ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Коррозионная стойкость конструкционных материалов в жидкометаллических теплоносителях из "Коррозия конструкционных материалов ядерных и тепловых энергетических установок " Наряду с этим жидкий металл может внедряться в кристаллическую решетку конструкционных материалов, резко снижая при этом механические свойства последнего. При наличии плотно соприкасающихся металлических поверхностей этот эффект может привести к своеобразному спаиванию , затрудняющему разъем деталей. При длительной эксплуатации оборудования в расплавленных металлах может изменяться химический состав конструкционных материалов поверхностных слоев (в одних случаях за счет обезуглероживания, в других—за счет науглероживания поверхностных слоев металла). [c.45] Сварные соединения разрушаются в расплавленном натрии более интенсивно, чем основной металл. Смесь натрия и калия корро-зионно воздействует на металл так же, как и натрий, и все положения, справедливые для натрия, можно перенести на смесь натрия и калия. Натрий является менее коррозионно агрессивным теплоносителем, по сравнению с литием, галием, ртутью, оловом, свинцом и висмутом [1,47]. [c.45] Для создания защитной атмосферы в установках с натриевым теплоносителем рекомендуются гелий и аргон, содержащие кислород в тысячных долях процента [1,51]. Водород значительно диффундирует через нержавеющую сталь уже при температуре 600° С, и поэтому для создания защитной атмосферы мало пригоден [1,52]. В ряде случаев для очистки расплавленного натрия и защитного газа от кислорода и других примесей (воды, водорода, азота, углерода) рекомендуется контактировать натрий и газ при температуре свыше 500° С с цирконием, титаном [1,52] или сплавом 50% титана и 50% циркония. В последнем случае в системе не образуется твердых частиц. В атмосфере азота происходит азотирование нержавеющей стали в расплавленном натрии при температуре свыще 480° С [1,51], что отражается на механических свойствах материала. Очищать натрий от окислов можно также путем пропускания натрия (при температуре 250° С) через фильтр, изготовленный из аустенитной нержавеющей стали. [c.46] Постоянная С изменяется с повышением температуры в соответствии с законом Аррениуса. Для сплава циркалой 2 постоянная С в четыре раза меньше, чем у чистого циркония. Энергия активации реакции окисления циркония равна 29200 кал. При наличии водорода в натрии образуется гидрид натрия. Последний не реагирует с аустенитной нержавеющей сталью, но растворяется в металлическом цирконии. Скорость этой реакции возрастает с повышением температуры. Растворение водорода в цирконии мало влияет на механические свойства последнего. [c.47] Как указывалось выше, при контакте с натрием может происходить обезуглероживание углеродистых сталей. Процесс этот интенсифицируется в присутствии аустенитных нержавеющих сталей, которые при этом науглероживаются сами. При введении в углеродистую сталь 1—2% хрома процесс обезуглероживания сводится к минимуму и становится заметным при концентрации кислорода, равной 0,005%. При температуре 700 С обезуглероживание углеродистой стали протекает более интенсивно, чем при температуре 800° С. Это объясняется меньшей скоростью диффузии углерода в аустените, в который переходит феррит при температурах около 800° С. Другим источником углерода в натрии могут быть углеродсодержащие смазки и окись углерода, а также углекислый газ из защитной атмосферы. Для предельно допустимого содержания углерода в натрии принимается 40 мг углерода на 1 поверхности стали в контуре. [c.47] Уменьшить скорость коррозии металлов в натрии и снизить эффективность переноса можно путем введения в него ингибиторов. Ингибитор хорошо растворим в натрии и имеет низкое сечение захвата нейтронов. Радиоизотопы вещества, являющегося ингибитором, не обладают больщой активностью. Свободная энергия образования окисла ингибитора больше, чем окисла натрия. При добавлении в натрий 1% бария скорость переноса, в случае использования аустенитной нержавеющей стали при температуре 538—472° С, снижается в 17 раз, при добавлении 1% стронция она снижается в 12, а кальций при введении 1% — в 10 раз. Скорость переноса отдельных изотопов при добавлении