Аустенитные нержавеющие хромоникелевые стали.

К конструкционным материалам реакторного контура ядерных энергетических установок (ЯЭУ) предъявляют весьма жесткие тре­бования в отношении их коррозионной стойкости. Это особенно важ­но для контуров, в которых в качестве теплоносителя используют лег­кую воду или жидкие металлы. Вода даже высокой чистоты является коррозионно-агрессивной средой. В жидких металлах при температуре выше 773 К наблюдается перенос массы.

В первые годы строительства ЯЭУ с водным и жидкометаллическим теплоносителями было мало данных о коррозионной стойкости раз­личных материалов в воде высокой чистоты и в жидких металлах, так как обычная теплоэнергетика не ставила своей задачей изучение этих проблем. Поэтому исследовались в основном материалы, обла­дающие самой высокой коррозионной стойкостью, освоенные в смеж­ных отраслях промышленности. Основным конструкционным материалом была выбрана аустенитная хромоникелевая нержавеющая сталь (советские марки Х18Н9 и Х18Н10Т и американские стали типа 304 и 347). Стали этого класса коррозионно-стойки в воде до температуры 633 К, в газовом теплоносителе (например, в углекислоте до 873 К) и в водяном перегретом паре — до температуры 923 К. Наряду с вы­сокой коррозионной стойкостью эти стали имеют необходимые техно­логические характеристики.

Аустенитные нержавеющие стали успешно применяют в качестве оболочек твэлов и других элементов активной зоны в реакторах на тепловых и быстрых нейтронах. Несмотря на более высокие значения сечения поглощения тепловых нейтронов [(2,7—2,9)·10^-28 м² по сравне­нию с 0,19·10^-28 м² у циркония], что приводит к необходимости использования более обогащенного топлива, хромоникелевые нержа­веющие стали имеют ряд важных преимуществ перед другими материа­лами. Они в несколько раз дешевле, чем цирконий, обладают высокой жаропрочностью и жаростойкостью, вплоть до 823—873 К, имеют хорошую свариваемость, технологичны. Оболочки из стали Х18Н10Т предпочтительны для реакторов на быстрых нейтронах, так как в та­ких реакторах в основном в качестве теплоносителя используют жидкие металлы.

Состав некоторых хромоникелевых сталей и их сплавов приведен в табл. 8.12. Нержавеющие аустенитные стали обладают достаточно высокими механическими характеристиками вплоть до температуры 873—923 К (табл. 8.13), поэтому их можно применять в реакторах с высоким давлением теплоносителя. Для повышения жаропрочности аустенитных нержавеющих сталей необходимо дополнительное леги­рование молибденом или вольфрамом.

При использовании аустенитных нержавеющих сталей для оболо­чек твэлов необходимо обращать внимание на совместимость стали с ядерным топливом. Сталь X18Н ЮТ хорошо совместима с двуокисью урана до температуры 1023 К. Это особенно важно при использова­нии жидкометаллических теплоносителей, так как даже при наруше­нии герметичности оболочки твэла двуокись урана не взаимодействует

 

 

Механические свойства стали Х18Й10Т при различных температурах
	Л С	га С			(В С			щ й	сз С			« с	■й
Г, к	% V* ь	g м t>	6. %	■ф. %	£ в) о	о — я . С Й	Т. К	о	S Ь	а. %	'!>. %	2 я а	2 га . С Ш S
293	270	655	55,0	75,5	2,50	2,02	773	170	430	30,0	64,5	3,65	1,69
373	245	510	44,0	76,5	.—	1,98	823	180	455	40,5	61,0	3,65	1,64
473	205	465	38,0	70,5	3,70	1,93	873	160	360	28,5	64,5	3,60	1,60
573	160	450	29,0	66,0	—	1,85	923	160	355	30,0	68,3	_	1,55
673	180	445	20,5	64,0	3,17	1,77	973	180	275	29,5	57,5	3,40	1,50

 

с жидким металлом (натрием). С металлическим ураном такие стали вступают во взаимодействие в пределах температур 773—973 К, обра­зуя урансодержащие интерметаллические соединения в слое от 0,03 до 0,5 нм.

