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

304 Г л . 9. Материалы ядерны х установок

создания на поверхности стали фазовой защитной пленки маг­ нетита.

Комплексонная обработка. Для создания защитной пленки применяется обработка комплексонами — веществами, способ­ ными давать комплексные растворимые соединения с железом, в частности, трилоном. При наличии в среде комплексонов по­ следние при температуре 90—120° взаимодействуют с продукта­ ми коррозии железа с образованием растворимых соедине­ ний. Поверхность перлитной стали при этом очищается от про­ дуктов коррозии и условия для образования на ней в дальней­ шем защитных пленок улучшаются. При температуре 180—220° комплексные соединения железа разлагаются с образованием на поверхности стали слоя магнетита. Поскольку зерна магне­ тита образуются из материала, находящегося в воде, в защит­ ной пленке не возникает механических напряжений, нарушаю­ щих ее сплошность. В тех случаях, когда кристаллы магнетита образуются при взаимодействии стали с водой, зерна магнетита как бы мешают росту друг друга, это приводит к возникнове­ нию напряжений в металле.

Серьезное внимание в случае применения перлитных сталей з ядерных энергетических установках необходимо обращать на режимы консервации контура при остановках. В настоящее вре­ мя отсутствует опыт применения перлитных сталей в циркуля­ ционном контуре кипящих реакторов. В паре, содержащем 30— 40 мг/кг кислорода, перлитные стали стойки, поэтому их ис­ пользуют для изготовления паропроводов кипящих реакторов. Увеличение содержания солей в воде при температуре 300° за

вводе, содержащей кислород.

Вобычной энергетике бытует мнение, что хлориды не опас­ ны для перлитных сталей. Основывается это суждение в основ­ ном на том обстоятельстве, что перлитные стали в средах, со­ держащих хлориды, не подвергаются коррозионному растрески­ ванию. Кроме того, увеличение скорости общей коррозии, а со­ ответственно и количества продуктов коррозии в котловой воде, содержащей хлориды, не опасно в котлах низкого и высокого давления. В ядерной же энергетике при существенно больших тепловых нагрузках на твэлы увеличение содержания продук­ тов коррозии в воде в присутствии хлоридов недопустимо.

Для «мягкого» регулирования в воду ядерных энергетических установок вводят борсодержащие соединения, например, борную кислоту. За счет снижения pH коррозия перлитной стали в слу­ чае введения борной кислоты интенсифицируется. С целью сни­ жения коррозии в этом случае следует подщелачивать воду пер­ вого контура. В кислородсодержащих средах присутствие соеди­

также при снижении pH доля продуктов коррозии, переходящих в воду, возрастает. Соответственно деаэрация и увеличениеpH снижают выходпродуктов коррозии. Продукты коррозии в воде

шенных частиц с размером >0,1 мкм. Подавляющая часть-про­ дуктов коррозии находится в воде в виде частиц с размером > 1 мкм. При температуре 250 —300° в деаэрированной воде про­ дукты коррозии присутствуют в виде магнетита. При наличии в воде кислорода в продуктах коррозии присутствует гематит. Продукты низкотемпературной коррозии в среде, содержащей кислород, состоят из окислов и шдроокислов.

Защита сталей от коррозии. Для снижения коррозии перлит­ ной стали в воде при температуре до 100° (например, в баках биологической защиты) целесообразно применять ингибиторы. Для этих целей применяют, в частности, силикат натрия (жид­ кое стекло) в концентрации 1—3 г/л. К недостаткам применения жидкого стекла следует отнести активацию его в нейтронном поле и также то обстоятельство, что жидкое стекло не защищает перлитную сталь по ватерлинии и выше нее. От указанных не­ достатков свободен летучий ингибитор дициклогексиламин в концентрации 5%. Этот ингибитор стоек в интегральном потоке нейтронов до ІО18 нейтрон/см2. Для осуществления защиты ба­ ков водяной защиты целесообразно также полностью заливать их водой, чтобы ватерлиния отсутствовала, деаэрировать воду введением гидразин-гидрата, повышать pH.

Коррозия перлитных сталей в контурах ядерных энергетиче­ ских установок имеет место не только при рабочих режимах, но и при остановках реактора. Поэтому при остановке реактора необходимо консервировать контур. При мокрой консервации контур заполняют деаэрированной водой со значением pH 9,5— 10,5. Деаэрация осуществляется введением в воду гидразина. Для поддержания заданного значения pH в воду вводят аммиак. При сухой консервации контур заполняют инертным газом, на­ пример, осушенным азотом. Консервация предохраняет перлит­ ную сталь от коррозии и снижает содержание продуктов корро­ зии при пуске реактора.

Изделия из перлитных сталей при хранении их до монтажа также необходимо консервировать для предотвращения разви­ тия атмосферной коррозии. Методика консервации должна быть максимально простой, экономичной и позволять быстро и на­ дежно проводить расконсервацию изделий перед их монтажом. Наиболее целесообразно использовать при консервации летучие ингибиторы: дициклогексиламин и др., бумагу, пропитанную ле­ тучими ингибиторами. Законсервированные летучими ингибито-

308 Гл. 9. Материалы ядерны х установок

лекулярной форме. Поэтому роль его в иаводороживанни стали мала. Водород, внедряясь в кристаллическую решетку, искажает ее. В связи с этим изменяются и механические характеристики перлитной стали, в частности, снижается относительное удлине­ ние. Пластичность стали снижается при этом тем значительнее, чем выше ее прочность и степень деформации. Для уменьше­ ния опасности наводороживания стали в первом контуре ядер­ ных энергетических установок необходимо поддерживать высо­ кое значение pH для снижения скорости коррозии, а соответст­ венно и водородной деполяризации и применять термическую обработку изделий из перлитной стали для снятия внутренних напряжений. Охрупчивание перлитной стали при наводороживании интенсифицируется облучением.

Одной из причин внедрения в реакторостроение перлитных сталей является их более низкая стоимость по сравнению с не­ ржавеющими сталями и освоенность промышленностью.

При этом, однако, следует заметить, что перлитные стали, применяемые в реакторостроении, должны быть газоплотными, т. е. не иметь микропор и быть непроницаемыми для газов. В обычной энергетике такие требования к стали не предъявля­ ют, так как утечки пара в микроколичествах не отражаются на эксплуатации обычного энергетического оборудования. В ядерной энергетике даже микроскопические утечки активного газа и пара могут серьезно ухудшить радиационную обстановку и за­ труднить эксплуатацию оборудования. Получение газоплотиой перлитной стали и особенно контроль на плотность существенно

тельствами, должно сопровождаться детальным экономическим анализом. В настоящее время стоимость перлитных сталей в 3—7 раз ниже стоимости аустенитных хромоникелевых нержа­ веющих сталей.

§ 9. 2

Хромистые нержавеющие стали

В ряде узлов ядерных энергетических установок от материа­ лов требуется не только высокая коррозионная стойкость, но"и повышенные прочностные характеристики. Так, валы насосов, выполненных в комплексе с закрытыми электродвигателями, изготовляют из стали Х17Н2. В местах подшипниковых опор на вал обычно надевают втулку, которая должна обладать высокой твердостью (HRC45—HRC60). Втулки изготовляют из зака­ ленных хромистых сталей XI8, Х17Н2. В механизмах управле­ ния, работающих в воде, для таких деталей, как шестерни, валы,