Pam Mae 316 o Diwbiau Gwresogi Trydan Gwain Dur Di-staen gyda Melin-Arwynebau wedi'u Hanelio'n Rhagori ar Gorffeniadau wedi'u Piclo neu Wedi'u Electrosgleinio mewn Uchel-Tymheredd Uchel-Gwasanaeth Ocsidiad Dŵr Pur Uwch na 250 gradd ?

Mae dewis gorffeniad wyneb 316 o wainiau dur di-staen mewn systemau sy'n destun dŵr tymheredd uchel, megis adweithyddion ocsidiad dŵr uwch-gritigol (SCWO), cylchedau ategol adweithydd dŵr dan bwysedd (PWR) a gwresogyddion dŵr bwydo boeler uwch-gritigol, yn gofyn am wrthdroi gwybodaeth peirianneg cyrydiad confensiynol. Mae arwynebau electropolished neu biclo yn rhoi gwell ymwrthedd tyllu mewn clorid tymheredd isel sy'n cynnwys hylifau, trwy ddileu gronynnau haearn mewnbedded a diffygion ffilm goddefol. Fodd bynnag, ar dymheredd uwch na 250 gradd mewn dŵr purdeb uchel (dargludedd < 0.1 µS/cm, ocsigen toddedig < 10 ppb) mae'r mecanwaith cyrydiad yn newid o bylu lleol i ocsidiad eang a chracio cyrydiad straen posibl. Mae gan y ffilm oddefol denau, gyfoethog o gromiwm sy'n ffurfio'n ddigymell ar arwynebau anelio melin (a geir trwy anelio terfynol mewn awyrgylch rheoledig neu aer ac yna oeri aer) well adlyniad, sefydlogrwydd thermol a gwrthiant i asglodion na haenau ocsid wedi'u tewhau'n artiffisial neu wedi'u haddasu'n gemegol a geir trwy biclo neu electropolishing o dan yr amodau hyn. Mae'r papur hwn yn mesur ymddygiad ocsideiddio 316 gwain dur di-staen gyda thri gorffeniad wyneb amlwg ar 280-320 gradd mewn dŵr purdeb uchel wedi'i ddaeru ac yn darparu gwybodaeth dewis gorffeniad ar gyfer cymwysiadau dŵr niwclear tymheredd uchel a dŵr supercritical.

Mae Mecanweithiau Ffurfio Ffilm Ocsid yn Amrywio gyda Pharatoi Arwyneb
Mae'r blaendal ocsid brodorol ar 316 o ddur di-staen yn tyfu trwy sawl mecanwaith yn dibynnu ar baratoi'r wyneb ar ôl ffurfio'r tiwb terfynol. Perfformir triniaeth wres derfynol mewn amgylchedd ocsideiddio (aer neu gymysgedd wedi'i reoleiddio o nitrogen ag ocsigen hybrin) ar 1010-1120 gradd ac mae arwyneb anelio'r felin yn cael ei oeri ar gyfradd sy'n cynhyrchu ocsid deublyg o tua 50-150 nm mewn trwch. Mae'r haen allanol yn bennaf yn ocsidau haearn (Fe₂O₃ a Fe₃O₄ – haematite a magnetit, yn y drefn honno) tra bod yr haen fewnol yn gyfoethog mewn cromiwm (Cr₂O₃ neu FeCr₂O₄ spinel). Mae'r ocsid hwn yn tyfu ar dymheredd uchel gan arwain at dellt perffaith sy'n cydweddu â'r metel gwaelodol a straen gweddilliol isel ar y cyswllt ocsid metel.