Хорошо совместим с аустенитными нержавеющими сталями до температуры 873 К монокарбид урана, при более высокой температу­ре он обычно взаимодействует со сталью и несовместим с водой и па­ром при высоких параметрах последнего. Эти стали в воде высокой чистоты и в паре достаточно коррозионно-стойки. Высокая коррози­онная стойкость этих сталей обусловлена их способностью пассиви­роваться.

В зависимости от состава сталей, их структуры, значения pH и наличия примесей среды нержавеющие аустенитные стали могут под­вергаться нескольким видам коррозии: общей (охватывающей всю поверхность равномерно), местной (точечные, язвенные поражения), межкристаллитной (поражения по границам зерен) и коррозии под напряжением.

Общая коррозия этих сталей в дистиллированной воде при комнат­ной температуре протекает с кислородной деполяризацией. С ростом температуры возрастает скорость разряда попов водорода, и при тем­пературе 573—633 К в деаэрированной воде коррозия протекает с во­дородной деполяризацией. При наличии в воде кислорода эта сталь может корродировать с кислородной деполяризацией и при высокой температуре. Скорость коррозии аустенитных нержавеющих сталей в насыщенном паре практически равна скорости коррозии ее в воде при той же температуре.

Скорость общей коррозии в воде в статических условиях при 553— 623 К составляет 0,8—4 мкм/год, а в пароводяной смеси при наличии кислорода при температуре до 873 К и давлении до 3,5 МПа она рав­на 5—10 мкм/год. В промышленных установках под действием радиа­ции и при циркуляции воды и пара скорость коррозии несколько по­вышается, но до температуры 873К эти стали достаточно коррозионно­устойчивы.

Наличие в стали шлаковых включений, трещин, раковин, различ­ных загрязнений и других неоднородностей может привести к развитию местной коррозии (язвенной, точечной или отдельными пятна­ми). Этот вид коррозионных повреждений особенно опасен для тонко­стенных оболочек твэлов, так как образование отверстия в оболочке открывает доступ теплоносителя к ядерному горючему, что приводит к аварийному состоянию реактора. Различные неоднородности метал­ла приводят к образованию микрогальванических коррозионных пар, следствием которого являются местная депассивация участков метал­ла и растравливание их.

 

 

Развитию местной коррозии способствует также присутствие в воде нона хлора, вызывающее усиление процессов депассивации поверх­ности металла, о чем свидетельствуют анодные кривые на рис. 8.6. С увеличением концентрации ионов хлора в растворе область пассив­ности сокращается и при концентрации 1000 мг/кг хлоридов металл переходит полностью в активное состояние. Поэтому допустимое ко­личество хлоридов в воде реактора не должно превышать 0,1 мг/кг. Местная коррозия таких сталей более интенсивно протекает в застой­ных зонах, в щелях, в местах возможного упаривания воды, когда состав воды меняется в сторону увеличения в ней примесей. Эти стали используют в активной зоне реактора для изготовления кассет, подве­сок, дистаициопирующнх и других элементов, тепловых экранов. При изготовлении деталей из разнородных металлов, например нержавею­щая сталь—алюминий, возможно увеличение общей скорости корро­зии алюминия за счет образования макрогальванических пар вследст­вие разности их потенциалов.

