ГЛАВА ВТОРАЯ
СТАЛИ. ЭЛЕКТРОДЫ И СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ МОНТАЖЕ АЭС
- 1. СТАЛИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
При сооружении атомных электростанций широкое применение получили высоколегированные хромоникелевые аустенитные стали, обладающие высокими антикоррозионными свойствами. Эти стали используются главным образом для трубопроводов и оборудования первых радиоактивных контуров АЭС.
Кроме высоколегированных аустенитных сталей, на АЭС применяются углеродистые и низколегированные конструкционные стали, а также теплоустойчивые перлитные стали.
Широкое применение на АЭС высоколегированных хромоникелевых аустенитных сталей обусловлено тем, что они обладают ценными физико-химическими свойствами: высокой коррозионной стойкостью, достаточно высокими механическими характеристиками, хорошей свариваемостью. Хром и никель являются главными легирующими компонентами стали, причем хром сообщает стали коррозионно-стойкие свойства, а никель способствует получению аустенитной структуры металла.
Аустенитные стали обладают сравнительно высокой прочностью и большой пластичностью как при низких, так и при повышенных температурах, а также высокими технологическими свойствами.
По своим физическим свойствам аустенитные стали значительно отличаются от перлитных. Они имеют меньшую теплопроводность (почти в 2,5 раза), больший коэффициент линейного расширения (в 1,5 раза) и большее электросопротивление (в 5 раз), чем низкоуглеродистые или низколегированные перлитные стали.
Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали сохраняют аустенитную структуру даже при медленном охлаждении от высоких температур. В отличие от других сталей после закалки в воде они становятся чрезвычайно пластичными и более мягкими, чем до закалки.
В зависимости от содержания хрома, никеля и других легирующих составляющих хромоникелевые коррозионно-стойкие стали могут иметь либо чисто аустенитную структуру, либо структуру аустенита с небольшим (до 10%) количеством феррита (двухфазные стали).
К недостаткам чисто аустенитной структуры металла, особенно в сварных швах, следует отнести склонность к образованию горячих трещин и к снижению стойкости к межкристаллитной коррозии. Наиболее оптимальными свойствами обладают двухфазные аустенитные стали с содержанием феррита в пределах от 2 до 6%..
Коррозионно-стойкие аустенитные стали обладают высокими антикоррозионными свойствами. Они не ржавеют на воздухе и хорошо сопротивляются воздействию различных жидких сред. Тем не менее эти стали склонны к некоторым видам коррозионного разрушения: межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением, точечной и щелевой коррозии.
Межкристаллитная коррозия (МКК) — один из наиболее опасных видов коррозионного разрушения хромоникелевых аустенитных сталей. При поражении стали МКК нарушается связь между зернами металла. При этом сталь полностью теряет механическую прочность и разрушается даже при незначительных нагрузках. Обнаружить межкристаллитную коррозию очень трудно, так как внешних признаков почти нет.
Явление межкристаллитной коррозии связано с понижением коррозионной стойкости границ зерен. В хромоникелевых коррозионно-стойких сталях хром, придающий этим сталям антикоррозионные свойства, растворен в аустените. При воздействии на сталь высоких температур (400—800°С) по границам зерен происходят выделение хрома из твердого раствора и образование карбидов хрома. В результате содержание хрома в твердом растворе на границах зерен оказывается менее 12%, т. е. ниже того предела, который обеспечивает коррозионную стойкость.
Если участки стали, подвергнутые воздействию опасных температур, в дальнейшем соприкасаются с агрессивной средой, то на этих участках со временем развивается межкристаллитная коррозия.
Все коррозионно-стойкие стали перед поставкой потребителю подвергают термической обработке закалке 1050—1150°С (охлаждение в воде). При нагреве под закалку (аустенизацию) все карбиды хрома растворяются в аустените, а быстрое охлаждение фиксирует аустенитную структуру. Металл после термообработки не подвержен межкристаллитной коррозии. Однако изделия из коррозионно-стойкой стали, приведенной термической обработкой в безупречное структурное состояние, после сварки могут подвергаться межкристаллитной коррозии, так как процесс сварки связан с нагревом стали в интервале опасных температур.
Для сварных конструкций следует применять хромоникелевые стали, легированные элементами-стабилизаторами — титаном или ниобием, являющимися сильными карбидообразователями. Титан и ниобий в стали связывают избыточный углерод и препятствуют тем самым образованию карбидов хрома и проявлению МКК. Для полного связывания углерода содержание титана в стали должно быть в 5—7 раз, а ниобия в 10—12 раз больше, чем содержание углерода.
Склонность к МКК также уменьшается при введении в сталь молибдена, ванадия, кремния.
При сооружении АЭС применяются аустенитные хромоникелевые стали следующих марок: 08Х18Н10ГГ; 08Х18Н12Т, 12Х18Н10Т. Также находит применение хромоникелевая сталь аустенитно-ферритного класса 12Х21Н5Т. Наибольшее распространение на АЭС получила сталь 08Х18Н10Т, обладающая высокими антикоррозионными свойствами. Из этой стали изготавливаются технологические трубопроводы водо-водяных и уран-графитовых реакторных установок, аппаратура, сосуды, баки и др. Для менее ответственных конструкций АЭС также находит применение сталь 12Х18НЮТ, имеющая большее, чем в стали 08Х18Н10Т, содержание углерода и поэтому обладающая меньшей сопротивляемостью к МКК.
Сталь 08Х18Н12Т применяется для изготовления главных циркуляционных контуров реакторных установок ВВЭР-440. Из стали 12Х21Н5Т изготавливаются облицовки помещения и различные емкости.