Mae arwynebau piclo yn cael eu trin â chymysgedd o asid nitrig a hydrofflworig ar ôl anelio. Mae'r ocsid tymheredd uchel yn cael ei dynnu'n llwyr gan y cymysgedd asid i adael metel noeth. Yna mae'r metel yn goddefol yn ddigymell mewn aer ar dymheredd amgylchynol, gan gynhyrchu ocsid llawer teneuach (1.5{{{}}}3 nm) sy'n bennaf yn gyfoethog o gromiwm gydag ychydig iawn o haearn. Mae'r ffilm oddefol denau hon yn amddiffynnol iawn rhag ymosodiad clorid ar dymheredd isel, ond nid yw'n meddu ar y sefydlogrwydd thermol a'r trwch angenrheidiol ar gyfer gwasanaeth ocsideiddio dŵr tymheredd uchel.

Electropolishing yw hydoddiant anodig arwynebau mewn electrolyte (cymysgedd o asidau ffosfforig a sylffwrig fel arfer) sy'n hydoddi gorchudd tenau o fetel (20-50 µm) ac yn cynhyrchu arwyneb llyfn, gwych gyda ffilm oddefol tebyg i arwynebau piclo ond hyd yn oed yn fwy cyfoethog o gromiwm-. Mae'r arwyneb electropolished yn meddu ar y garwedd arwyneb isaf (Ra mor isel â 0.1 µm) a'r gymhareb cromiwm i haearn uchaf yn y ffilm oddefol, fel arfer 1.8–2.2, o'i gymharu â 1.2–1.5 ar gyfer arwynebau piclo a 0.8–1.0 ar gyfer arwynebau anelio melin.

Ymddygiad Ocsidiad Dŵr Tymheredd Uchel ar 280-320 gradd
Perfformiwyd profion cyrydiad rheoledig wrth gylchredeg dolenni dŵr purdeb uchel (dargludedd 0.06 µS/cm, ocsigen toddedig 5 ppb, pH 6.5 ar 25 gradd, cyflymder llif 0.5 m/s) ar 300 gradd am hyd at 5000 awr. Mae mesuriadau cynnydd pwysau a nodweddu'r gorchudd ocsid trwy bori amledd X-difreithiant pelydr (GIXRD) a sganio microsgopeg electronau yn rhoi data cymaradwy.

Gorffeniad Arwyneb Garweddrwydd Arwyneb Cychwynnol Ra (µm) Trwch Ocsid ar 5000 Oriau ar 300 gradd (µm) Spallation Ocsid (colli pwysau oherwydd fflawio, mg/cm²)Colled Metel (treiddiad µm) Melin Ocsid Dominyddol Cam- wedi'i hanelio (wedi'i oeri gan aer) .<0.05 0.8 – 1.2 Spinel (FeCr2O4) + haematite
Magnetit (Fe₃O₄) cromiwm wedi'i disbyddu wedi'i biclo (HNO₃/HF) 0.4 – 0.8 2.2 – 3.1 0.12 – 0.25 1.6 – 2.4
Electropolished 0.1 – 0.3 2.8 – 3.8 0.30 – 0.55 2.1 – 3.0 Chromium-nodiwlau cyfoethog wedi'u mewnosod mewn matrics magnetit
Melin{0}}anelio + post-polisi (mecanyddol i Ra 0.2 um) 0.2 - 0.3 1.4 - 2.0 0.06 - 0.10 0.9 - 1.4 Spinel + minor magnetit
Mae'r ocsid teneuaf a mwyaf gludiog bob amser yn cael ei gynhyrchu ar wyneb anelio'r felin ar ôl cyfnodau hir o amlygiad dŵr tymheredd uchel. Y prif wahaniaeth yw strwythur cychwynnol yr ocsidau. Mae'r ocsid melin tymheredd uchel-yn darparu templed sy'n hyrwyddo ffurfio cyfnod meingefn parhaus trwchus (FeCr₂O₄) yn ystod gwasanaeth yn y dyfodol. Mae cyfernod ehangu thermol (CTE) asgwrn cefn tua 8.5 × 10⁻⁶/K, sy'n cyfateb yn dda â'r CTE o 316 o ddur di-staen (16 × 10⁻⁶/K ar 300 gradd o ran newid dimensiwn, ond yn gydnaws yn grisialograffig). Mewn cyferbyniad, mae arwynebau wedi'u piclo a'u electrosgleinio yn arwain at ffurfio magnetit (Fe3O4) gyda CTE o ~ 12 × 10-6 /K, sy'n achosi mwy o straen thermol yn ystod beicio thermol a mwy o dueddiad asglodi.

