Inconel 600 trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân: Trải nghiệm lựa chọn và dịch vụ vật liệu ống tạo hơi nước

Bên trong mỗi máy tạo hơi nước của lò phản ứng nước điều áp (PWR) có hàng nghìn ống-có thành mỏng -, một bộ phận lớn điển hình chứa hơn 7.000 ống U-. Mỗi ống là một ranh giới áp suất ngăn cách chất làm mát sơ cấp phóng xạ với hơi nước không{6}}phóng xạ và toàn bộ bó tạo thành bề mặt truyền nhiệt-lớn nhất trong hệ thống lò phản ứng. Vật liệu được chọn cho các ống đó sẽ quyết định liệu một nhà máy có hoạt động ổn định trong 40{10}60 năm hay phải đối mặt với việc thay thế sớm máy tạo hơi nước trị giá hàng triệu đô la.

Trong khoảng hai thập kỷ, tài liệu đó đã đượcInconel 600 (UNS N06600). Đó là một lựa chọn hợp lý: hàm lượng niken cao (tối thiểu 72%) giúp nó không bị nứt do ăn mòn do ứng suất clorua, có độ bền-nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa cao, đồng thời nó hoạt động tốt hơn thép không gỉ austenit được sử dụng trong các máy tạo hơi nước đầu tiên. Sau đó, dữ liệu thực địa lại kể một câu chuyện khác. Các ống bắt đầu nứt từ trong ra ngoài và cơ chế - nứt do ăn mòn do áp lực nước sơ cấp (PWSCC) - đã trở thành một trong những bài học vật liệu có hệ quả lớn nhất trong lịch sử hạt nhân thương mại, cuối cùng đã thúc đẩy ngành công nghiệp này hướng tới Hợp kim 690.

Inconel 600 là một hợp kim có nhiệt độ-cao tuyệt vời có một điểm yếu nghiêm trọng là - PWSCC trong nước nóng,-có độ tinh khiết cao - phản ánh hàm lượng crom tương đối thấp (14-17%). Đối với máy tạo hơi nước hạt nhân mới, Hợp kim 690TT (27-31% Cr) hiện là tiêu chuẩn toàn cầu vì nó tăng gấp đôi lượng crom và tăng khả năng chống PWSCC lên gấp 10 lần. Tuy nhiên, Inconel 600 vẫn đủ tiêu chuẩn và được sử dụng rộng rãi trong các dịch vụ-nhiệt độ cao{14}}không dùng hạt nhân - lò nung, hóa chất và xử lý nhiệt - trong đó PWSCC không phải là chế độ quản lý sự cố. Lựa chọn giữa chúng là vấn đề làm cho hợp kim phù hợp với cơ chế ăn mòn thực tế.

Inconel 600 là gì và tại sao nó được chọn?

Inconel 600 là hợp kim dung dịch niken-crom-sắt rắn-với hàm lượng niken tối thiểu là 72% và 14-crom. Hàm lượng niken rất cao là đặc điểm thiết kế chính: ma trận niken không bị nứt do ăn mòn do ứng suất clorua và không làm giòn hydro-như thép ferit. Crom cung cấp khả năng chống oxy hóa và ăn mòn ở nhiệt độ cao. Sự kết hợp này đã tạo ra sự nâng cấp hợp lý cho 600 từ thép không gỉ austenit khi máy tạo hơi nước PWR được thiết kế vào cuối những năm 1960 và 1970.

Inconel 600 không phải là một vật liệu khối-cứng rắn - mà là một vật liệu khối-được gia cố-rắn, có bề mặt-tập trung{6}}có độ dẻo và dai trong phạm vi nhiệt độ rất rộng, từ điều kiện đông lạnh cho đến dịch vụ oxy hóa ở nhiệt độ-cao. Nó có thể dễ dàng chế tạo thành ống liền mạch có thành mỏng, được hàn mà không cần xử lý nhiệt sau hàn và có khả năng chống thấm khí cacbon hóa, thấm nitơ và oxy hóa lên đến khoảng 1095 độ (2000 độ F). Những đặc điểm này giải thích lý do tại sao nó được sử dụng không chỉ cho ống lò phản ứng mà còn cho các bộ phận bên trong lò, thiết bị xử lý nhiệt và thiết bị xử lý hóa học.

