ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการแตกร้าวของการกัดกร่อนจากความเค้นของแผ่นต้านทานการสึกหรอสำหรับส่วนประกอบภายในเครื่องปฏิกรณ์

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการแตกร้าวของการกัดกร่อนจากความเค้นของแผ่นต้านทานการสึกหรอสำหรับส่วนประกอบภายในเครื่องปฏิกรณ์

ภายในเครื่องปฏิกรณ์เป็นอุปกรณ์สำคัญในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ พวกเขามีบทบาทในการสนับสนุนและแก้ไขส่วนประกอบหลัก สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยในการปฏิบัติงานและประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับรองความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบเครื่องปฏิกรณ์ ส่วนประกอบภายในของเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ทำจากแผ่นออสเทนนิติกที่ทนต่อการสึกหรอและมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แผ่นต้านทานการสึกหรอที่ทำงานภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น การแผ่รังสีนิวตรอนที่รุนแรง และการกัดกร่อนของน้ำที่อุณหภูมิสูง มีแนวโน้มที่จะเกิดความเครียด การแตกหักที่ไวต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งแสดงโดยการแตกร้าวจากการกัดกร่อน (SCC) และการแตกร้าวจากการกัดกร่อนด้วยความเค้นที่เร่งด้วยรังสี (IASCC) กลายเป็นปัญหาที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อการทำงานอย่างปลอดภัยในระยะยาวของอุปกรณ์ไฟฟ้านิวเคลียร์

มีการวิจัยที่ครอบคลุมในระดับสากลเกี่ยวกับพฤติกรรม SCC ของส่วนประกอบภายในเครื่องปฏิกรณ์ ตัวอย่างเช่น สถาบันวิจัยพลังงานไฟฟ้าของสหรัฐอเมริกา (โครงการ CIR) และห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ (โครงการเครื่องปฏิกรณ์ Halden) ได้ทำการจำลองการฉายรังสีโปรตอนต่อความเสียหายจากรังสีนิวตรอนต่อส่วนประกอบภายในของเครื่องปฏิกรณ์ และวิเคราะห์ผลกระทบของกลไก IASCC พารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อม และ องค์ประกอบทางเคมีของวัสดุบน SCC การวิเคราะห์ผลกระทบ การสลายตัวของรังสี และการประเมินผลกระทบจากการแตกตัวของไฮโดรเจนบน SCC ฯลฯ ขอบเขตการวิจัยครอบคลุมถึงวัสดุ สภาพแวดล้อมทางเคมีของน้ำ กลไกการเกิด ฯลฯ French Materials Aging Institute MAI (โครงการ INTERNALS) ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคและขอบเขตของเกรน การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของแผ่นต้านทานการสึกหรอภายในเครื่องปฏิกรณ์ การวิเคราะห์โครงสร้างการกัดกร่อนของรอยแตกร้าว SCC และการวิเคราะห์ปัจจัยที่มีอิทธิพล JNES หน่วยงานความปลอดภัยด้านพลังงานนิวเคลียร์ของญี่ปุ่นได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับความไวของ SCC กลไกความล้มเหลวของการแตกหัก และอัตราการเติบโตของรอยแตก อย่างไรก็ตาม การวิจัยภายในประเทศเกี่ยวกับเพลตต้านทานการสึกหรอสำหรับส่วนประกอบภายในเครื่องปฏิกรณ์ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และมีงานวิจัยเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับปัจจัยละเอียดอ่อนของ SCC (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง IASCC หลังจากการฉายรังสี) ของเพลตต้านทานการสึกหรอเกรดนิวเคลียร์ในประเทศในสภาพแวดล้อมน้ำที่มีอุณหภูมิสูง นักวิจัยจากสถาบันวิจัยวิศวกรรมความร้อนซูโจว ได้ทำการศึกษาปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อค่า pH และความเสียหายจากการแผ่รังสีบน SCC ของแผ่นต้านทานการสึกหรอสำหรับส่วนประกอบภายในเครื่องปฏิกรณ์ภายในประเทศในสภาพแวดล้อมน้ำวงจรปฐมภูมิจำลองของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน

