|
|
Коррозия в тяжелых жидких металлах
Коррозия конструкционных материалов (сталей) в контакте с тяжелыми жидкими металлами может происходить вследствие растворения (термического переноса массы) или окисления в зависимости от содержания кислорода в жидком металле (рис.2.4.12) [29, 30]. Процесс перевода материалов в состояние окисления называется кислородным ингибированием. Жидкометаллическая коррозия имеет место при содержании кислорода менее 10-7 …108 %. Она протекает с высокой скоростью. При температурах 450-500 оС скорость коррозии низколегированных сталей, а также нержавеющих сталей аустенитного и мартенситно-ферритного классов составляет 1-10 мм/год. Растворение легированных сталей происходит селективно с образованием пористого коррозионного слоя, обедненного никелем и хромом.
Рис. 2.4.12 Определение пассивного состояния сталей в жидком свинце при 550°С и длительности испытаний 3000 часов
При низкой концентрации кислорода стали всех классов обладают приемлемыми коррозионными свойствами при температурах 300-380оС. Применение сталей для работы в тяжелых теплоносителях при температурах выше 380 оС без специальных мер защиты (например, ингибирования) считается недопустимым. При концентрации кислорода больше 10-7 % стали окисляются. Оксидные пленки защищают материал от жидкометаллической коррозии. Кинетика окисления сталей в тяжелых жидких металлах подчиняется степенному закону dn = Кt (где d - толщина оксидного слоя, t - время, К – константа скорости окисления). Показатель степени n определяется легированием стали. Введение в сталь элементов, улучшающих жаростойкость (например, кремния) подавляет окисление (рис. 2.4.13). Толщина оксидной пленки на аустенитной стали, легированной 3 % кремния, после испытаний в свинце, содержащем 10-6 % кислорода, оказывается в 3 и более раза меньше, чем на стали 08Х16Н11М3. Мартенситная 9 %-ная хромистая сталь, легированная 1,5 % кремния, окисляется с большей скоростью, чем аустенитная. Введение кремния в низколегированные стали радикально не улучшает их стойкость к окислению.
Рис. 2.4.13. Рост окисных пленок на сталях в потоке свинца при 550°С
После длительных испытаний в потоке свинца и свинца-висмута на поверхности сталей образуется оксидная пленка, наружный слой которой состоит из магнетита Fe3O4, а внутренний – из сложной шпинели Fe (Fe1-xCrx)2O4. Во внутреннем слое пленок, кроме шпинели, присутствует сложный оксид FeO.SiO2
Адсорбционное охрупчивание
При растяжении образцов в контакте с тяжелыми жидкими металлами может иметь место снижение прочности и пластичности, что должно учитываться при расчете конструкций. Охрупчивание стали наблюдается в интервале от температуры плавления теплоносителя до 500-550 оС. Максимальный эффект установлен при температурах 350-450 оС (рис. 2.4.14). Жидкометаллическое охрупчивание проявляется на сталях с объемноцентрированной решеткой (перлитных, 9-12 %-ных хромистых мартенситно - ферритных). Хромоникелевые аустенитные стали с ограниченным содержанием ферритной фазы не чувствительны к этому виду охрупчивания (рис. 2.4.5.14). Степень охрупчивания низколегированных и мартенситно-ферритных сталей зависит от их исходной прочности и содержания ферритной фазы. Эффект охрупчивания усиливается с увеличением прочности и склонности к хрупкому разрушению в исходном состоянии. Важно проводить качественную термообработку сварных соединений этих сталей с целью недопущения повышения твердости в металле шва и околошовной зоне.
Рис. 2.4.14. Пластичность при кратковременном растяжении в свинце сталей 05Х11Н3СМ и 05Х15Н11С3М
Эффект жидкометаллического охрупчивания имеет место при смачивании поверхности жидким металлом. Эффект исчезает при переходе стали в пассивное состояние.
2.4.5.4. Стали и сплавы для работы в контакте С тяжелыми жидкими металлами
Из-за невысокого давления жидкометаллического теплоносителя механические напряжения в корпусе реактора и трубопроводах невелики. Это позволяет использовать для изготовления реакторного оборудования технологичные аустенитные стали. Для области температур 300-400 оС оптимальными являются аустенитные стали типа 18-10. Скорость коррозии их невелика, и для аустенитных сталей отсутствует эффект адсорбционного охрупчивания. Для корпуса реактора, для которого характерно облучение относительно небольшим флюенсом до 1021 н/см2, нашла применение аустенитная сталь марки 08Х18Н10Т. Аустенитные нестабилизированные стали, содержащие до 3 % молибдена типа 08Х16Н11М3, имеют наиболее высокое сопротивление низкотемпературному радиационному охрупчиванию. Они являются перспективными материалами для элементов, для которых флюенс нейтронов достигает 1022 н/см2. При использовании кислородного ингибирования в области температур до 550 оС для деталей узлов и конструкций первого контура необходимо применение аустенитных сталей, легированных не более 2,5 % кремния. Оптимальным является состав 04Х15Н11С3МТ. (табл. 2.4.17.). Для деталей, где потенциально проявляется радиационное распухание, необходимо применение 9 %-ных хромистых сталей, легированных до 1,5 % кремния. Мартенситные стали пригодны и в качестве материала для трубной системы парогенератора и теплообменников, находящихся в контакте одновременно с жидким металлом и пароводяной смесью. Оптимальным составом является сталь 10Х9НСМФ (табл. 2.4.17). Другим вариантом материала для труб парогенератора являются биметаллические трубы с внутренним слоем из высоконикелевой стали 03Х21Н32М3Б и наружным слоем из кремнистой стали 04Х15Н11С3МТ (табл. 2.4.17). Стендовые испытания подтвердили высокую коррозионную стойкость биметаллических труб в пароводяной среде в условиях теплового потока более 1000 кВт/м2. Применение низколегированных перлитных сталей для труб теплообменников при температурах выше 450 оС недопустимо из-за их высокой скорости окисления в потоке теплоносителя. Таблица 2.4.17   Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