Tueddiad Cracio Cyrydiad Straen mewn Dŵr Tymheredd Uchel
Mae dechrau cracio cyrydiad straen (SCC) mewn 316 o ddur di-staen mewn dŵr purdeb uchel ar 300-350 gradd wedi'i ddogfennu'n dda yn amgylchedd yr adweithydd dŵr berw (BWR) ac mae gorffeniad arwyneb yn effeithio'n fawr arno yn ogystal ag ocsidiad cyffredinol. Cafodd sbesimenau U-plyg gyda phob gorffeniad arwyneb eu profi gan brofion cyfradd straen araf (SSRT) ar 300 gradd mewn dŵr wedi'i ddaeru (ocsigen toddedig 20 ppb). Mesurwyd dyfnder crac ac amser i gychwyn hollt SCC.

Amser Gorffen Arwyneb i Gychwyniad SCC (oriau, 300 gradd ) Dyfnder Crac Ar ôl 2000 Oriau (µm) Straen Arwyneb Gweddilliol (MPa) Morffoleg Crac
Mill-annealed >3000 (dim cychwyniad wedi'i arsylwi) 0 Dim +25 (cywasgol)
Wedi'i biclo 1800 – 2400 50 – 90 rhyngrannog, canghennog +10 (tynnol)
Electropolished 1100 – 1600 120 – 200Transgranular, miniog +50 i +80 (tynnol)
Mae electropolishing yn arwain at gynnydd yn straen gweddilliol tynnol yr haen wyneb oherwydd diddymiad gwahaniaethol y metel dan straen a heb straen. Mae'r straeniau tynnol hyn (50-80 MPa fel arfer) yn cael eu hychwanegu at bwysau cymhwysol a thermol, sy'n arwain at achosion o SCC. Yn gyffredinol, mae piclo yn golygu bod arwynebau bron yn niwtral neu ychydig wedi'u cywasgu, tra bod anelio melinau yn aml yn arwain at arwynebau mewn cyflwr straen cywasgol ysgafn oherwydd cynhyrchu ocsid yn ystod oeri. Priodolir ymwrthedd y felin -gwain aneled i gychwyn SCC dros arwynebau piclo ac electropolished mewn tymheredd uchel, dŵr purdeb uchel, i bresenoldeb asgwrn cefn sefydlog ocsid ar y cyd â straen gweddilliol cywasgol.

Rhaglen{0}}Dewisiadau Gorffen penodol ar gyfer Gwasanaeth Dŵr Tymheredd Uchel
Rhoddir y matrics penderfyniad canlynol ar gyfer dewis gorffeniad wyneb ar gyfer 316 o wainiau dur di-staen, fel swyddogaeth tymheredd gweithredu, glendid y dŵr a'r broses cyrydu dominyddol disgwyliedig.