วัสดุที่ใช้ในการวิจัยคือแผ่นที่ทนต่อการสึกหรอของออสเทนนิติก (ยี่ห้อ Z6CND17.12 ของฝรั่งเศส) ที่ใช้สำหรับโบลต์เคลือบของส่วนประกอบเครื่องปฏิกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (1060+/-10) การบำบัดสารละลายที่อุณหภูมิสูง และระบายความร้อนด้วยน้ำ วัสดุนี้มีความแข็งแรงครากที่ 606MPa ความต้านทานแรงดึงที่ 658MPa และอัตราส่วนครากต่อความแข็งแรงที่ 0.92 การวิจัยแสดงให้เห็นว่าค่า pH และความเสียหายจากรังสีเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเพลตต้านทานการสึกหรอ SCC สำหรับส่วนประกอบภายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เมื่อเปรียบเทียบกับสภาพแวดล้อมที่มีน้ำอุณหภูมิสูงที่มีค่า pH 7.0 ค่า pH เท่ากับ 6.4 และ 7.5 จะทำให้ระยะเวลาการยืดตัวและการแตกหักของแผ่นต้านทานการสึกหรอลดลง ความไว SCC ของเพลตต้านทานการสึกหรอมีค่าน้อยกว่าในสารละลาย pH 7.0 ซึ่งก็คือ 3.9% ภายใต้สภาวะของสารละลายน้ำ pH 6.4 และ 7.5 ความไวของ SCC จะเพิ่มขึ้นเป็น 7.3% และ 15.5% ตามลำดับ นี่แสดงให้เห็นว่าค่า pH ของสารละลายน้ำอุณหภูมิสูงมีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพของ SCC ของเพลตต้านทานการสึกหรอ และค่า pH ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่สำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของ SCC ตามแบบจำลองการละลายขั้วบวกของ SCC H+ ในสารละลายที่เป็นกรดจะกระจายไปที่ปลายรอยแตกของวัสดุ ภายใต้การกระทำของความเค้นบนตัวอย่าง ฟิล์มฟิล์มบนพื้นผิวโลหะจะฉีกขาด และโลหะสดที่ถูกเปิดออกจะทำปฏิกิริยากับของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเพื่อสร้างรอยแตกร้าว SCC เนื่องจากการแทรกซึมของของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ทำให้เกิดรูพรุนจำนวนมากบนพื้นผิวทั้งสองด้านของรอยแตกร้าว การกัดกร่อนแบบรูพรุนเหล่านี้เป็นสาเหตุของรอยแตกร้าวและทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กบนพื้นผิวของตัวอย่าง การเกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กจะทำให้สารละลายที่เป็นกรดสัมผัสกับโลหะสด ดังนั้นจึงส่งเสริมการขยายตัวของรอยแตกร้าว - ในสภาพแวดล้อมของสารละลายอัลคาไลน์ ภายใต้สภาวะความเครียดที่ช้า สารละลายสามารถสื่อสารกับสารละลายเฉพาะจุดในรอยแตกร้าวได้อย่างเต็มที่ และสารละลายที่ปลายรอยแตกร้าวยังมีเวลาเพียงพอในการทำปฏิกิริยากับอะตอมของโลหะที่ปลายรอยแตกร้าว ทำให้เกิดสารเคมีและไฟฟ้าเคมีที่ปลายรอยแตกร้าว ปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างราบรื่น ทำให้สารละลายอัลคาไลน์เข้มข้นเฉพาะที่ปลายรอยแตก ทำให้เกิดการเร่ง SCC ของแผ่นต้านทานการสึกหรอ

หลังจากที่แผ่นต้านทานการสึกหรอถูกฉายรังสีด้วยอนุภาคที่มีประจุ ปรากฏการณ์ IASCC จะเกิดขึ้นเนื่องจากอิทธิพลของข้อบกพร่องในการฉายรังสีและการเสียรูปเฉพาะจุดต่อการเริ่มต้นของรอยแตกร้าว ซึ่งจะเพิ่มความไว SCC ของแผ่นต้านทานการสึกหรออย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากข้อจำกัดของความลึกของความเสียหายจากการฉายรังสีไอออน จึงไม่สามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาการแตกหักของ SSRT ได้อย่างชัดเจน