1. Atsižvelgiant į branduolinio kuro perdirbimą, ypač naudojant PUREX (plutonio urano redukcinį ekstrahavimą) ir susijusius vandeninius procesus, Hastelloy C-4 (UNS N06455) yra išskirtinai tinkama medžiaga kritinei įrangai, pvz., tirpintuvams, garintuvams ir vamzdynams virš kitų Ni{4}}Mo-Cr?
Hastelloy C-4 pasirinkimą lemia neprilygstamas terminis stabilumas tiksliai koroziniame branduolinio perdirbimo kokteilyje. Ši aplinka yra ypatingai atšiauri, paprastai joje verda koncentruota azoto rūgštis (HNO₃), naudojama panaudoto kuro strypams ištirpinti, kurioje yra labai oksiduojančių skilimo produktų (pvz., šešiavalenčių būsenų rutenio, chromo ir platinos grupės metalų) ir halogenidų jonų (chlorido, fluoro) iš kuro apvalkalo ir skilimo produktų.
Nors lydiniai, tokie kaip C-276 (N10276) ir C-22 (N06022), pasižymi platesniu „visapusišku“ atsparumu korozijai, C-4 yra specialiai sukurtas taip, kad būtų atsparus jautrinimui ir tarpgranuliniam poveikiui 650–1040 laipsnių (1200 F–1900 laipsnių). Tai labai svarbu, nes:
Gamybos terminis poveikis: suvirinant ir{0}}mažinant įtampą, ši{1}}šilumos paveikta zona (HAZ) veikia šiame kritiniame temperatūros diapazone. Kituose lydiniuose dėl to gali nusodinti karbidai ir tarpmetalinės fazės (mu, sigma) ties grūdelių ribomis, išeikvoti chromą ir molibdeną ir sukurti greitos tarpkristalinės korozijos kelius.
C-4 metalurginis dizainas: jo sudėtis optimizuota, kad to būtų išvengta. Jame nėra volframo ir griežtai kontroliuojamas geležies kiekis (<3%), silicon (<0.08%), and carbon (<0.015%). The low carbon minimizes carbide formation, while the balance of Cr (14-18%) and Mo (14-17%) provides excellent resistance to both the oxidizing nitric acid and any reducing acid impurities (like hydrochloric from chloride contamination) without the risk of detrimental phase formation during thermal cycling.
Veikimas karštoje azoto rūgštyje: C-4 pasižymi puikiu atsparumu korozijai karštoje, koncentruotoje azoto rūgštyje, kuri yra pagrindinė proceso terpė. Jo stabilumas užtikrina, kad laivai ir vamzdynai išliktų vientisumą dešimtmečius, užkertant kelią katastrofiškam radioaktyviųjų medžiagų nutekėjimui. Jis pranoksta standartinį nerūdijantį plieną (kuris kenčia nuo tarpgranulinio poveikio) ir dažnai pasirenkamas vietoj kitų nikelio lydinių dėl nuspėjamo, ilgalaikio veikimo šioje specifinėje, į jautrumą linkusioje šiluminėje istorijoje.
2. Specifikacijos ASTM B575 (lakštui/plokštei/juostai) ir ASTM B619 (suvirintam vamzdžiui) reglamentuoja UNS N06455. Kokių konkrečių papildomų bandymų ir dokumentų, išskyrus standartinę MTR (įrenginio bandymo ataskaitą), branduolinės įrangos gamintojui paprastai prireiktų norint įsigyti branduolinės kokybės plokštelę?
Branduolinių pirkimų srityje laikomasi materialinio užtikrinimo „auksinio standarto“. Be standartinio ASTM B575 MTR (įskaitant šilumos analizę, mechanines savybes ir hidrostatinio vamzdžio B619 bandymo ataskaitą), branduoliniai gamintojai, dirbantys pagal tokius kodus kaip ASME III skyrius, 2 arba 3 klasė arba savininko -operatoriaus specifikacijas (pvz., iš nacionalinės laboratorijos arba DOE rangovo) įpareigos:
Patobulintas atsekamumas: šilumos-po-šilumos ir gabalo-po-sekimo. Kiekviena plokštelė turi būti atsekama unikaliu ženklu iki pradinės lydymosi šilumos. Į dokumentaciją turi būti įtrauktas ne tik galutinis malūno apdorojimas, bet ir lydymosi istorija, -kurie pirmenybė teikiama vakuuminiam indukciniam lydymui (VIM) arba elektrošlakiniam perlydymui (ESR), kad būtų užtikrintas aukščiausios kokybės švarumas ir homogeniškumas.