[Nguồn] ASTM B167 / ASME SB-163 (Ống liền mạch Inconel 600); ASME SB-166 (thanh/que).

Tại sao hàm lượng niken lại quan trọng đối với các nhà thiết kế hạt nhân

Các nhà thiết kế đã chọn Inconel 600 vì ba lý do đều bắt nguồn từ hàm lượng niken cao của nó: khả năng chống lại hiện tượng nứt do ăn mòn do ứng suất clorua (một vấn đề đối với thép không gỉ dòng 300-trong các máy tạo hơi nước đầu tiên), đặc tính cơ học nhiệt độ-tăng cao mạnh mẽ và khả năng chống lại các chất hóa học ăn da và nước photphat khi đó được sử dụng ở mặt thứ cấp. Kiểu hư hỏng xuất hiện sau này - PWSCC - là hiện tượng nước-phía sơ cấp,-độ tinh khiết{9}}cao, không phải là vấn đề về clorua hay ăn mòn nói chung, đó là lý do tại sao nó không được dự đoán trước trong quá trình kiểm tra chất lượng ban đầu.

Một cách hữu ích để hiểu sự cân bằng-: Inconel 600 được tối ưu hóa cho-độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa và khả năng miễn nhiễm clorua -, tất cả đều bị chi phối bởi mức niken rất cao. Lý do nó không được tối ưu hóa là khả năng chống nứt lâu dài-trong nước nóng,{6}}có độ tinh khiết cao, được hydro hóa. Yêu cầu thứ hai đó chỉ trở thành động lực thiết kế chủ đạo sau khi vết nứt hiện trường xuất hiện và nó bị chi phối bởi hàm lượng crom - nguyên tố Inconel 600 có ít nhất trong họ của nó.

Inconel 600 Tính chất cơ lý

Inconel 600 ở điều kiện ủ cung cấp độ bền kéo tối thiểu khoảng 550 MPa (80 ksi), cường độ năng suất tối thiểu 240 MPa (35 ksi), độ giãn dài ít nhất 30% và độ cứng tối đa khoảng 184 HB. Đây là những giá trị độ bền vừa phải theo tiêu chuẩn siêu hợp kim, nhưng giá trị thực của hợp kim là sự kết hợp giữa độ bền với độ dẻo, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn trong phạm vi nhiệt độ rộng - thuộc tính rất phù hợp với ống tạo hơi nước có thành -mỏng và các bộ phận kết cấu có nhiệt độ{10}}cao.

[Nguồn] Bảng dữ liệu Kim loại đặc biệt Inconel 600; ASTM B167, ASME SB-163, ASME SB-166.

Inconel 600 hoạt động như thế nào ở nhiệt độ cao?

Inconel 600 chống lại quá trình oxy hóa trong không khí lên tới khoảng 1095 độ (2000 độ F) và duy trì độ bền hữu ích ở khoảng 650-815 độ tùy thuộc vào tải trọng và tuổi thọ cần thiết. Dưới nhiệt độ khoảng 540 độ, nó cũng có thể được sử dụng trong việc khử hoặc sunfua hóa bầu khí quyển. Tuy nhiên, trong máy tạo hơi nước hạt nhân, cửa sổ vận hành thấp hơn nhiều - khoảng 290-325 độ nước sơ cấp - và chính sự ăn mòn chứ không phải quá trình oxy hóa sẽ chi phối hiệu suất ở đó.