Аустенитная нержавеющая сталь подвергается еще одному виду местной коррозии—межкристаллнтной. Сущность ее состоит в том, что выдержка этих сталей при температуре 823—923 К приводит к выпадению карбидов хрома по границам зерен. Граничные области зерен обедняются хромом, что уменьшает электрохимическую стойкость этих областей. Отмечается, что сталь с повышенным содержанием угле­рода более чувствительна к межкристаллитпой коррозии, так как при этой температуре углерод интенсивно диффундирует к границам зерен. Увеличение содержания никеля в аустеиитной нержавеющей стали не влияет на склонность ее к этому виду разрушения; повышение со­держания хрома или дополнительное легирование ее молибденом в не­которых случаях способствует пассивации обедненных границ и тем самым увеличивает стойкость сталей к межкристаллнтной коррозии. Однако такой способ борьбы с этим видом разрушения не является ра­дикальным. Наилучшие результаты получают при легировании или, как принято говорить, при стабилизации аустенитных нержавеющих сталей титаном или ниобием. Титан и ниобий дают с углеродом весьма стойкие карбиды, не диссоциирующие даже в случае аустенизации сталей при температуре 1323—1373 К. В стабилизированных сталях содержание свободного углерода, т. е. не связанного в карбиды титана и ниобия, мало и не превышает растворимости углерода в аустените при комнатной температуре. В связи с этим образования карбидов хрома и обеднения хромом границ зерен не. происходит.

Количество титана и ниобия, вводимого в сталь, зависит от содер­жания углерода в ней и определяется но следующим зависимостям: %Ti = 5 (%С — 0,03); %Nb = 10 (%С — 0,03).

Если сталь легирована азотом, то стабилизировать ее следует ни­обием, так как титан расходуется на образование нитридов. Для из­готовления особо тонких труб с толщиной стенки 0,5 мм и менее также следует применять стали, легированные ниобием. Титан может давать карбиды, размеры которых могут быть почти соизмеримы с толщиной стенки трубы.

Стойкость аустенитных нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии существенным образом зависит от термической обработки. Стойкость деталей, изготовленных из стали, склонной к межкристал­литной коррозии, может быть повышена аустенизацией, если их ра­бочая температура не превышает 873 К. При аустенизации карбиды хрома диссоциируют, и сталь становится стойкой к межкристаллит­ной коррозии. В ряде случаев аустенитную нержавеющую сталь целе­сообразно подвергать стабилизирующему отжигу при температуре 1073—1143 К в течение 1—3 ч. При этом максимальное количество углерода связывается в карбиды. Пограничные области зерен при этом обедняются хромом. Однако при температуре 1073—1143 К скорость диффузии хрома достаточно велика, и вследствие диффузии его из

середины зерен к границам концентрация хрома у границ увеличи­вается и сталь становится стойкой к межкристаллитной коррозии.

Аустенитные нержавеющие стали, стабилизированные титаном и ниобием, после длительной эксплуатации при температуре 773— 873 К становятся склонными к межкристаллитной коррозии. Для уст­ранения этого явления следует увеличивать отношение титана к угле­роду в стали и подвергать сталь аустенизации с последующей стабили­зацией. Для обеспечения стойкости аустенитной нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии при длительной эксплуатации при тем­пературе 773—923 К отношение титана к углероду должно быть 10—17.

Выпадение карбидов и обеднение границ зерен хромом происходят при нагреве стали в процессе сварки. Нагрев стали до 823—923 К происходит в пришовной зоне, которая чаще всего и становится склон­ной к межкристаллитной коррозии.

Следует отметить, что на стали, склонной к межкристаллитной коррозии, последняя развивается не во всех средах. Наиболее интен­сивно межкристаллитная коррозия развивается в кислых средах при повышенной температуре. При температуре выше 373 К и высоком давлении межкристаллитная коррозия развивается при наличии в водей паре кислорода более 0,1—0,3 мг/кг. В деаэрированной воде и паре межкристаллитная коррозия не развивается па сталях, склон­ных к ней, при испытаниях по стандартному методу, так же как и в аэрированной воде при температуре ниже 373 К.

Испытания сталей на склонность их к межкристаллитной корро­зии производятся в соответствии с ГОСТ 6032—75. Склонность к меж­кристаллитной коррозии проверяют также на сварных образцах. Для контроля межкристаллитной коррозии на готовых изделиях в ря­де случаев испытания также проводят в соответствии с ГОСТ 6032—75.

