Характеристика корозійних властивостей криць 06Cr18Ni10Ti, 08Cr18Ni10Ti та стопу 42CrNiMo в умовах, що імітують теплоносій першого контуру водяного реактора під тиском

В. А. Зуйок, Р. А. Рудь, М. В. Трет’яков, Н. В. Рудь, Я. О. Куштим, В. В. Штефан

Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, вул. Академічна, 1, 61108 Харків, Україна

Отримано: 02.01.2023; остаточний варіант - 15.02.2023. Завантажити: PDF

У статті проведено аналізу корозійних властивостей конструкційних матеріялів першого контуру легководних реакторів. Наведено результати автоклавних випробувань аустенітних неіржавійних криць 06Х18Н10T, 08Х18Н10T та хромоніклевого стопу 42ХНМ в модельному середовищі теплоносія першого контуру за температури у 350°C і тиску у 16,5 МПа. Корозійна стійкість оцінювалася за швидкістю зміни маси та зовнішнім виглядом зразків, мікроструктурою окисних плівок і кількістю металу, який вступив у взаємодію з корозійним середовищем. Встановлено, що зразки зі стопу 42ХНМ, на відміну від криць Х18Н10Т, окиснювалися з приростом маси у 9 мг/дм$^2$ за 10 000 годин випробувань. Масовий показник корозії криць за цей самий час майже не змінювався та становив 0–-2 мг/дм$^2$. Відбивна здатність поверхні металів знизилася незначно, окисна плівка була міцно зчеплена з основою, будь-які прояви локальної корозії та відкладень були відсутні, що свідчить про високу корозійну стійкість досліджуваних матеріялів. Дослідження морфології поверхні окисних плівок показало, що під час автоклавування на їхній поверхні формуються компактні мікрокристалічні виділення пірамідальної форми. Для визначення корозійного ураження досліджуваних матеріялів проведено видалення продуктів корозії хемічним способом з поверхні зразків. Показано, що за 10 000 годин корозійні втрати криць Х18Н10Т становлять 55 мг/дм$^2$, стопу 42ХНМ – 5 мг/дм$^2$. Встановлено, що коефіцієнт розчинення окисних плівок, який показує відношення маси окисної плівки, що перейшла до корозійного середовища, до загальної маси окису, що утворився при окисненні матеріялу, для стопу 42ХНМ дорівнює нулю, в той час як для криць він становить 30%. Це свідчить про те, що застосування стопу 42ХНМ у якості конструкційного матеріялу активної зони уможливить в значній мірі нівелювати таке небажане явище, як винесення продуктів корозії в контур і подальша активація їх. Визначено залежність, що апроксимує кінетику корозії криці та стопу. На початкових стадіях корозії (до 1000 годин) втрата маси описується степеневою залежністю з показником степеня 0,817 і 0,720 для криць марок 06Х18Н10T та 08Х18Н10T відповідно. За більш тривалих випробувань показники степеня становили 0,347 і 0,352. Експериментальні результати щодо зміни маси зразків стопу 42ХНМ, одержані за весь період дослідження, описуються однією залежністю з показником степеня 0,510. За результатами роботи зроблено основний висновок, що хромоніклевий стоп 42ХНМ на відміну від неіржавійних криць Х18Н10Т в модельних умовах теплоносія першого контуру легководного реактора має більш високу корозійну стійкість. Окисні плівки, які утворюються на його поверхні, майже не мають схильности до розчинення на відміну від криць Х18Н10Т, для яких коефіцієнт розчинення становить 30%.