Sự khác biệt này rất quan trọng đối với việc lựa chọn. Danh tiếng về "nhiệt độ- cao" của Inconel 600 chủ yếu đến từ dịch vụ gas và lò nung, trong đó lớp oxit crom-bảo vệ (Cr₂O₃) giữ cho kim loại nguyên vẹn. Trong dịch vụ nước nóng, màng oxit tương tự bị thách thức bởi thành phần hóa học của nước, trạng thái ứng suất cơ học và điều kiện luyện kim của ranh giới hạt - một chế độ hoàn toàn khác. Bài học từ kinh nghiệm hạt nhân là hợp kim có thể hoạt động vượt trội trong dịch vụ khô ở nhiệt độ-cao và vẫn dễ bị tổn thương trong dịch vụ chứa nước ở nhiệt độ-cao, vì các cơ chế điều chỉnh không giống nhau.

Trải nghiệm dịch vụ - Cơ chế xuống cấp đã thay đổi ngành

Nứt do ăn mòn ứng suất nước sơ cấp (PWSCC) là cơ chế nứt giữa các hạt xảy ra khi ba điều kiện xảy ra cùng nhau: ứng suất kéo kéo dài trong thành ống (từ quá trình sản xuất, lăn vào tấm ống hoặc uốn chữ U), cấu trúc vi mô dễ bị ảnh hưởng và tiếp xúc lâu với nước sơ cấp borat nóng ở nhiệt độ khoảng 290-325 độ . Hợp kim 600 là hợp kim tạo hơi nước dễ bị PWSCC nhất vì 14-17% crom của nó không đủ để giữ nguyên màng thụ động và tránh sự suy giảm crom ở ranh giới hạt. Các vết nứt bắt đầu và phát triển dọc theo ranh giới thớ từ bề mặt bên trong ra bên ngoài.

PWSCC chính xác là nguy hiểm vì nó chậm và ẩn. Một ống có thể hoạt động trong nhiều năm trước khi xuất hiện dấu hiệu vết nứt có thể đo được; vào thời điểm nó được phát hiện bằng thử nghiệm dòng điện xoáy, thì ống đã bị hỏng. Ngành công nghiệp chưa bao giờ coi đây là một lỗi thiết kế đột ngột - đó là sự tích lũy dữ liệu hiện trường chậm mà trong những năm 1970 và 1980 đã phát hiện ra vết nứt ở phần lớn hoạt động của máy tạo hơi nước PWR và buộc các công ty tiện ích phải tham gia các chương trình quản lý và thay thế tốn kém.

• Các vị trí-PWSCC chính cần quan tâm trong máy tạo hơi nước Hợp kim 600 là:
• Quá trình chuyển đổi mở rộng ống-sang{1}}tấm ống - ứng suất dư cao do lăn/giãn nở.
• U-vùng uốn cong - ứng suất dư cao do uốn nguội, đặc biệt là ở bán kính chặt nhất.
• Các vị trí vết lõm và vết lõm nơi hư hỏng cơ học làm tăng ứng suất cục bộ.
• Hàn các vùng-bị ảnh hưởng nhiệt của ống-với-tấm ống và các mối nối khác.

Những cơ chế phân hủy nào khác ảnh hưởng đến ống hợp kim 600?

Ngoài PWSCC, các ống tạo hơi nước bằng Hợp kim 600 bị suy thoái thứ cấp bên - bên ngoài-, nứt do ăn mòn do ứng suất đường kính (ODSCC), ăn mòn giữa các hạt (IGA), SCC ăn da, SCC-gây ra chì (PbSCC), vết lõm, rỗ và dòng chảy-gây ra sự mài mòn/mòn. Những điều này được thúc đẩy bởi-hóa học nước thứ cấp, sự tích tụ bùn và các điều kiện kẽ hở ở các tấm đỡ ống - chứ không phải ở phía sơ cấp. Cùng với PWSCC, họ đã biến Hợp kim 600 trở thành vật liệu được quản lý tích cực nhất trong nhóm máy tạo hơi nước.

[Nguồn] Hướng dẫn kiểm tra máy tạo hơi nước NRC/EPRI PWR; Sổ ghi chép của NRC về việc xuống cấp Hợp kim 600 và thay thế máy tạo hơi nước.

