Čimbenici koji utječu na korozijsko pucanje ploča otpornih na habanje za unutarnje komponente reaktora
Unutarnji dijelovi reaktora ključna su oprema u nuklearnim elektranama. Oni imaju ulogu potpore i fiksiranja osnovnih komponenti. Oni su izravno povezani s operativnom sigurnošću i učinkovitošću reaktora i ključni su za osiguranje sigurnosti i pouzdanosti reaktorskog sustava. Unutarnje komponente reaktora uglavnom su izrađene od austenitnih ploča otpornih na habanje s dobrom otpornošću na koroziju. Međutim, pod radnim uvjetima nuklearnog reaktora, ploče otporne na habanje koje rade u teškim uvjetima kao što su jako neutronsko zračenje i korozija vode pri visokim temperaturama sklone su naprezanju. Lomovi osjetljivi na okoliš predstavljeni korozijskim pucanjem (SCC) i radijacijski ubrzanim naponskim korozijskim pucanjem (IASCC) postali su najkritičniji problemi koji utječu na dugoročno siguran rad opreme za nuklearnu energiju.
Međunarodno je provedeno sveobuhvatno istraživanje SCC ponašanja unutarnjih komponenti reaktora. Na primjer, Institut za istraživanje električne energije SAD-a (projekt CIR) i nacionalni laboratorij Oak Ridge (projekt reaktora Halden) izveli su simulacije protonskog zračenja o oštećenju neutronskim zračenjem unutarnjih komponenti reaktora i analizirali utjecaj IASCC mehanizama, parametara okoliša i materijalni kemijski elementi na SCC. Analiza utjecaja, radijacijske razgradnje i procjena utjecaja vodikove krtosti na SCC, itd. Njegov opseg istraživanja pokriva materijale, vodeno kemijsko okruženje, mehanizam nastanka itd. Francuski institut za starenje materijala MAI (projekt INTERNALS) proveo je istraživanje mikrostrukture i granica zrna analiza kemijskog sastava ploča otpornih na habanje unutar reaktora, analiza strukture pukotinske korozije SCC-a i analiza utjecajnih faktora. Japanska uprava za sigurnost nuklearne energije JNES provela je istraživanje o osjetljivosti SCC-a, mehanizmima loma i stopama rasta pukotina. Međutim, domaća istraživanja o pločama otpornim na habanje za unutarnje komponente reaktora tek su u povojima, a malo je istraživanja o osjetljivim čimbenicima SCC-a (osobito IASCC nakon ozračivanja) domaćih ploča otpornih na habanje nuklearne kvalitete u okolišima s visokom temperaturom vode. Istraživači s Suzhou Thermal Engineering Research Institute proveli su studiju o čimbenicima utjecaja pH vrijednosti i oštećenja zračenjem na SCC ploča otpornih na habanje za unutarnje komponente domaćeg reaktora u simuliranom vodenom okruženju primarnog kruga nuklearne elektrane reaktora s vodom pod tlakom.
Materijal korišten za istraživanje je austenitna ploča otporna na habanje (francuske marke Z6CND17.12) koja se koristi za vijke spojne ploče komponenti reaktora nuklearne elektrane, (1060+/-10) stupanj obrade otopinom na visokoj temperaturi, i vodeno hlađenje. Materijal ima granicu tečenja od 606MPa, vlačnu čvrstoću od 658MPa i omjer tečenja prema čvrstoći od 0,92. Istraživanja pokazuju da su pH vrijednost i oštećenja od zračenja važni čimbenici koji utječu na performanse SCC ploča otpornih na habanje za unutarnje komponente nuklearnih reaktora.
U usporedbi s vodenim okruženjem visoke temperature s pH 7.0, pH vrijednosti od 6,4 i 7,5 dovest će do smanjenja istezanja i vremena loma ploče otporne na habanje. SCC osjetljivost ploče otporne na habanje manja je u otopini pH 7.{10}}, što iznosi 3,9%. U uvjetima pH 6,4 i 7,5 vodenih otopina, osjetljivost na SCC raste na 7,3% odnosno 15,5%. To pokazuje da pH vrijednost visokotemperaturne vodene otopine ima izravan utjecaj na performanse SCC ploče otporne na habanje, a pH vrijednost je važan osjetljiv čimbenik koji utječe na performanse SCC. Prema modelu anodnog otapanja SCC-a, H+ u kiseloj otopini difundira u vrh pukotine materijala. Pod djelovanjem naprezanja na uzorku, pasivacijski film na površini metala se kida, a izloženi svježi metal reagira s korozivnom tekućinom stvarajući SCC pukotine. Zbog prodiranja korozivne tekućine na površini s obje strane pukotine nastaje i veliki broj jamica. Ta rupičasta korozija postaje izvor pukotina i uzrokuje mikropukotine na površini uzorka. Stvaranje mikropukotina dovodi kiselu otopinu u kontakt sa svježim metalom, čime se potiče širenje pukotine. . U okruženju alkalne otopine, pod uvjetima niske brzine deformacije, otopina može u potpunosti komunicirati s lokalnom otopinom u pukotini, a otopina vrha pukotine također ima dovoljno vremena za interakciju s metalnim atomima vrha pukotine, omogućujući kemijsku i elektrokemijsku reakciju vrha pukotine da se reakcije odvijaju glatko, uzrokujući lokalno koncentriranje alkalne otopine na vrhu pukotine, uzrokujući ubrzanje SCC ploče otporne na habanje.
Nakon što je ploča otporna na habanje ozračena nabijenim česticama, javlja se IASCC fenomen zbog utjecaja grešaka zračenja i lokalne deformacije na inicijaciju pukotine, što značajno povećava SCC osjetljivost ploče otporne na habanje. Zbog ograničenja dubine oštećenja ionskim zračenjem, ne mogu se primijetiti očite promjene u morfologiji prijeloma SSRT.