При изготовлении наиболее ответственных узлов проверке на межкристаллитную коррозию подвергают каждую поковку, трубу и т. п., для менее ответственных узлов достаточно произвести проверку ме­талла данной партии плавки.

Аустенитные нержавеющие стали при совместном воздействии на них механических напряжений и коррозионно-агрессивной среды под­вергаются особому виду разрушений — коррозионному растрескива­нию. Напряжение может быть приложенным или остаточным, по, как правило, всегда растягивающим. Коррозионное растрескивание про­является в виде трещин, скорость распространения которых зависит от состава и параметров коррозионной среды. Трещины могут разви­ваться от поверхности в глубь металла, проходя по телу зерен (транс- кристаллитное разрушение) и по границам зерен (межкристаллитное разрушение). Коррозионное растрескивание — опасный вид корро­зионного разрушения и может привести к выходу из строя оборудова­ния. Оно зависит от многих факторов — напряжения, состава среды, температуры, длительности воздействия среды, структуры и состава металла, степени пластической деформации (наклепа), характера за­щитных пленок на металле и др.

Для снижения склонности аустенитной стали к коррозионному растрескиванию необходимо обеспечить полное снятие наклепа. Рас­тягивающие напряжения от наклепа, складываясь с растягивающими действующими (рабочими) напряжениями, могут резко усилить рас­трескивание.

Увеличение содержания в стали хрома при постоянном содержании никеля, а также уменьшение содержания элементов, способствующих образованию аустенита (углерода, азота), до 0,01—0,002% делают эту сталь более стойкой к коррозионному растрескиванию. Увеличение

содержания аустенитообразующего элемента — никеля — более 10— 12% делает аустенит более стабильным, а сталь более стойкой к кор­розионному растрескиванию. Сплавы типа инконель, иикалой и др. с повышенным содержанием никеля более стойки к коррозионному рас­трескиванию, чем сталь Х18Н10Т.

Большую роль в коррозионном растрескивании аустенитных не­ржавеющих сталей играет состав коррозионной среды. Коррозионное растрескивание аустенитной нержавеющей стали наблюдается в раст­ворах, содержащих хлориды и кислород. С увеличением содержания в растворе хлоридов уменьшается область пассивности таких сталей (см. рис. 8.6). Из рис. 8.6 видно, что при содержании в растворе 1000 мг/кг хлоридов стали полностью переходят в активное состояние. С ростом количества хлоридов увеличивается коррозионное растрес­кивание аустенитной нержавеющей стали. На рис. 8.7 представлены данные по коррозионному растрескиванию одной из таких сталей с на­клепом 30% в нейтральных растворах при различном содержании хлорид-ионов при температуре 583 К без начальной деаэрации раст­вора. С ростом содержания хлоридов в растворе коррозионное растрескивание стали редко возрастает, и при концентрации хлоридов 1000 мг/кг образцы полностью разрушаются.

Коррозионное растрескивание аустенитных нержавеющих сталей происходит также в паровой фазе. Но наиболее опасными с точки зрения коррозионного растрескивания являются участки металла, подверженные попеременному увлажнению и высушиванию, т. е. местному упариванию. Ядерные энергетические реакторы используют

в качестве теплоносителя воду высокой чистоты. Реакторная и подпиточная вода строго нормируется по содержанию хлорид-иона. Но, несмотря на малые нормируемые значения содержания хлоридов в реакторной воде (от 0,1 до 0,5 мг/кг) и в воде парогенератора (0,5 — 1 мг/кг), в некоторых местах (места заделки труб парогенератора в трубные доски, участки с вялой циркуляцией и т. п.) может возникнуть упаривание и повышение содержания хлоридов до опасных с точки зре­ния коррозионного растрескивания концентраций. На рис. 8.8 пред­ставлена микрофотография трубки парогенератора, подверженной коррозии в результате упаривания воды с содержанием хлоридов 0,5 мг/кг.

В прямоточных парогенераторах с давлением 3—5 МПа раствори­мость солей в паре мала. В связи с этим происходит накопление хло­ридов в воде в зоне испарения. Это исключает создание прямоточного парогенератора со средними параметрами пара из аустенитных нер­жавеющих сталей.