Bản ghi hiện trường tệ đến mức nào - và phản hồi là gì?

Vào những năm 1990,-nứt nứt nguyên phát trong nước đã được phát hiện ở phần lớn các máy tạo hơi nước PWR đang vận hành và các công ty điện lực phải đối mặt với các chương trình thay thế trước thời hạn hàng thập kỷ. Phản ứng ngay lập tức là cắm và bọc ống -, ngừng sử dụng các ống bị hỏng hoặc sửa chữa chúng bằng các ống bọc hàn. Giải pháp-lâu dài là lắp lại ống hoặc thay thế toàn bộ máy tạo hơi nước bằng ống Hợp kim 690 được xử lý nhiệt. Giảm bớt thời gian nhưng lại tăng thêm hạn chế về dòng chảy và gánh nặng kiểm tra, đồng thời cắm đủ số ống làm giảm khả năng truyền nhiệt-của máy phát điện vượt quá giới hạn kinh tế.

Thử nghiệm tăng tốc trong phòng thí nghiệm đã định lượng khoảng cách giữa các điều kiện hợp kim và mang lại cho ngành công nghiệp sự tự tin để thực hiện chuyển đổi. Trong một chương trình được trích dẫn rộng rãi về các mẫu uốn cong chữ U ngược được tải tĩnh trong nước nguyên sinh 680 độ F (360 độ), vết nứt xuất hiện trong khoảng 300 giờ đối với Hợp kim 600 được ủ qua máy nghiền- và khoảng 800 giờ đối với Hợp kim được xử lý nhiệt 600 - nhưng không được quan sát thấy trong Hợp kim 690 được xử lý nhiệt ngay cả sau 12.000 giờ.

Trong các thử nghiệm kéo tĩnh ở nhiệt độ 680 độ F, nhà máy-ủ 600 vết nứt trong vòng khoảng 2.900 giờ, trong khi 690 được xử lý nhiệt cho thấy không có vết nứt sau 7.000 giờ. Trong thử nghiệm hơi nước tăng tốc ở nhiệt độ 760 độ F, nhà máy{10}đã ủ 600 vết nứt trong vòng khoảng 1.000 giờ, trong khi 690 được xử lý nhiệt không cho thấy vết nứt nào sau 6.000 giờ.

[Nguồn] Nghiên cứu của EPRI được tóm tắt trong hồ sơ cấp phép của NRC cho máy tạo hơi nước thay thế (ví dụ: Dự án Nam Texas Đơn vị 1 RSG, Hợp kim 690 được xử lý nhiệt, thiết kế Westinghouse Delta 94).

Kết quả thực tế: việc nâng cấp-điều kiện hợp kim lên đến mức độ lớn về điện trở PWSCC (hệ số cải thiện trên 10 trong nước sơ cấp) là lý do tại sao Hợp kim 690 được xử lý nhiệt trở thành vật liệu thay thế kỷ lục.

Máy nghiền-Ủ và Inconel xử lý nhiệt 600

Xử lý nhiệt (TT) là một chu trình nhiệt bổ sung được kiểm soát - khoảng 700-725 độ trong 10-15 giờ - được áp dụng sau bước ủ dung dịch/nghiền thông thường. Nó kết tủa các cacbua M23C6 giàu crom-dọc theo các ranh giới hạt trong Hợp kim 690 (và các cacbua loại M7C3-trong Hợp kim 600), làm tăng tính sẵn có của crom ở ranh giới hạt và giảm vùng thiếu crom dẫn đến nứt giữa các hạt. Hợp kim 600 được ủ qua quá trình nghiền (MA) là loại hợp kim chịu ảnh hưởng nhiều nhất từ ​​PWSCC trong quá trình sử dụng; TT Alloy 600 có khả năng chống chịu cao hơn đáng kể nhưng vẫn không tương đương với TT Alloy 690.