в натрий 1 % бария уменьшилась следующим образом Со в семь раз, г — в 20 раз. Ре — в 120 раз и Мп — в 650 раз. Для успешного применения бария в качестве ингибитора необходимо разработать простую технологию удаления окиси бария, образующейся в системе. Опыт работы с натриевыми контурами показал, что при нормальных условиях эксплуатации и низком содержании кислорода в натрии (0,001—0,01%) перенос вещества не вызывает больщих затруднений в работе атомных установок. Потребность в ведении ингибитора может возникнуть лишь в системах, работающих длительное время в условиях, ускоряющих перенос вещества. [c.48] Чистое железо стойко в натрии с малым содержанием кислорода до температуры 590° С [1,49]. При температуре 500° С и концентрации кислорода 0,014% скорость коррозии углеродистой стали составляет 0,1 мг1см мес. Сталь Х5М корродирует в этих условиях с меньшей скоростью. С ростом концентрации кислорода до 0,1 и 0,5% скорость коррозии этих сталей возрастает до 1,800 мг/см мес и 5,800 мг/см мес соответственно. Дальнейшее увеличение содержания хрома в стали до 13% существенно не изменяет ее коррозионной стойкости в этих условиях. При температуре 715° С й концентрации кислорода 0,01 % скорость коррозии составляет , мг1сзл мсс [1,47]. При температуре свыше 540° С возможно охрупчивание ферритных сталей однако, исходя из условий коррозионной стойкости, при этих температурах аустенитные нержавеющие стали можно заменить хромистыми сталями с содержанием 12—25% хрома. Количество кислорода в натрии при этом должно быть снижено [1,49]. [c.48] Медь и медные сплавы в расплавленном натрии ограниченно стойки. При температуре 315°С скорость коррозии недопустимо велика. Серебро и его сплавы менее стойки, чем медь и сплавы на медной основе [1,49]. [c.49] При температуре 400° С алюминий подвергается межкристаллит-ной коррозии. Если в алюминиевом сплаве содержится свыше 2% магния, последний селективно растворяется в натрии, а при наличии напряжений подвергается растрескиванию [1,56]. Магний значительно корродирует в натрии уже при температуре 200° С. Цинк, свинец, олово и мягкие припои при взаимодействии с натрием образуют интерметаллические соединения. Твердые припои с высоким содержанием хрома по стойкости близки к аустенитным нержавеющим сталям. [c.49] Цирконий, платина и гафний стойки в натрии до температуры 600—700° С, тантал в очищенном от кислорода натрии стоек до температуры 1000° С. Скорость коррозионного процесса бериллия становится значительной, если в натрии содержится 0,01% кислорода. Сурьма, висмут, кадмий, золото, иллий и чугун в натрии нестойки. На уран натрий воздействует только при наличии в последнем кислорода. При этом скорость реакции пропорциональна концентрации кислорода и при температуре 600° С для очищенного от кислорода натрия составляет 30—100 мк1мес. Торий и ванадий стойки в натрии до температуры 590° С. Скорость коррозии этих металлов 0,2 мг/см мес. Ниобий и вольфрам стойки в очищенном от кислорода натрии до температуры 900° С. Для кратковременной работы при температуре 1500° С пригоден молибден. Сварные соединения титана, циркония, ниобия, тантала, молибдена, никеля, выполненные аргонодуговой сваркой, стойки до температуры 800° С. [c.49] Коррозионное разрушение металлов и сплавов происходит вследствие растворения твердого металла в расплавленном натрии, путем взаимодействия окислов металлов, располагающихся между зернами и натрием и его окислами [1,49], [1,57]. При взаимодействии, например, окиси натрия с окислами кремния могут образоваться легкоплавкие эвтектики, что ослабляет связь между зернами металла. При наличии в натрии кислорода и соответственно окислов натрия коррозия может протекать по электрохимическому механизму [1,49]. С этим обстоятельством возможно связана более высокая скорость растворения металлов в натрии при контактах разнородных материалов. Анодный процесс состоит в переходе ион-атомов из кристаллической решетки в расплав, катодная реакция — в восстановлении натрия из окисла до металла. О. А. Есин и В. А. Чечулин [I, 58] доказали, что эффективность катодного процесса восстановления натрия определяется скоростью диффузии ионов натрия в расплаве, содержащем его окислы. Локальные коррозионные