Для давлений 18 МПа и выше вследствие быстрого увеличения растворимости хлоридов в паре их концентрия в воде не превышает допустимых значений. Следовательно, прямоточные парогенераторы, в которых трубы теплообменника выполнены из аустенитных сталей, целесообразно создавать только на высокие давления. При давлении 3-5 МПа эти стали следует применять для изготовления парогенера­тора с многократной циркуляцией.

Коррозионное растрескивание может возникнуть как при высокой, так и при относительно низкой температуре (353—363 К). При попа­дании воды (например, вследствие протечек) на наружную поверх­ность трубопровода, нагретую до 353—373 К, происходит упаривание ее и увеличение концентрации хлоридов на поверхности трубопровода. В этом случае коррозионное растрескивание может происходить под влиянием внутренних напряжений в металле, которые могут возник­нуть в процессе холодной прокатки труб, а также в результате накле­па от случайных ударов и царапин. При температуре 293—313 К, как правило, коррозионного растрескивания аустенитных нержавеющих сталей не происходит, что позволяет использовать их даже в конден­саторах, охлаждаемых морской водой. Хлориды могут проникать в сталь из изоляционных материалов, вызывая коррозию под напряже­нием. Коррозионное растрескивание сталей протекает и в паровой фазе при загрязнении пара хлоридами и кислородом. Отмечалось раз­рушение оболочек твэлов при ядерном перегреве пара вследствие раз­вития коррозионного растрескивания.

Аустенитные нержавеющие стали имеют высокую коррозионную стойкость в широком интервале значений pH воды как в отношении общей скорости коррозии, так и в отношении коррозионного растрес­кивания. Кислород существенным образом 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 усилению процессов коррозионного растрес­кивания, т. е. в данном случае важна не концентрация кислорода, а сам факт его присутствия. Процессы коррозионного растрескивания сталей могут происходить и в отсутствие кислорода, если в воде име­ются другие легко восстанавливающиеся элементы (например, трех-валентное железо).

В ядерных энергетических установках в результате радиолиза в воде реактора всегда присутствует радиолитический кислород. Процессы радиолиза воды в большей степени реализуются в кипя­щих реакторах, и количество радиолитического кислорода в паре мо­жет достигать 40 мг/кг. Поэтому принято строгое нормирование хлорид-иона в реакторной воде. Следовательно, для избежания коррозион­ного растрескивания стали состав воды, насыщенного и перегретого пара должен поддерживаться на высоком уровне чистоты. Склонность хромоникелевых аустенитных сталей к коррозионному растрескива­нию уменьшается с увеличением содержания в них никеля.

Несовершенство решетки металлов и сплавой играет существенную роль в процессах их коррозионного растрескивания. Образование и особое распределение дефектов могут вызвать хрупкое состояние в обычно пластичном материале.

Никель оказывает заметное влияние на распределение дислокаций в аустенитных нержавеющих сталях. Эти дислокации связаны с пло­скостями скольжения. При увеличении содержания никеля повышается энергия дефектов упаков­ки и облегчается поперечное сколь­жение.

 

Основываясь на зависимости распределения дислокаций дефор­мированных аустенитных нержа­веющих сталей от содержания ни­келя, следует ожидать значитель­ного повышения стойкости нержа­веющих сталей с 18% Сr против коррозионного растрескивания при содержании никеля более 18—20% (рис. 8.9).

При высокой концентрации ще­лочи и наличии напряжений в ме­талле аустенитная нержавеющая сталь подвержена особому виду разрушений — щелочной хрупко­сти. Она может развиваться и в от­сутствие кислорода. Природа это­го разрушения еще не выявлена. Щелочная хрупкость может наблю­даться, например, в местах упари­вания, где происходит увеличение содержания щелочи в 10 и более раз. Предупреждение коррозион­ного растрескивания аустенитной нержавеющей стали в ЯЭУ должно проводиться как применением сов­ременных средств водоочистки и водообработки, так и улучшением условий службы металла, его качества, сварки, термообработки. Существенное значение также приобретает правильный выбор тепло­вой схемы АЭУ и правильных конструктивных решений ее элементов.