Trình tự xử lý nhiệt-cũng quan trọng như hóa học. Để có khả năng chống SCC tối ưu, trước tiên hợp kim phải được ủ trong dung dịch/nhà máy ở nhiệt độ đủ cao để đưa toàn bộ cacbon vào dung dịch (đối với Hợp kim 690, trên khoảng 1940 độ F / 1060 độ), sau đó xử lý nhiệt để kết tủa cacbua ở ranh giới hạt. Điện trở lớn nhất khi ranh giới hạt có nhiều cacbua và nền không bị nhạy cảm. Đây là lý do tại sao ống tạo hơi nước được cung cấp điều kiện xử lý nhiệt-được chỉ định chứ không chỉ là hóa học.

[Nguồn] Tài liệu cấp phép của NRC; Kỷ yếu hội thảo EPRI về Hợp kim 690 được xử lý nhiệt; Kai và cộng sự, Kỹ thuật và Thiết kế Hạt nhân 144 (1993).

Tại sao xử lý nhiệt không giải cứu được hoàn toàn hợp kim 600?

Xử lý nhiệt cải thiện Hợp kim 600 nhưng không thể làm cho nó tương đương với Hợp kim 690, vì hai hợp kim này khác nhau về hàm lượng crom - biến cơ bản. Sự cải thiện từ lượng kết tủa cacbua là có thật (khoảng 2-3 lần trong các thử nghiệm tăng tốc), nhưng chỉ với 14-17% crom, hợp kim vẫn có quá ít lượng crom dự trữ để giữ cho ranh giới hạt được bảo vệ trong nhiều thập kỷ trong nước sơ cấp. Hợp kim 690 bắt đầu với lượng crom gần gấp đôi, do đó, ranh giới hạt của nó vẫn được bảo vệ ngay cả trước khi xử lý nhiệt và bước TT sau đó sẽ mở rộng biên độ đó hơn nữa.

Đây là bài học luyện kim trung tâm của câu chuyện Inconel 600: việc kiểm soát cấu trúc vi mô có thể cải thiện hiệu suất của hợp kim theo hệ số vài lần, nhưng việc thay đổi tính chất hóa học cơ bản của hợp kim có thể thay đổi chính chế độ hỏng hóc. Để chuyển từ "vết nứt có thể quản lý được" sang "không có lỗi PWSCC nào được xác nhận", ngành công nghiệp đã phải thay đổi hợp kim chứ không chỉ thay đổi phương pháp xử lý nhiệt.

Inconel 600 so với 690 so với 800NG

Ba hợp kim xác định lịch sử của ống tạo hơi nước. Hợp kim 600 (N06600) là ống PWR ban đầu nhưng bị PWSCC thất bại và đã được loại bỏ khỏi nhiệm vụ hạt nhân quan trọng mới của SCC-. Hợp kim 690 (N06690) tăng gấp đôi lượng crom lên 27{11}}31% và hiện là tiêu chuẩn toàn cầu ở dạng được xử lý nhiệt mà không có lỗi ống PWSCC nào được xác nhận trong quá trình sử dụng. Hợp kim 800NG (N08800) là đường thay thế, được tiêu chuẩn hóa bởi các thiết kế CANDU và PWR của Siemens/KWU, sử dụng tỷ lệ titan-trên-carbon được kiểm soát thay vì crom cao để chống lại sự tấn công giữa các hạt. Sự lựa chọn trong số chúng được quyết định bởi thiết kế lò phản ứng, hóa học thứ cấp và dữ liệu vận hành tích lũy - không phải bởi một con số hiệu suất duy nhất.

[Nguồn] ASTM B167/B163/B407/B408; ASME SB-163; Tài liệu về máy tạo hơi nước EPRI và NRC.

Bạn nên chỉ định hợp kim nào cho ống tạo hơi nước?