Ключові слова: корозія, водяний реактор, окис, автоклавне випробування, кінетика корозії, 42ХНМ, Х18Н10T.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i04/0481.html

PACS: 28.41.Qb, 28.52.Fa, 68.35.bd, 82.45.Bb, 88.30.Nn


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. V. G. Krickij, Yu. A. Rodionov, I. G. Berezina, E. V. Zelenina, A. V. Gavrilov, A. P. Shukin, A. I. Fedorov, M. G. Shedrin, and A. V. Galanin, Formirovanie i Udalenie Otlozheniy v 1-om Konture AES s VVER [Formation and Removal of Deposits in the 1st Circuit of the VVER Nuclear Power Plant] (Sankt-Peterburg: Beresta: 2011) (in Russian).
  2. P. Cohen, Water Coolant Technology of Power Reactors (Am. Nucl. Soc.: 1980).
  3. Y. Solomon, An Overview of Water Chemistry for Pressurized Water Reactors, Proceedings of Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems (Br. Nucl. Energy Soc.: 1978) p. 101. Crossref
  4. B. A. Kalin, Atomnyy Ehkspert, Nos. 2–3 (2019) (in Russian).
  5. K. Fukuya, K. Fujii, H. Nishioka, and Y. Kitsunai, J. Nucl. Sci. Technol., 43, No. 2: 159 (2006). Crossref
  6. F. L. LaQue and M.A. Cordovi, The Corrosion of Pressure Circuit Materials in Boiling and Pressurized-Water Reactors (Special Report 69) (London: Iron Steel Inst.: 1961), p. 157.
  7. M. I. Solonin, V. P. Kondratev, S. N. Votinov, V. N. Rechytskyy, Yu. Y. Kazennov, A. B. Alekseev, and V. P. Kolotushkyn, Voprosy Atomnoi Nauki i Tekhniki, 1(52): 13 (1995) (in Russian).
  8. M. I. Solonin, A. B. Alekseev, Y. I. Kazennov, V. F. Khramtsov, V. P. Kondra’ev, T. A. Krasina, V. N. Rechitsky, V. N. Stepankov, and S. N. Votinov, Nucl. Mater., 233237: 586 (1996). Crossref
  9. M. I. Solonin, A. B. Alekseev, S. A. Averin, Yu. A. Burenkov, V. M. Chernov, B. K. Kardashev, V. P. Kondrat’ev, A. V. Kozlov, V. N. Rechitsky, and S. N. Votinov, J. Nucl. Mater., 258263, Part 2: 1762 (1998). Crossref
  10. A. V. Vatulin, V. P. Kondratev, V. N. Rechickiy, and M. I Solonin, Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, 11 (593): 19 (2004) (in Russian).
  11. B. A. Gurovich, A. S. Frolov, D. A. Maltsev, E. A. Kuleshova, S. V. Fedotova, and I. V. Fedotov, Materialy XI Konferencii po Reaktornomu Materialovedeniyu (NIIAR, Dimitrovgrad, May 27–31, 2019) (in Russian).
  12. S. A. Kushmanov, I. N. Vasilchenko, V. V. Vyalitsyn, K. V. Zinin, I. I. Ionova, K. Yu. Kurakin, V. M. Makhin, A. N. Churkin, Yu. I. Mironov, S. E. Sirotkin, and V. D. Risovanyy, Vopr. At. Nauki Tekh., Ser.: Obespechenie Bezop. AES, 30: 15 (2011) (in Russian).
  13. V. I. Prokhorov, V. D. Risovanyy, and S. A. Kushmanov, Vopr. At. Nauki Tekh., Ser.: Obespechenie Bezop. AES, 30: 5 (2011) (in Russian).
  14. G. V. Kulakov, S. A. Ershov, Yu. V. Konovalov, M. V. Leonteva-Smirnova, V. N. Rechickiy, M. V. Skupov, and V. V. Fedotov, Yadernoe Toplivo Novogo Pokoleniya dlya AES: Tezisy Nauchno-Tekhnicheskoy Konferentsii AO ‘TVEL’ (Oct., 2018, Sochi), p. 37 (in Russian).
