核动力装置MNPP-C05-L13.ppt

V2007.03.11 《核动力装置》 船舶核动力装置Marine Nuclear Power Plants 核科学与技术学院 （V2009.04.04）  5.3 一回路系统的腐蚀特点 一回路系统中常用的材料有锆合金、不锈钢、镍基合金、钛合金 锆合金的腐蚀 不锈钢的腐蚀 （1）锆合金的腐蚀 锆-2和锆-4合金属于锆锡合金 锆-2合金（1.55Sn，0.15Fe，0.10Cr，0.05Ni）由于含镍，吸氢能力很强，易发生氢脆现象 锆-4合金（1.55Sn，0.20Fe，0.10Cr，Ni＜0.007 ）的含镍量降低，但机械性能与锆-2合金相当，吸氢量仅为锆-2合金的1/3~1/2 锆合金在高温水中表面生成氧化膜，具有良好的抗腐蚀作用，但氧化膜增加到一定厚度时，腐蚀速度突然增加，随后又逐渐减缓，并趋于定值 氢脆现象 锆-2合金和水反应产生氢气，部分氢气穿过氧化膜扩散到锆合金中被吸收 被吸收的氢通过热扩散在金属中的低温处浓集，当局部浓集的氢超过氢在锆中的溶解度时，会在晶格边界和晶面上析出氢化锆，使锆的脆性增加，形成氢脆现象 氢化锆可降低金属的机械性能，并使金属的腐蚀加剧 影响锆合金腐蚀的主要因素 温度：温度升高，达到转折点时间缩短，腐蚀加剧 冷却剂流速：0~10m/s范围内，对腐蚀没有太大影响 中子通量：影响较小 热通量：热通量大则腐蚀加剧，吸氢量也增加 pH值：碱性溶液会加速腐蚀，pH值＜11.3时影响不明显 卤素离子：微量氟离子能显著增大锆合金的初始腐蚀速率和吸氢量 （2）不锈钢的腐蚀 在高温高压除气水中一段时间后，能够在表面形成一层尖晶石型氧化膜，起到保护作用 应力腐蚀 不锈钢在含有氯化物的水溶液中，在应力作用下发生脆性破裂，即不锈钢氯离子应力腐蚀。 腐蚀特点 当金属在小于强度极限的应力作用下，且无明显的外观变化时而遭到破坏。 图5-6 不锈钢在300℃水中的腐蚀过程 不锈钢应力腐蚀的机理 在加工不良处（如划痕）发生电化学腐蚀； 腐蚀产物与Cl－作用产生氯化物进入介质，使金属不能形成保护膜，腐蚀向深处发展； 在应力作用下裂缝处应力比较集中，使奥氏体组织向α相转变，裂缝加深而突然破裂。 α相组织：由于含金元素不足或材料在弯曲、轧延、冷冲时由于晶格扭曲时发生相变形成 影响不锈钢应力腐蚀的主要因素 pH值：pH=6~7 氯离子应力腐蚀最敏感，pH↑则腐蚀↓因为pH↑，OH-↑，阻碍腐蚀进行。 Cl－、O2： Cl－、O2 ↑腐蚀↑，而且互相影响 材料应力情况：只在拉应力下发生，裂纹与最大主应力方向垂直。应力大，腐蚀敏感性大，易发生破裂。应力包括：外加载荷、热应力、加工残余应力。 金属表面状态：有划痕，凹坑均增大应力腐蚀，故表面光洁度要求很高。 温度影响 其它 图5-7 产生应力腐蚀破裂的氧和氯离子浓度 曲线右上方为出现应力腐蚀的范围，左下方为未发现出现破裂的范围 介质中氯离子浓度低，或者溶氧浓度低，都不足以引起应力腐蚀破裂 5.4二回路系统腐蚀特点 二回路系统中常用的材料有碳钢、不锈钢、镍基合金、钛合金 凝给水系统的腐蚀特点 蒸汽发生器中的腐蚀特点 （1）凝给水系统腐蚀特点 凝给水系统大部分管系和设备采用碳钢结构，工作介质为凝水和蒸汽发生器给水 由于凝水系统在运行过程中处于负压状态，如果密封不严会使空气和海水漏入，污染凝水 最常见的腐蚀现象是溶氧腐蚀和游离二氧化碳腐蚀 溶解氧腐蚀的原理 铁与水中溶解的氧发生如下反应： 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2↓ 这是一种不稳定化合物，很容易发生以下反应： 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓ Fe(OH)2+2Fe(OH)3=Fe3O4+4H2O 溶解氧腐蚀的特点 金属表面形成许多小鼓包，直径为1~30mm不等。表皮颜色为黄褐色或砖红色，次层为黑色粉末状，底部为腐蚀坑。 腐蚀部位 给水管道、疏水管道，停止工作后水未疏干的管道。 游离的CO2腐蚀原理 当水中溶有CO2时，腐蚀速率显著提高。这是由于：CO2溶于水中形成碳酸，碳酸分步电离，水呈酸性。 CO2 + H2O = H2CO3 H2CO3 = H+ + HCO3－ HCO3－ = H+ + CO32－ 阳极生成 Fe → Fe2+ + 2e 阴极生成 2H+ + 2e → H2↑ 图5-8 水中CO2浓度对pH值和电导率的影响 游离的CO2腐蚀特征 腐蚀产物是易溶的，金属表面不易形成氧化膜，腐蚀产物进入凝水和给水，并随水进入蒸汽发生器内，使炉水品质变坏。 多发生在凝水管道和设备中； 在pH7的区域：如果水中有O2和CO2同时存在，腐蚀会更加剧烈。因为O2的电极电位高，易形成阴极；CO2使水呈酸性，破坏保护膜。 给水泵叶轮。由于除盐水