Đối với ống tạo hơi nước PWR mới hoặc thay thế, hãy chỉ định Hợp kim 690 được xử lý nhiệt (UNS N06690). Đây là tiêu chuẩn toàn cầu, có hồ sơ PWSCC mạnh nhất và được hỗ trợ bởi dữ liệu đánh giá hàng thập kỷ. Hợp kim 800NG là lựa chọn chính xác cho các thiết kế lò phản ứng KWU/Siemens và CANDU đã tiêu chuẩn hóa trên nó, trong đó cân bằng crom sắt-niken-của nó phù hợp với thành phần hóa học thứ cấp của các nhà máy đó. Không nên chỉ định hợp kim 600 cho ống hạt nhân quan trọng SCC-mới; nó vẫn phù hợp với dịch vụ có nhiệt độ{10}cao phi hạt nhân và các bộ phận cũ của nhà máy được quản lý theo chương trình quản lý lão hóa đã được phê duyệt.

Đối với các nhà máy hiện có sử dụng ống Hợp kim 600, quyết định này mang tính quyết định trong vòng đời: tiếp tục kiểm tra nâng cao (thử nghiệm dòng điện xoáy) cộng với việc cắm/ống lồng hoặc lập kế hoạch thay thế máy tạo hơi nước bằng 690TT. Sự cân bằng-là gánh nặng kiểm tra, hạn chế dòng chảy từ các ống bị cắm và thời gian ngừng hoạt động so với chi phí vốn thay thế. Hầu hết các công ty tiện ích cuối cùng đều kết luận rằng việc thay thế bằng Hợp kim 690TT là con đường bền vững duy nhất.

Quy tắc lựa chọn thực tế - Kết hợp hợp kim với nhiệm vụ

Năm quy tắc lựa chọn hợp kim 600 so với 690

• Quy tắc 1Is the failure mode PWSCC in hot (>290 độ )-nước sơ cấp có độ tinh khiết cao? - Nếu CÓ, hãy chỉ định Hợp kim 690TT. Đây là tiêu chuẩn toàn cầu với hệ số cải thiện trên 10 trong nước sơ cấp và không có lỗi ống PWSCC nào được xác nhận.
• Quy tắc 2Lò phản ứng này là thiết kế KWU/Siemens PWR hay CANDU (AECL)? - Nếu CÓ, Hợp kim 800NG (Ti/C Lớn hơn hoặc bằng 12:1) là lựa chọn-được tiêu chuẩn hóa về thiết kế và được hỗ trợ đầy đủ bởi hồ sơ vận hành của đội xe đó.
• Quy tắc 3Nhiệm vụ này có phải là dịch vụ oxy hóa, thấm cacbon hoặc ăn da ở nhiệt độ cao-cao của hạt nhân không? - Nếu CÓ, Inconel 600 hoàn toàn đủ điều kiện, tiết kiệm hơn và không bị phạt PWSCC.
• Quy tắc 4Đây có phải là máy tạo hơi nước Alloy 600 hiện có không? - Quản lý nó bằng cách kiểm tra, cắm và lồng dòng điện xoáy nâng cao; lập kế hoạch thay thế 690TT khi khả năng-truyền nhiệt hoặc tính khả dụng trở nên hạn chế.
• Quy tắc 5Bạn có đang chỉ định điều kiện xử lý nhiệt không? - Luôn chỉ định rõ ràng (ủ-xay so với xử lý nhiệt). Hiệu suất của PWSCC phụ thuộc vào điều kiện cũng như thành phần hóa học; TT 690 không phải là sản phẩm giống với MA 690.

Kiểm soát coban và liều bức xạ

Trong dịch vụ hạt nhân, việc lựa chọn vật liệu không chỉ liên quan đến việc bẻ khóa - mà còn liên quan đến việc kiểm soát trường bức xạ. Cobalt-59, một tạp chất dạng vết tự nhiên, biến đổi dưới dòng neutron thành coban-60, một chất phát gamma mạnh chiếm ưu thế trong liều lượng của nhân viên trong thời gian ngừng bảo trì. Do đó, các loại hạt nhân của Hợp kim 690 giới hạn coban ở mức rất thấp (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,10%, thường Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05% hoặc 0,02%) và Hợp kim 690 giải phóng ít ion kim loại hơn vào chất làm mát lò phản ứng so với Hợp kim 600, làm giảm sự tích tụ sản phẩm ăn mòn được kích hoạt.