элементы на поверхности металла могут образоваться вследствие структурной неоднородности, различных уровней механических напряжений, разрушения окисных пленок на отдельных участках поверхности и по ряду других причин. Устранение кислорода из расплава или связывание его в прочные соединения ингибиторами подавляет электрохимическую коррозию и, как известно, увеличивает стойкость конструкционных материалов в расплавленном натрии. [c.50] В коррозионном отношении литий подобен натрию и сплаву натрия и калия. В отличие от последних литий при взаимодействии с воздухом образует коррозионноактивные нитриды. Следы азота, как и кислорода, в литии имеют большое значение с точки зрения ускорения коррозионных процессов [1,59]. После испытания в литии содержание углерода в сталях 20 и 45 при температуре 830 С в течение 230 час снизилось. Изучение микроструктуры этих сталей показало, что перлит в них отсутствует. В сталях 45 и У-7 появились пустоты. Потери веса сталей и количество лития, проникшего в них, тем значительнее, чем больше в стали углерода. Литий, взаимодействуя с углеродом, содержащимся в стали, образует карбиды, которые легко разлагаются водой с образованием ацетилена. Вероятно, эти обстоятельства способствуют образованию пустот в металле. Механические евойства углеродистых сталей (прочность, пластичность) после испытания в литии резко снизились. Снижение механических свойств происходит в тем большей степени, чем значительнее содержание углерода в исходном состоянии. Железо, содержащее 0,04% углерода, показало удовлетворительную коррозионную стойкость при испытании в литии. [c.50] При температуре 800° С в статических условиях в литии стойки молибден, вольфрам, ниобий, армко-железо. В загрязненном азотом литии при температуре 550° С не стойки никель и его сплавы, медь, алюминиевые сплавы [1,60]. Удовлетворительной стойкостью в литии обладают тантал, цирконий, титан. Вольфрам ограниченно стоек. Низкую стойкость в литии показали кобальт, ванадий, марганец, бериллий, хром и кремний [1,49]. В качестве защитной атмосферы при испытании образцов в литии могут применяться инертные газы гелий, неон и аргон [1,59]. Радиация на скорость коррозии конструкционных материалов в расплавленных натрии и литии почти не влияет [1,61], [1,62]. [c.51] В расплавленном-висмуте чистое железо и углеродистые стали стойки до температуры 700° С. Хромистая сталь, легированная до 27% хрома, хромо-никелевые аустенитные стали и ниобий стойки до 500° С. Молибден, тантал, бериллий и графит устойчивы в висмуте до температуры 1000° С, хром — до 750° С. Алюминий и цирконий подвергаются интенсивному разрушению при температурах свыше 300° С. Медь, никель, марганец, свинец и торий не стойки в висмуте [1,63]. С увеличением температуры, растворимость металлов в висмуте возрастает. В интервале температур 271—800° С наиболее растворимы в висмуте цирконий, хром и железо. [c.51] Из-за малой растворимости железа в свинце скорость коррозионного процесса сталей с низким содержанием никеля в этом теплоносителе при температуре 540° С незначительна. Скорость растворения железа в этом случае в 100 раз меньше, чем в висмуте при той же температуре. Цирконий и молибден стойки в свинце при температурах до 1000° С. При наличии механических напряжений не рекомендуется применять молибден при температурах свыше 800° С [1,49]. В расплавленном свинце при температуре 800° С и перепаде температур в контуре, равном 300° С, только в случае ниобия и молибдена не отмечается заметного переноса масс. Низколегированные хромистые и хромоникелевые стали, а также сплавы никеля в этих условиях нестойки ]1,49]. Алюминий, медь и никель не стойки в расплавленном свинце [1,60]. Цирконий в свинце стоек до температуры 300° С. [c.52] Галлий, плавящийся при комнатной температуре, является почти универсальным растворителем металлов [1,59]. Для него невозможно подобрать конструкционный материал, надежный в работе при высокой температуре. Цирконий при температуре 600° С и выше нестоек в эвтектике висмут — индий — олово. Расплавленный цинк разрушает титан при температуре 420° С и выше [1,61]. Расплавленный алюминий до температуры 600° С не взаимодействует с железом [1,67]. [c.53] Вернуться к основной статье