Išsamus{0}}nedestruktyvus tyrimas (NDE):
Ultragarsinis testavimas (UT): visas{0}}plokštelės ultragarsinis tyrimas pagal ASTM A578 / A577 (arba griežtesnes kliento procedūras), siekiant aptikti vidines laminatas, intarpus ar tuštumas. Priėmimo kriterijai (pvz., nugaros-atspindėjimo praradimas, defekto dydis) yra daug griežtesni nei komercinės plokštės.
Paviršiaus tyrimas: 100 % skysčių prasiskverbimo bandymas (PT) arba magnetinių dalelių bandymas (MT) visiems paviršiams po galutinio apdirbimo / valcavimo, siekiant nustatyti paviršiaus lūžimo netolygumus.
Specializuotas korozijos bandymas: ASTM G28 metodas A (geležies sulfato{1}}sieros rūgšties bandymas) beveik visada reikalingas jautrintam bandiniui (kaitinamam iki 1250 F/677 laipsnių 1 valandą pagal ASTM G28). Šis Huey testo variantas kiekybiškai išmatuoja lydinio jautrumą tarpkristaliniam poveikiui po jautrinimo temperatūrų poveikio, tiesiogiai patikrindamas jo terminį stabilumą suvirinimo zonose. Korozijos greitis turi nukristi žemiau nurodytos ribos (pvz.<1.0 mils/month or 0.025 mm/month).
Gatavo produkto chemija: produkto analizės patikrinimas nuo gatavos plokštelės krašto (ne tik kaušelio analizė), siekiant užtikrinti, kad neatsirastų žalingo atsiskyrimo.
Sertifikavimas pagal branduolinius kodeksus: aiškus sertifikatas, kad medžiaga buvo pagaminta, išbandyta ir dokumentuota pagal ASME katilų ir slėginių indų kodekso II skyrių ir III skyrių (jei taikoma), ir dažnai 10 CFR 50 B priedą (Atominių elektrinių kokybės užtikrinimas) arba NQA-1 kokybės užtikrinimo reikalavimus.
3. Gaminant branduolinio tirpiklio indą iš Hastelloy C-4 plokštės, suvirinimas yra pati svarbiausia operacija. Kokios yra konkrečios suvirinimo procedūros, užpildo metalo parinkimas ir apdorojimas po suvirinimo, kad būtų išlaikytas lydinio atsparumas korozijai eksploatacijos metu?
Tikslas yra pagaminti suvirinimą, kuris atitiktų netauriųjų metalų atsparumą korozijai ir išvengtų defektų ar įjautrintų zonų.
Suvirinimo procesas ir procedūra: lankinis suvirinimas dujomis (GTAW/TIG) yra tinkamiausias šaknies ir užpildymo procesas dėl tikslaus šilumos įvesties valdymo ir švaraus, aukštos{0}kokybės suvirinimo metalo. Ekranuotas metalo lankinis suvirinimas (SMAW) gali būti naudojamas vėlesniam praėjimui su specialiais valdomais elektrodais. Suvirinimo procedūros specifikacija (WPS) turi atitikti ASME IX skyrių ir parodyti:
Mažas šilumos įvedimas: siekiant sumažinti laiką jautrinimo temperatūros diapazone.
Griežta tarptakų temperatūros kontrolė: paprastai ribojama iki 100 laipsnių (212 laipsnių F).
Jungties dizainas: Visiškai įsiskverbiančios jungtys su atgaliniu įpjovimu iki tvirto metalo visiškam susiliejimui.
Užpildas: ERNiCrMo-7 (AWS A5.14) yra tinkamas C-4 užpildas. Labai svarbu naudoti šią specifinę, per daug atitinkančią klasę, kad suvirinimo metalo chemija (ypač mažai anglies ir be volframo) atspindėtų netauriojo metalo stabilumą. Eksploatacinės medžiagos turi būti laikomos šildomose orkaitėse, kad nesusikauptų drėgmė (vandenilio šaltinis).