Đây là lý do tại sao các thông số kỹ thuật của ống tạo hơi nước hiện đại hạn chế chặt chẽ các nguyên tố coban, boron và cặn cũng như lý do tại sao việc cải thiện liều bức xạ được coi là lợi ích-lựa chọn vật liệu cùng với khả năng kháng SCC. Đối với một công ty điện lực, các sản phẩm ăn mòn được kích hoạt thấp hơn có nghĩa là liều lượng ngừng hoạt động thấp hơn -, một lợi ích trực tiếp về an toàn và chi phí cộng lại trong suốt vòng đời của nhà máy. Khi chỉ định ống cấp hạt nhân, hãy xác nhận giới hạn coban và boron trong báo cáo thử nghiệm vật liệu, không chỉ hóa chất cơ bản.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Tại sao Inconel 600 được chọn làm ống tạo hơi nước hạt nhân?

Đáp: Inconel 600 được chọn vào những năm 1960{4}70 vì hàm lượng niken cao (72% tối thiểu) giúp nó không bị nứt do ăn mòn do ứng suất clorua, nó có-độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, đồng thời nó chống lại các chất hóa học phụ-ăn da và photphat được sử dụng vào thời điểm đó. Nó có khả năng chống ăn mòn-cao hơn so với thép không gỉ austenit mà nó thay thế. Điểm yếu sau này của nó - PWSCC - không rõ ràng cho đến khi dữ liệu dịch vụ được tích lũy trong nhiều thập kỷ.

Hỏi: PWSCC là gì và tại sao nó ảnh hưởng đến Hợp kim 600?

Đáp: PWSCC (nứt do ăn mòn do ứng suất nước sơ cấp) là một cơ chế tạo vết nứt giữa các hạt trong nước sơ cấp boron có độ tinh khiết cao- ở nhiệt độ khoảng 290-325 độ. Nó đòi hỏi ba điều kiện đồng thời: ứng suất kéo kéo dài, cấu trúc vi mô dễ bị ảnh hưởng và tiếp xúc lâu với nước nóng. Hợp kim 600 dễ bị tổn thương vì lượng crom tương đối thấp (14-17%) cho phép màng oxit bảo vệ bị phá vỡ cục bộ và sự suy giảm crom ở ranh giới hạt tạo điều kiện cho các vết nứt giữa các hạt bắt đầu và phát triển.

Câu hỏi: Sự khác biệt giữa Hợp kim -được ủ (MA) và Hợp kim được xử lý nhiệt (TT) 600 là gì?

Đáp: Hợp kim-được ủ (MA) 600 là giải pháp-được ủ ở nhiệt độ khoảng 900-1000 độ và là tính khí chịu đựng hầu hết PWSCC trong quá trình sử dụng. Hợp kim 600 được xử lý nhiệt (TT) được xử lý nhiệt bổ sung ở khoảng 700-725 độ trong 10-15 giờ để kết tủa cacbua crom dọc theo ranh giới hạt; mạng lưới cacbit được kiểm soát này cải thiện điện trở PWSCC (khoảng 2-3 lần so với MA 600 trong các thử nghiệm tăng tốc) nhưng không tương đương với Hợp kim 690TT.

Hỏi: Tại sao ngành hạt nhân chuyển từ Hợp kim 600 sang Hợp kim 690?

Đáp: PWSCC phổ biến trong các ống Hợp kim 600 được ủ-trong nhà máy, buộc phải cắm, bọc ống và thay thế bộ tạo hơi nước sớm một cách tốn kém. Hợp kim 690 (UNS N06690) tăng gấp đôi lượng crom lên 27-31%, giúp ổn định màng thụ động và tăng khả năng chống PWSCC lên hơn 10 trong nước sơ cấp. Ở dạng xử lý nhiệt, gần như tất cả các máy tạo hơi nước thay thế và chế tạo mới kể từ cuối những năm 1980 đều sử dụng Hợp kim 690TT, cho đến nay chưa có lỗi ống PWSCC nào được xác nhận.

