Характеристики реакторних сталей. Дослідження впливу концентрації шкідливих домішок в водному теплоносію на тріщиностійкість матеріалів енергообладнання. Розробка конструкції високотемпературного електрода та визначення його стандартних потенціалів.
Аннотация к работе
Тому необхідно вивчати електрохімічні процеси, які відбуваються за високих тисків і температур, як на поверхні металу, так і у вершині корозійно-механічної тріщини. 2 тема ДК 05.52.01/004-92 "Дослідити вплив концентрації шкідливих домішок в водному теплоносію на тріщиностійкість матеріалів енергообладнання в діапазоні температур 90 - 350 °°С та розробка приладу для безперервного контролю концентрації домішок у системі водопідготовки", № держреєстрації 01.94U003534; Розробити обладнання та методику електрохімічних досліджень матеріалів у високотемпературних водних середовищах під тиском та дослідити сталі 15Х2НМФА та 08Х18Н10Т за умов, наближених до експлуатаційних, з метою одержання результатів, необхідних для більш точного прогнозування ресурсу обладнання АЕС. 4.Дослідити залежності електродного потенціалу свіжооновленої поверхні і параметрів кінетики її репасивації від температури для сталей 15Х2НМФА та 08Х18Н10Т в реакторній воді борного регулювання за температури до 300 °°С і рівноважного тиску. 5.Вивчити зміну в часі характеристик гальванопари "свіжооновлена - запасивована поверхні" для сталей 15Х2НМФА та 08Х18Н10Т в реакторній воді борного регулювання за температури до 300 °°С та їх вплив на прискорення росту корозійно-втомної тріщини, запропонувати модель електрохімічних процесів, які відбуваються в її вершині.У другому розділі на основі сучасних підходів до вибору типу електрода порівняння детально проаналізовано різні типи електрохімічних кіл, відповідних їм типів електродів порівняння для проведення високотемпературних електрохімічних досліджень матеріалів під тиском (внутрішній, з рівновагою за тиском, зовнішній) та чинників, які впливають на точність і достовірність отримуваних результатів. Електрод з рівновагою за тиском можна використовувати з цією метою, відкорегувавши, після відповідних досліджень, рідинний термодифузійний потенціал. Щоб врахувати величину цього потенціалу, необхідно проводити відповідні дослідження, причому для кожного робочого розчину зокрема, в результаті чого зростає кількість високотемпературних досліджень і зменшується їх ефективність. Оскільки поміряти величину рідинного термодифузійного потенціалу неможливо, то визначали концентраційні залежності різниць між рідинними термодифузійними потенціалами за вимірюваної концентрації та за умови, коли концентрації хлориду калію в обох електродах ОДНАКОВІВСТАНОВЛЕНО, що в досліджуваних діапазонах концентрацій (0,01…1 моль/кг) і температур (25…300 °°С) що величина рідинного термодифузійного потенціалу не залежить від концентрації розчину KCL. Статистична обробка показала незначущість різниці результатів, які отримані за різних концентрацій розчину KCL в електроді з рівновагою за тиском і за умови однакової концентрації розчину в обох електродах, на підставі чого зроблено висновок, що за умов проведення досліджень, у межах похибки експериментів, дифузійний потенціал між розчинами з різною концентрацією хлориду калію прямує до нуля.У дисертації наведено обгрунтування і вирішення науково-технічної задачі, яка полягає в розробці обладнання та методики електрохімічних досліджень матеріалів у високотемпературних водних середовищах під тиском. Вивчено характеристики хлоридсрібного електроду порівняння за температур до 300 °С і рівноважному тиску та досліджено сталі 15Х2НМФА та 08Х18Н10Т за умов, наближених до експлуатаційних, з метою використання отриманих результатів для точнішого прогнозування ресурсу обладнання АЕС. 1.Розроблено комплект обладнання і методику електрохімічних досліджень матеріалів у водних середовищах за температури до 300 °°С і тиску до 18 МПА з можливістю зачистки поверхні робочого електрода за вказаних умов з метою вивчення процесів репасивації свіжоутворених поверхонь, які виникають у вершині корозійно-механічних тріщин при їх підростанні.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
У дисертації наведено обгрунтування і вирішення науково-технічної задачі, яка полягає в розробці обладнання та методики електрохімічних досліджень матеріалів у високотемпературних водних середовищах під тиском. Вивчено характеристики хлоридсрібного електроду порівняння за температур до 300 °С і рівноважному тиску та досліджено сталі 15Х2НМФА та 08Х18Н10Т за умов, наближених до експлуатаційних, з метою використання отриманих результатів для точнішого прогнозування ресурсу обладнання АЕС.