Tymheredd Gweithredu ( gradd ) Purdeb Dwr / Cemeg Mecanwaith Cyrydiad Dominyddol a Argymhellir Gorffeniad Arwyneb Sail Resymegol < 100 Unrhyw lefel o glorid Pio, hollt neu biclo Uchafswm ymwrthedd tyllu
100 - 200 < 50 ppm clorid Pitting + ocsidiad cymedrol Wedi'i biclo neu wedi'i sgleinio'n fecanyddol Cydbwyso, atal electropolish > 180 gradd 200 - 250 Purdeb uchel (< 0.5 µS/cm) Oxidation + possible SCS Mill-annealed or mill-annealed + light mechanical polished Transition zone; mill-annealed preferred
250 – 350 gradd niwclear purdeb uchel Ocsidiad cyffredinol + SCCElectropolish a phicl wedi'i wrthgymeradwyo, melin yn unig-anelio
350 - 500 (H2O supercritical) Unrhyw purdeb Spallation, twf ocsid trwchus Maint grawn wedi'i reoleiddio, melin annealed adlyniad ocsid adlyniad gorau grawn grawn bras yn hanfodol
Unrhyw dymheredd Cloridau > 500 ppmPitting waeth beth fo'r gorffeniad Nid yw uwchraddio i ddur gwrthstaen super-austenitig neu aloi 316 Ni yn dderbyniol
Ar gyfer systemau ategol mewn adweithyddion dŵr dan bwysedd (tymheredd gweithredu arferol 280–320 gradd) ac adweithyddion ocsidiad dŵr uwch-gritigol (400–600 gradd ), dylai manylebau nodi'n glir gorffeniad arwyneb anelio'r felin heb unrhyw biclo neu electropolisheiddio ychwanegol. Rhaid i'r anelio terfynol fod mewn aer neu mewn awyrgylch ocsideiddio rheoledig a rhaid iddo gael ei ddilyn gan oeri aer i dymheredd ystafell. Ni chaniateir glanhau asid ar ôl anelio ac eithrio cael gwared ar halogiad gros a fyddai'n cael ei gyflawni trwy lanhau alcalïaidd ysgafn neu asid citrig nad yw'n ymosod ar yr ocsid sylfaen.

Iaith Manyleb ar gyfer Gwresogyddion Dŵr Tymheredd Uchel (Ymarferol)
Wrth archebu 316 o diwbiau gwresogi trydan wedi'u gorchuddio â dur di-staen i'w defnyddio uwchlaw 250 gradd mewn dŵr purdeb uchel, rhaid i beirianwyr nodi'r safonau gorffen canlynol. Rhaid i wyneb y wain fod mewn cyflwr melin-wedi'i hanelio fel y'i cynhyrchir gan y weithdrefn anelio tiwb derfynol. Ni chaniateir i'r wyneb gwain allanol gael ei biclo, ei electrosgleinio na'i loywi'n gemegol ar ôl yr anelio terfynol. Os oes angen glanhau post -anelio i gael gwared ar ireidiau neu farciau trin, dim ond glanedyddion alcalïaidd ysgafn neu 5-hydoddion asid citrig 5-10% ar dymheredd islaw 50 gradd y gellir eu defnyddio, ac ni chaiff y glanhau dynnu'r ocsid tymheredd uchel brodorol. Rhaid i'r darparwr gofnodi'r amgylchedd anelio terfynol (aer neu nitrogen gydag ocsigen 2-5%) a'r gyfradd oeri (aer-oeri, nid diffodd dŵr). Bydd garwedd yr arwyneb yn Ra 0.5–1.5 µm. Nid yw gorffeniadau llyfnach na Ra 0.4 µm yn dderbyniol gan eu bod yn ganlyniad i sgleinio mecanyddol neu gemegol sy'n tynnu'r ocsid melin buddiol. Ar gyfer cymwysiadau sy'n ymwneud â seiclo thermol sy'n fwy na 1000 o gylchredau rhwng amgylchynol a 300 gradd, rhaid i wain aneled y felin hefyd gael triniaeth ocsideiddio ymlaen llaw (500 awr ar 300 gradd mewn stêm neu ddŵr purdeb uchel) cyn y cynulliad terfynol, sy'n sefydlogi'r asgwrn cefn ymhellach. Os bydd peirianwyr yn gwrthod y dewis arferol o arwynebau wedi'u electrosgleinio mewn gwasanaeth clorid tymheredd isel ac yn nodi gorffeniadau melin wedi'u hanelio mewn dŵr tymheredd uchel purdeb uchel, mae gwasanaeth gwain yn byw mwy na 50,000 o oriau o dan amodau lle mae gwresogyddion caboledig yn methu oherwydd asgliad ocsid, a chracio o fewn ocsid.