Svarbi suvirinimo praktika:
Ypatinga švara: suvirinimo zona turi būti kruopščiai nuvalyta nuo visų teršalų -alyvos, riebalų, dažų, žymėjimo rašalo (kuriuose gali būti sieros ar chloridų) ir kitų metalų šlifavimo dulkių. Specialūs nerūdijančio plieno įrankiai ir šepečiai yra privalomi.
Nugaros valymas: norint išvengti šaknies rutuliukų oksidacijos ("cukravimo"), reikalinga 100 % inertinių dujų pagrindo (argono) dalis, dėl kurios susidarytų pažeidžiamas, korozijai jautrus paviršius.
Suvirinimo briaunos profilis: Suvirinimo siūlės turi būti lygios, kad nesusidarytų plyšių ir įpjovimų, kurie gali sukelti plyšių koroziją. Galutinis paviršius turi būti vientisas ir sumaišytas.
Po-suvirinimo terminis apdorojimas (PWHT): PWHT paprastai nerekomenduojamas arba atliekamas naudojant Hastelloy C-4. Pagrindinis jo pranašumas yra atsparumas suvirinimo karščiui sukeliamam jautrumui. Streso mažinimas žalingo temperatūros diapazone (550–950 laipsnių) būtų neproduktyvus. Jei sudėtingo mazgo matmenų stabilumui užtikrinti būtinas įtempių mažinimas, būtinas visiškas tirpalo atkaitinimas (1065–1121 laipsnis), o po to greitas gesinimas – didelė, dažnai nepraktiška, cecho operacija.
Valymas po-suvirinimo ir pasyvavimas: visas suvirinimo vietas ir karščio atspalvį reikia pašalinti ėsdinant (naudojant azoto -vandenilio fluorido rūgšties mišinį, atitinkantį C-4), kad būtų atkurta vienoda pasyvi chromo oksido plėvelė, o po to kruopščiai nuplauti demineralizuotu vandeniu.
4. Branduolinio kuro perdirbimo įmonėje komponentai, tokie kaip panaudoto kuro smulkintuvai arba rūgšties regeneravimo kolonėlės vidinės dalys, gali susidėvėti ir susidėvėti. Kaip Hastelloy C-4 plokštės mechaninių savybių profilis, kaip nurodyta ASTM B575, turi įtakos jos dizainui ir veikimui tokiose srityse?
Nors C-4 buvo pasirinktas pirmiausia dėl atsparumo korozijai, mechaninės savybės lemia konstrukcijos įgyvendinamumą ir tarnavimo laiką esant mechaniniams įtempiams.
Pagal ASTM B575, tirpalu atkaitinta C-4 plokštė paprastai turi:
Tempimo stipris: ~100 ksi (690 MPa) min
Išeigos stipris (0,2 % poslinkis): ~45 ksi (310 MPa) min.
Pailgėjimas: ~40% min
Dizaino pasekmės:
Vidutinis stiprumas, didelis lankstumas: didelis pailgėjimas ir geras kietumas leidžia atlaikyti smūgines apkrovas (pvz., smulkinant degalus), vibraciją ir terminį šoką be trapios lūžimo. Tačiau jo takumo riba yra vidutinė, palyginti su kritulių -grūdintais lydiniais, tokiais kaip Inconel 718. Tai reiškia, kad aukšto -slėgio indų ar apkrovą{6}}nešančių komponentų atveju gali prireikti storesnių sekcijų, palyginti su didesnės-stiprumo medžiagomis, į kurias reikia atsižvelgti apskaičiuojant neutronų ekranavimą ir sąnaudas.
Darbinis kietėjimas: kaip ir dauguma austenitinių lydinių, C-4 work-sunkiai sukietėja šalto formavimo metu arba abrazyviniu būdu. Tai gali būti dviašmenis kardas:
Privalumas: naudojant dėvėjimąsi (pvz., naudojant kreipiamąjį paviršių), besiliečiantis paviršius sukietės, padidindamas atsparumą dilimui ir nestipriam dilimui.
