книги из ГПНТБ / Герасимов В.В. Материалы ядерной техники учеб. пособие

личением интегрального потока разница между пределом проч­ ности и пределом текучести уменьшается (табл. 9.3). Указанное обстоятельство приводит к уменьшению способности материала к деформационному упрочнению. В результате облучения инте­ гральным потоком ІО20 нейтрон/см2 предел текучести сталей увеличивается на 100—150%, а предел прочности лишь на 30— 50%. Пластичность при этом уменьшается до 4%. При облуче-

низкоуглеродистой стали увеличивается в соответствии с зави­ симостью

Дсгт = ЛФѴз, где А — постоянная величина, зависящая от типа стали й усло­

в хрупкое состояние и уменьшением ударной вязкости в области пластического разрушения.

Заметное изменение критической температуры хрупкости у большинства низколегированных сталей с мелкозернистой

Изменение критической температуры хрупкости (Гкрпт) и Ударной вязкости при температуре выше (Ткрцт) в зависимости от интегрального потока нейтронов для низколегированной стали SA302B

на 120—130°, а величина ударной вязкости при температуре выше критической снижается на 30—50%. У некоторых более чувствительных к облучению сталей и их сварных соединений прирост критической температуры хрупкости в результате облучения в интегральном потоке (1-^3) -ІО20 нейтрон/см2 достигает значений 220—250°. Связь между величиной прироста критической температуры хрупкости и интегральным потоком тепловых нейтронов выражается следующей полуэмпирической зависимостью:

Т= 1 7 5ФѴа

где Ф—интегральный поток тепловых нейтронов, ІО18 нейтрон/см2. Следует отметить, что плотность нейтронного потока, а следо­ вательно, и время достижения заданного интегрального потока не оказывают заметного влияния на величину изменений меха­

нических свойств стали.

Механические характеристики облученного материала зави­ сят от температуры, при которой облучаются стали. Облучение нейтронами при температуре 130—140° низколегированной ста­ ли приводит к более сильному охрупчиванию, чем облучение при 50—60°. Это обусловлено, вероятно, либо движением и коагуляиией точечных дефектов, либо выделением дисперсных карбидов и нитридов. Начиная с температуры 230—260°, эффект облуче­ ния уменьшается, что обусловлено подвижностью и отжигом образовавшихся дефектов. При более высокой температуре ве­ личина изменения свойств стали тем меньше, чем выше темпе­ ратура облучения. Облучение стали при 415° ведет лишь к не­ большому изменению свойств. В результате облучения при тем­ пературе 450—500° даже довольно большими интегральными по­ токами свойства низкоуглеродистых и низколегированных ста­ лей практически не изменяются.

Равновесный потенциал этой реакции при концентрации кисло­ рода 0,02 мг/л равен —4,28 в. В нейтральной среде, полностью освобожденной от кислорода, образование магнетита термоди-

Рис. 9.4. Анодная и катодная поляризация перлитной

—0,5 в, при котором становится термодинамически возможным протекание анодного процесса растворения металла с образо­

ванием двухвалентного железа. Псевдопассивность при этом нарушается и железо переходит в активное состояние.

При потенциале фз достигается максимальный ток растворе­ ния железа в активном состоянии. С дальнейшим увеличением потенциала начинается пасси­ вация железа, заканчивающая­ ся при достижении фляде-по- тенциала ффЛ. Пассивация же­ леза при низкой температуре связывается с образованием защитных слоев, как адсорб­ ционных, так и фазовых. Фа­ зовый защитный пассивирую­

щий слой содержит y-Fe2 0 3. Количество вещества в пассив­ ной пленке, определенное по количеству электричества, рас­ ходуемого на ее восстановле­ ние, равно 0,01 к/см2. Такое количество отвечает адсорбции на железе одного слоя атомов

Вычисленный потенциал этой реакции 0,56 в близок к измерен­ ному значению"фляде-потенциала железа 0,58 в. Величина фля- де-потенциала железа зависит от pH среды:

ФфЛ — 0,58 — 0,059 pH.

При потенциале положительнее ф4 протекают анодные процес­ сы выделения кислорода и растворения железа в области перепассивации с образованием ионов высшей валентности. Пргь комнатной температуре в деаэрированной воде высокой чистоты (с удельной электропроводностью 10~7—ІО-8 ом~]-см~1) стацио­ нарный потенциал более отрицателен, чем фі (см. рис. 9.4), т. е- отвечает области псевдопассивиости. Скорость коррозии в этих, условиях мала.