  15. G. V. Kulakov, S. A. Ershov, Yu. V. Konovalov, M. V. Leonteva-Smirnova, V. N. Rechickiy, M. V. Skupov, V. V. Fedotov, V. Yu. Shishin, and A. A. Sheldyakov, Tezisy Dokladov na XI Konferentsii po Reaktornomu Materialovedeniyu (May 27–31, 2019, Dimitrovgrad), p. 37 (in Russian).
  16. G. V. Kulakov, Yu. V. Konovalov, A. V. Vatulin, A. A. Kosaurov, V. Yu. Shishin, A. A. Sheldyakov, A. I. Romanov, O. A. Morozov, and O. B. Samoylov, At. Energ., 130, No. 4: 208 (2021) (in Russian). Crossref
  17. V. Zuyok, R. Rud, M. Tretyakov, N. Rud, Ya. Kushtym, I. Dykyy, I. Shevchenko, H. Rostova, and V. Shtefan, Probl. At. Sci. Technol., No. 4 (140): 89 (2022). Crossref
  18. B. A. Gurovich, A. S. Frolov, D. A. Maltsev, E. A. Kuleshova, and S. V. Fedotova, Sb. Tezisov Dokladov 15-y Mezhdunarodnoy Nauchno-Prakticheskoy Konferentsii po Atomnoy Ehnergetike, 2019), p. 10 (in Russian).
  19. A. A. Slobodov, V. I. Zarembo, V. G. Krickij, L. V. Puchkov, and V. M. Sedov, Zh. Prikl. Khim., 59, No. 5: 1030 (1986) (in Russian).
  20. I. Yu. Dobrovolskaya, Nauchno-Tehnicheskoye Soveshchanie ‘Vodno-Khimicheskiy Rezhim Deystvuyushchikh AS (Sep. 1921, 2000, Moskva) (in Russian).
  21. V. G. Kritski, 3rd Res. Coord. Meet. ‘Modelling of Transport of Radioactive Substances in Primary Circuit of Water Cooled Reactors (Nov. 610, 2000, Buenos Aires, Argentina).
  22. N. Gabor, P. Tilky, T. Pintér, A. Horvath, and R. Schiller, Nucl. Technology, 136: 331 (2001). Crossref
  23. State Standard 1987-01-01. Edinaya Sistema Zashity ot Korrozii i Stareniya. Metally i Splavy. Metody Opredeleniya Pokazateley Korrozii i Korrozionnoy Stoykosti. GOST 9.908-85. [Unified System of Corrosion and Ageing Protection. Metals and Alloys. Methods for Determination of Corrosion and Corrosion Resistance Indices. GOST 9.908-85] (Moskva: Izdatelstvo Standartov: 1990), p. 17 (in Russian).
  24. V. Krasnorutskyy, I. Petelguzov, V. Grytsyna, V. Zuyok, M. Tretyakov, R. Rud, O. Slabospytska, N. Ishchenko, and N. Svichkar, Journal of Materials Sciences and Applications, 2, No. 2: 10 (2016).
  25. ISO 8407:2021. Corrosion of Metals and Alloys – Removal of Corrosion Products from Corrosion Test Specimens.
  26. V. A. Zuyok, R. A. Rud, I. A. Petelguzov, and M. V. Tretyakov, Vopr. At. Nauki Tekh., Ser.: Fiz. Radiats. Povrezhdenii Radiats. Materialoved., No. 1 (65): 141 (2010) (in Russian).
  27. V. G. Kritskiy, Yu. A. Rodionov, P. S. Styazhkin, and E. V. Zelenina, Meropriyatiya po Snizheniyu Moshnosti Dozy v Pomeshcheniyakh 1-go Kontura AES [Measures to Reduce the Dose Rate in the Premises of the 1st Circuit of the NPP] (Sankt-Peterburg: 2010) (Prepr./VNIPIET.2010) (in Russian).
  28. V. G. Kritskiy, Yu. A. Rodionov, P. S. Styazhkin, and I. G. Beresina, Massoperenos i Formirovanie Otlozheniy v 1 Konture AS s Reaktorami VVER i RBMK [Mass Transfer and Deposit Formation in the 1st Circuit of NPP with VVER and RBMK Reactors] (Sankt-Peterburg: 2003) (Prepr./VNIPIET. No. 002-003, 2003) (in Russian).