Na — К. Так, при 600° в контуре с движущимся пото­ ком натрия при содержании в нем 0,002% кислорода глубина коррозионного поражения стали Х18Н8Б составляет 2— 3 мкм/год. Следовательно, необходимо в первую очередь очи­ щать жидкий металл от кислорода. Кроме того, очень легко происходит выщелачивание и перенос углерода. Поэтому при конструировании реакторных контуров из сталей типа 18/8 необходимо брать стали с минимальным содержанием углерода, а также систематически очищать жидкий металл от углерода.

По сравнению с другими жидкометаллическими теплоноси­ телями щелочные металлы наименее агрессивны и аустенитные нержавеющие стали наиболее пригодны для длительной работы в них до температуры 600°. При более высокой температуре наблюдается заметное науглероживание поверхности нержа­ веющих сталей, особенно поверхности сталей, легированных сильными карбидообразующими элементами, например тита­ ном. Науглероживание усиливается при наличии углеродсодер­ жащих материалов в системе и может сопровождаться перено­ сом углерода в ней. Перенос массы усиливается также в случае значительного перепада температуры в системе (150—200°).

Перенос массы характерен и для компонентов стали (Ni, Fe, Cr) при одновременной межкристаллитной коррозии стали. Скорость межкристаллитной коррозии аустенитных хромоникелевых сталей в движущемся натрии составляет 0,05—