Как уже отмечалось, аустенитные нержавеющие стали широко ис­пользуют в системах с жидкометаллическим теплоносителем (эвтек­тика Pb—Bi, Na, К, эвтектика Na—К, Li). Коррозионное воздействие жидкого металла па сталь отличается своеобразными особенностями; эти воздействия имеют иную природу, чем химическая или электро­химическая коррозия. Это воздействие наиболее ощутимо при темпе­ратуре большинства теплоносителей выше 773 К.

Для аустенитной нержавеющей стали при сложном составе жидко-металлического теплоносителя (например, эвтектика Na—К) и при наличии различных примесей (С, О, N, Н и др.) процессы взаимодейст­вия значительно усложняются. В этом случае возможно избирательное взаимодействие отдельных компонентов жидкого металла с твердым н его компонентами, В системах из аустенитных нержавеющих сталей с щелочными жидкометаллическими теплоносителями термический перенос массы становится заметным при температуре 773—873 К с раз­ностью температуры в системе порядка нескольких десятков градусов. Коррозионные поражения в этом случае локализуются в местах с мак­симальной температурой.

С увеличением скорости движения жидкометаллического теплоно­сителя скорость растворения стали увеличивается. Скорость раство­рения пропорциональна скорости движения жидкого металла в степе­ни ~ 0,8. При больших скоростях к коррозионному воздействию добав­ляется еще эрозионное и механическое повреждение, особенно для тя­желых жидких металлов. Главной причиной переноса массы являет­ся значительное различие растворимости данного вещества при раз­ной температуре (табл. 8.14). Так, в эвтектике Pb—Bi в активной зоне, где более высокая температура, возможно растворение из стали нике­ля или железа, а в менее нагретой части контура — осаждение их в виде интерметаллических соединений или чистого металла.

Примерная растворимость твердых металлов в жидких щелочных металлах  Таблица 8.14

 

Жидкий                металл	Температура, К	Массовое содержание твердого металла,%
		Ni	Cr	Fe	Nb	Mo
LiLi      Li	873 1073 1273 1473	0,1 1,8 4 -	0,01 0,02 - 4	0,002 0,005 0,025 0,065	- - <0,0001 -	- - <0,0001 0,03-0,1
Na              Na	873 1073 1273 1473	- - 0,004 -	0,00001 - - -	0,001 0,002 0,008 0,06	- - 0,0007 0,003	- - - -

металле того или иного компонента, в результате которой может происходить, например, науглероживание аустенитной стали вследствие обезуглероживания перлитной, если такая присутствует в контуре. Это приводят к изменению механических свойств стали. Так, в эвтектике Pb—Bi происходит выщелачивание никеля и хрома из стали, в результате чего сильно снижаются прочность и пластич­ность сталей, а в зоне взаимодействия аустенит частично переходит в феррит.

В жидком натрии также возможны растворение компонентов стали В горячей части и осаждение их в холодной части контура. Аустенитные

нержавеющие стали весьма устойчивы в жидком натрии и в эвтек­тике Na— К. Так, при 873 К в контуре с движущимся потоком натрия при содержании в нем 0,002% кислорода глубина коррозионного по­ражения стали Х18Н8Б составляет 2—3 мкм/год. Следовательно, необходимо в первую очередь очищать жидкий металл от кислорода. Кроме того, очень легко происходят выщелачивание и перенос угле­рода. Поэтому при конструировании реакторных контуров из таких сталей необходимо брать стали с минимальным содержанием углеро­да, а также систематически очищать жидкий металл от углерода.