В деаэрированной среде при температуре до 300° стацио­ нарный потенциал перлитной стали отвечает пассивной области (рис. 9.5). На поверхности перлитной стали образуется защит­ ная окисная пленка магнетита (рис. 9.6). Коррозия перлитной стали в рассматриваемых условиях равномерная и замедляется

во времени. Так, при температуре 300° в деаэрированной воде скорость коррозии стали 20 через 50 и 7000 ч испытаний состав­ ляет соответственно 1,6 и 0,3 г/(м2-сутки) . Движение воды не­ сколько увеличивает скорость коррозии перлитной стали. С уве­ личением температуры скорость коррозии перлитной стали в деаэрированной воде возрастает.

Влияние среды. Изменение pH среды может существенно влиять на кинетику анодного процесса и соответственно на ско­

рис. 9.4), и сталь при стационарном потенциале находится в пассивной области. При комнатной темпёратуре в насыщенной воздухом воде при значениях pH < 11,3 перлитные стали при стационарном потенциале находятся в активном состоянии, а при pH > 11,3 — в пассивном. При рН>11,3 величина фляде-

потенциала более отрицательна, чем стационарный потенциал. Изменение величины pH в области значений 5—10 не влияет на скорость коррозии перлитной стали в насыщенной воздухом воде, так как коррозия в этих условиях идет преимущественно с кислородной деполяризацией при диффузионном контроле. В ки-

Рис. 9.7. Влияние pH среды на скорость коррозии перлитной стали в деаэрированной воде при темпе­ ратуре 300° С.

слой среде снижение величины pH приводит к ускорению корро­ зии за счет интенсификации катодного процесса разряда ионов водорода.

При 300° с увеличением pH от 5 до 8 скорость коррозии пер­ литной стали практически не меняется. С дальнейшим увеличе­ нием pH среды скорость коррозии проходит через минимум (рис. 9.7), а с увеличением pH выше 11 скорость коррозии пер­ литных сталей возрастает.

При температуре 250—300° 1,25—2,5 н. растворы гидро­ окиси натрия интенсивно взаимодействуют с перлитной сталью с выделением водорода. Реакция эта идет в деаэрированной сре-

зоо Г л . 9. Материалы ядерны х установок

де. Предполагается, что роль щелочи сводится к растворению защитной фазовой пленки на стали с образованием ферратионов железа высшей валентности. При этом создается возмож­ ность непрерывного протекания коррозионного процесса анало­ гично коррозии амфотерных металлов (Zn, Al) в щелочной сре­ де при низкой температуре. Образовавшиеся растворимые фер­ раты в дальнейшем разлагаются с выделением магнетита. Ще­ лочь при этом освобождается и может вновь принимать участие в реакции.

При концентрации щелочи более 2,5 н. перлитная сталь, на­ ходящаяся под действием механических нагрузок, подвергается особому виду разрушения — щелочной хрупкости. При этом виде разрушения в металле развиваются как межкристаллитные, так и транскристаллитные трещины. Напряжения в металле в этом случае должны превышать предел текучести, т. е. металл уже подвергся пластической деформации. Механизм процесса ще­ лочной (каустической) хрупкости полностью не вскрыт. Отме­ чается отсутствие деформации в зоне трещин, т. е. хрупкий из­ лом. Металл даже около места разрушения сохраняет пластич­ ность. Последние обстоятельства позволяют предполагать, что развитие трещин связано с локальной пластической деформа­ цией. Известно, что при деформации на 0,5—1% происходит на­ рушение сплошности защитной окисной пленки магнетита и кор­ розионная среда соприкасается с металлом, лежащим под за­ щитной пленкой.

Если в качестве среды выступает вода высокой чистоты, то происходит «залечивание» защитной пленки и разрушение стали прекращается. Если на участке локального повреждения защит­ ной пленки присутствует среда с высокой концентрацией щело­ чи, то последняя взаимодействует в месте нарушения пленки с вновь образующимся магнетитом, что не дает возможности восстановить сплошность защитной пленки.

В процессе взаимодействия стали со щелочью происходит выделение водорода. Последний, растворяясь в металле, влияет на его пластичность. В металлах с объемноцентрированной кубической решеткой поперечное скольжение дислокаций облег­ чено. В связи с этим дислокации не скопляются в первоначаль­ ной плоскости сдвига и не образуют зародышей трещин. Водо­ род, растворенный в металле, взаимодействует с дислокациями, образуя облака Коттрелла. Последнее обстоятельство умень­ шает подвижность дислокаций, способствуя их закреплению и скоплению. Скопление же дислокаций приводит к образованию трещин и хрупкому разрушению. К этому же результату приво­ дит накопление водорода в порах.

Экспериментально показано, что катодная поляризация, при которой происходит наводороживание металла, ускоряет разви­