Iššūkis: apsunkina šaltąjį formavimą ir apdirbimą, reikalauja daugiau galios ir lėtesnio greičio. Apdirbant reikia naudoti aštrius, teigiamus-grėblio įrankius ir aukšto-slėgio aušinimo skystį, kad būtų galima pjauti po darbiniu-sukietintu sluoksniu.
Atsparumas nuovargiui: geras jo atsparumas nuovargiui yra svarbus komponentams, kuriuos cikliškai apkrauna siurbliai, maišytuvai arba šiluminiai ciklai.
Aukštos{0}}temperatūros savybės: nors ir nėra šliaužti{1}}tvirtas lydinys, kaip Hastelloy X, C-4 išlaiko naudingą stiprumą ir atsparumą oksidacijai esant įprastoms perdirbimo proceso temperatūroms (iki ~1000 laipsnių F / 540 laipsnių), todėl užtikrina matmenų stabilumą.
5. Žvelgiant iš gyvavimo ciklo ir reguliavimo perspektyvos, kodėl pradinis ASTM B575/B619 Hastelloy C-4 pasirinkimas branduolinio kuro apdorojimo infrastruktūrai yra strateginis ilgalaikis sprendimas, nepaisant didelių pradinių išlaidų?
Šis sprendimas yra klasikinis kapitalo sąnaudų ir bendrų gyvavimo ciklo sąnaudų ir rizikos mažinimo atvejis pramonėje, kurioje nesėkmė nėra išeitis.
Neprilygstamas patikimumas ir saugumas: pagrindinis veiksnys yra radioaktyviųjų medžiagų išmetimo prevencija. Įrodytas C-4 atsparumas vietinei korozijai (duobėms, plyšiams) ir įtempių korozijos įtrūkimams halogenidų turinčioje azoto rūgštyje užtikrina, kad pirminė izoliacijos riba išliks nepažeista visą įrenginio eksploatavimo laiką (40–60 metų). Tai tiesiogiai palaiko ALARA (kiek pagrįstai pasiekiamo lygio) principą, taikomą radiacijos poveikiui.
Sutrumpintas techninės priežiūros ir prastovų laikas: iš C-4 pagaminti komponentai turi išskirtinai ilgą tarnavimo laiką. Tai sumažina poreikį:
Neplanuotas, didelės{0}}radiacijos avarinis remontas.
Dažni patikrinimai ir keitimas planuojamų gedimų metu.
Brangių atsarginių dalių inventorius.
Sutaupoma sutrumpėjus gamyklos prastovoms (kai kasdieniniai nuostoliai gali siekti milijonus) ir mažesnės radiacijos apšvitos darbuotojams yra milžiniškos.
Atliekų mažinimas: ilgesnis komponentų tarnavimo laikas reiškia, kad dėl pakeistų dalių susidaro mažiau radioaktyvių atliekų. Tai supaprastina eksploatavimo nutraukimo planavimą ir sumažina ilgalaikius -atliekų saugojimo įsipareigojimus ir išlaidas.
Reguliavimo ir licencijavimo tikrumas: naudojant gerai -suprantamą, kodą-turinčią medžiagą, turinčią didelę tarnavimo istoriją branduoliniuose įrenginiuose (dokumentuota tokiuose šaltiniuose kaip NASA/DOE vadovas „Nuodų susidarymo išvengimas Hastelloy lydiniuose“), supaprastina saugos atvejį, pateikiamą reguliavimo institucijoms (pvz., NRCIAEA, DOE). Jis suteikia nuspėjamus našumo duomenis, palengvindamas licencijavimo procesą ir sumažindamas brangaus perprojektavimo ar modifikavimo riziką.
Turto vertės išsaugojimas: gamyklos infrastruktūra išlaiko vientisumą, apsaugodama kelių{0}}milijardų- dolerių kapitalo investicijas.
Apibendrinant galima pasakyti, kad didelės pradinės Hastelloy C-4 medžiagų ir gamybos sąnaudos amortizuojamos per dešimtmečius, užtikrinant beveik -absoliutų korozijos vientisumą, o tai savo ruožtu užtikrina veiklos tęstinumą, personalo ir aplinkos saugą, reikalavimų laikymąsi ir galiausiai mažesnes bendros misijai svarbios nacionalinės infrastruktūros turto nuosavybės sąnaudas.