1.Розроблено комплект обладнання і методику електрохімічних досліджень матеріалів у водних середовищах за температури до 300 °°С і тиску до 18 МПА з можливістю зачистки поверхні робочого електрода за вказаних умов з метою вивчення процесів репасивації свіжоутворених поверхонь, які виникають у вершині корозійно-механічних тріщин при їх підростанні.
2.Вперше експериментально визначено стандартні потенціали хлоридсрібного електрода за температур до 300 °°С, які адекватно описуються його температурною залежністю, отриманою в результаті термодинамічних розрахунків.
3.Вперше експериментально визначено коефіцієнти активностей хлориду калію в водному розчині в діапазоні температур до 300 °°С за концентрацій від 0,01 до 1,0 моляльного та описано їх рівнянням Харнета-Оуена.
4.На основі результатів проведених досліджень розраховано температурні залежності стандартного потенціалу водневого електрода відносно аналогічного за нормальних умов та першого і другого термічних температурних коефіцієнтів для хлоридсрібного електрода.
5.Доказано, що рідинний термодифузійний потенціал не залежить від концентрації хлориду калію у водних розчинах в інтервалах температур 25...300 °°С і концентрацій 0,01...1 моль/кг та за результатами досліджень розраховано його величину.
6.Рекомендовано використовувати хлоридсрібні електроди як високотемпературні електроди порівняння з концентрацією хлориду калію в них, не меншою за 0,01 моляльну, у звязку зі значною розчинністю хлориду срібла за цих умов і спотворенням внаслідок цього потенціалу електрода порівняння та вимірюваних експериментальних даних.
7.Показано, що величина дифузійного потенціалу для розчину хлориду калію за температур до 300 °°С та рівноважного тиску є незначущою і нею можна нехтувати при проведені експериментів.
8.Встановлено кореляцію між температурними залежностями різниці потенціалів свіжооновленої і запасивованої поверхонь сталей 15Х2НМФА та 08Х18Н10Т, струму гальванопари "свіжооновлена - запасивована поверхні" і швидкістю росту корозійно-втомних тріщин у діапазоні температур 25...300 °°С ; зроблено висновок про домінуючий вплив цієї гальванопари на корозійне підростання втомних тріщин.
9.Одержано нові дані про механізм процесів, які відбуваються у вершині корозійно-механічної тріщини сталі 15Х2НМФА за високих температур, та їх вплив на поступлення водню в зону передруйнування і зміну швидкості росту тріщини.
Список литературы
1.Вплив температури води на структуру оксидної плівки та величину електродного потенціалу поверхні сталі 15Х2НМФА / І. П. Гнип, І. М. Антощак, Е. І. Личковський, М. М.Швед // Физ.-хим. механика материалов. - 1989. - № 2. - С. 112 - 113.
2.Установка для исследования электрохимических свойств поверхностей металлов в коррозионных средах при высоких температурах и давлениях / В. И. Похмурский, И. П. Гнып, И. Н. Антощак, О. С. Калахан, И. З. Дуцяк, Э. И. Лычковский, Е. И. Мамаева // Защита металлов. - 1991. - № 3. - С. 516 - 518.
3.Электрохимические свойства сталей АЭС в реакторной воде при 90ЈХ300 °°С / В. И. Похмурский, И. П. Гнып, И. Н. Антощак, О. С. Калахан, И. З. Дуцяк, Э. И. Лычковский, Е. И. Мамаева // Защита металлов. - 1994. - № 3. - С. 271 - 275.
4.І. П. Гнип, І. М. Антощак. Вплив металургічних та електрохімічних факторів на розтріскування сталей АЕС в високотемпературному водному середовищі // Проблемы прочности. - 1996. - № 3. - С. 63 - 71.
5.Антощак Ігор. Визначення середньоіонних коефіцієнтів активності хлориду калію в водних розчинах за високих температур // Фіз.-хім. механіка матеріалів. Спецвипуск № 1 "Проблеми корозії і протикорозійного захисту конструкційних матеріалів". - 2000. - С. 133 - 136.
6.І. М. Антощак, І. П. Ґнип. Обладнання та метод автоклавних корозійно-механічних і електрохімічних досліджень// Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2000. - № 3. - С. 67 - 73.
Автор щиро вдячний член-кореспонденту НАН України, доктору технічних наук, професору Василю Івановичу Похмурському за постійну підтримку, поради та рекомендації, висловлені під час виконання та оформлення цієї роботи.