Hỏi: Ngày nay Inconel 600 có còn được sử dụng ở mọi nơi không?

Đ: Vâng. Inconel 600 vẫn được sử dụng rộng rãi trong dịch vụ nhiệt độ phi hạt nhân-cao{3}}trong đó hàm lượng niken cao vượt trội: bộ giảm âm lò, bình cổ cong, ống bức xạ và thiết bị xử lý nhiệt-có khả năng chống oxy hóa đến khoảng 1095 độ (2000 độ F), khí quyển cacbon hóa và thấm nitơ, xử lý hóa học và hóa dầu, sản xuất xút và các bộ phận tua bin khí-. Nó hoàn toàn đủ điều kiện cho những nhiệm vụ đó và tiết kiệm khi SCC nước ở nhiệt độ cao-không phải là chế độ quản lý sự cố.

Hỏi: Hợp kim nào khác cạnh tranh với Inconel 600 cho ống tạo hơi nước?

Trả lời: Ba hợp kim ống tạo hơi nước chính là Hợp kim 600 (N06600), Hợp kim 690 (N06690) và Hợp kim 800 (N08800) ở cấp độ hạt nhân (800NG). Hợp kim 690TT là tiêu chuẩn toàn cầu hiện đại nhờ khả năng chống PWSCC vượt trội. Hợp kim 800NG, với tỷ lệ titan{11}}trên{12}cacbon được kiểm soát ít nhất là 12:1, đã được tiêu chuẩn hóa bởi các PWR của Siemens/KWU ở Đức và các lò phản ứng nước nặng điều áp CANDU sau này được chế tạo theo thiết kế AECL - chứng minh rằng khả năng kháng PWSCC có thể đạt được bằng nhiều con đường luyện kim.

Hỏi: Làm cách nào để xác minh ống- cấp hạt nhân Inconel 600 hoặc 690?

Đáp: Kiểm tra báo cáo thử nghiệm vật liệu (chứng nhận MTC, EN 10204 3.1 hoặc 3.2 hoặc ASME SB-163): báo cáo phải nêu rõ ký hiệu UNS (N06600, N06690 hoặc N08800), thành phần hóa học bao gồm các giới hạn coban và boron được kiểm soát, điều kiện xử lý nhiệt (ủ-nghiền so với xử lý nhiệt), kích thước hạt, tính chất cơ học và kết quả kiểm tra không phá hủy (kiểm tra dòng điện xoáy và siêu âm). Thông số kỹ thuật hạt nhân cũng yêu cầu truy xuất nguồn gốc đầy đủ và tiêu chí khuyết tật để loại bỏ các vòng, đường nối, vết vẽ, vết nứt và tạp chất.

Hỏi: Hợp kim 690 đã qua xử lý nhiệt có bị nứt không?

Trả lời: Hợp kim 690 được xử lý nhiệt có thành tích thực tế xuất sắc, nhưng nó không hoàn toàn miễn nhiễm. Các mối hàn của Hợp kim 690 với kim loại phụ Hợp kim 52/152 có thể dễ bị PWSCC dưới ứng suất dư cao hoặc các khuyết tật trong mối hàn, và nghiên cứu ODSCC phía thứ cấp vẫn tiếp tục ở một số quốc gia. Kết luận chính xác là 690TT đã mở rộng đáng kể biên độ an toàn và đã loại bỏ PWSCC khỏi danh sách chế độ hỏng hóc trên toàn bộ-đối với chính ống - nhưng việc chế tạo âm thanh, kiểm soát ứng suất-dư lượng và kiểm soát hóa học{11}}nước vẫn rất cần thiết.