По сравнению с другими жидкометаллическими теплоносителями щелочные металлы наименее агрессивны и аустеиитные нержавеющие стали наиболее пригодны для длительной работы в них до температуры 873 К. При более высокой температуре наблюдается заметное наугле­роживание поверхности нержавеющих сталей, особенно сталей, легиро­ванных сильными карбидообразующими элементами, например ти­таном. Науглероживание усиливается при наличии углеродсодержа­щих материалов в системе и может сопровождаться переносом углеро­да в ней. Перенос массы усиливается также в случае значительного пе­репада температуры в системе (423—473 К).

Перенос массы характерен и для компонентов стали (№, Fe, Сr) при одновременной межкристаллитной коррозии стали. Скорость межкристаллитной коррозии аустенитных хромоникелевых сталей в движущемся натрии составляет 0,05—0,25 мм/год при температуре 873—973 К и зависит в основном от содержания кислорода в натрии, резко повышаясь при содержании кислорода более 0,005%. В этом случае на поверхности стали образуются продукты коррозии в виде сложных окислов железа и натрия, которые могут также растворяться в потоке и осаждаться затем на холодных участках контура. При тем­пературе более 973 К можно применять жаропрочные и жаростойкие металлы и их сплавы, например на основе никеля (60—75% Ni, 16— 20% Сr5, до 5 % Мо, 1—2,5% Ti, до 10% W). Улучшения коррозион­ной стойкости жаропрочных сталей можно достигнуть добавкой до 30% А1.

При высокой температуре натрия (более 1073 К) целесообразно применять тугоплавкие металлы (Та, Mo, Nb, W) и их сплавы. При­сутствие в жидком металле кислорода и азота снижает коррозионную стойкость тугоплавких металлов.

Коррозионная стойкость аустенитных сталей в эвтектике Na—К ниже, чем в натрии, и понижается с увеличением содержания калия в смеси. В литии скорость коррозии значительна, кроме того, не ре­комендуется сочетать с ним стали с высоким содержанием никеля, так как никель хорошо выщелачивается. На увеличение скорости коррозии в литии существенным образом влияют примеси, в первую очередь азот и кислород. Хромоникелевые стали с литиевым теплоно­сителем можно применять до 773—873 К, при более высокой температу­ре (973—1073 К) предпочтение следует отдать ферритным нержавеющим сталям (например, 0X13, 1X13, IX12М2БФ н др.), не содержащим никеля. Изменение температуры вызывают те или иные термические напряжения в конструкционном материале, зависящие от скорости

изменения температуры. Термические напряжения зависят от физиче­ских и механических свойств материала. В аустенитных нержавею­щих сталях с относительно низкой теплопроводностью термические напряжения могут быть значительны и привести к разрушению стали.

Конструкционные материалы активной зоны подвергаются облу­чению нейтронами, γ-квантами и электронами.

Облучение приводит к изменению механических свойств материа­лов: возрастают предел текучести и предел прочности (в меньшей сте­пени), а относительное удлинение и относительное сужение умень­

шаются. Таким ооразом, облучение вызывает радиационное охрупчи­вание металлов и сплавов. Это ох­рупчивание в сочетании с терми­ческими и другими напряжениями, вибрациями, термическими цикла­ми и коррозионным воздействием теплоносителя может привести к разрушению оболочек твэлов. Низ­котемпературное облучение сталей 1X18H10T флюенсом нейтронов до 4·10²² см^-2 вызывает повышение прочности и снижение пластично­сти (рис. 8.10).

С увеличением температуры об­лучения выше 773 К механические свойства значительно ухудшаются. Высоко температурное охрупчива­ние свойственно не только нержа­веющим аустеннтным сплавам-ста­лям, но и сплавам на никелевой ос­нове. На рис. 8.11 приведено изме­нение механических свойств жаро­прочного сплава XH77TЮP, облученного при 423—473 К и испытанного при температуре до 1073 К. При температуре выше 873 К происходит быстрое снижение относи­тельного удлинения и предела прочности. Образование интерметаллических фаз, а также накопление гелия в результате некоторых ядерных реакций способствуют охрупчиванию стали и резкому сни­жению ее пластичности.

---

Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 540; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!