Inconel 600 في الطاقة النووية: اختيار مواد أنبوب مولد البخار وتجربة الخدمة

يوجد داخل كل مولد بخار لمفاعل الماء المضغوط (PWR) آلاف من -الأنابيب الرقيقة ذات الجدران -، وتحتوي الوحدة الكبيرة النموذجية على أكثر من 7000 أنبوب U-. كل أنبوب عبارة عن حد ضغط يفصل المبرد الأولي المشع عن البخار غير المشع، وتشكل الحزمة بأكملها أكبر سطح لنقل الحرارة في نظام المفاعل. تحدد المادة المختارة لهذه الأنابيب ما إذا كان المصنع سيعمل بشكل موثوق لمدة 40-60 عامًا أو سيواجه استبدالًا مبكرًا لمولد البخار بتكلفة-ملايين الدولارات.

لمدة عقدين تقريبًا، كانت تلك المادة موجودةإنكونيل 600 (UNS N06600). لقد كان اختيارًا عقلانيًا: محتواه العالي من النيكل (72% كحد أدنى) جعله محصنًا ضد التشقق الناتج عن التآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد، وكان يتمتع بقوة عالية في درجات الحرارة-ومقاومة للأكسدة، كما تفوق في الأداء على الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المستخدم في مولدات البخار الأولى. ثم روت البيانات الميدانية قصة مختلفة. بدأت الأنابيب في التشقق من الداخل إلى الخارج، وأصبحت آلية - التكسير الأولي للتآكل الناتج عن إجهاد الماء (PWSCC) - واحدة من أهم دروس المواد في التاريخ النووي التجاري، مما دفع الصناعة في النهاية إلى استخدام السبائك 690.

إن Inconel 600 عبارة عن سبيكة ممتازة ذات درجات حرارة عالية- ويعكس ضعفها الحرج - PWSCC في المياه الأولية الساخنة والعالية-النقاء - محتواها المنخفض نسبيًا من الكروم (14-17%). بالنسبة لمولدات البخار النووي الجديدة، تعد السبائك 690TT (27-31% Cr) الآن هي المعيار العالمي لأنها تضاعف الكروم تقريبًا وتزيد مقاومة PWSCC بعامل تحسين يزيد عن 10. لكن Inconel 600 تظل مؤهلة تمامًا وتستخدم على نطاق واسع في الأفران غير-المرتفعة-المهام ذات درجات الحرارة - والأفران الكيميائية وخدمة المعالجة الحرارية - حيث لا تكون PWSCC وضع الفشل الحاكم. الاختيار بينهما هو مسألة مطابقة السبيكة لآلية التآكل الفعلية.

ما هو إنكونيل 600 ولماذا تم اختياره؟

إنكونيل 600 عبارة عن سبيكة من النيكل-الكروم-الحديد الصلب-يحتوي على 72% نيكل كحد أدنى و14-17% كروم على الأقل. يعد المحتوى العالي جدًا من النيكل ميزة التصميم الرئيسية: مصفوفات النيكل محصنة ضد التشقق الناتج عن إجهاد الكلوريد ولا تتسبب في هش الهيدروجين- بالطريقة التي يحدث بها الفولاذ الحديدي. يوفر الكروم الأكسدة ومقاومة التآكل عند درجات الحرارة العالية. جعل هذا المزيج 600 ترقية منطقية من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ عندما تم تصميم مولدات البخار PWR في أواخر الستينيات والسبعينيات.

إن Inconel 600 ليس عبارة عن سبيكة -مقواة بالترسيب - بل هو عبارة عن مادة صلبة-محلول-معززة وموجهة-مركزية-مادة مكعبة تظل قابلة للطرق وقوية عبر نطاق درجة حرارة واسع جدًا، بدءًا من الظروف المبردة وحتى خدمة الأكسدة ذات درجة الحرارة العالية-. ويتم تصنيعه بسهولة في-أنابيب رقيقة غير ملحومة ذات جدران رقيقة، ملحومة بدون معالجة حرارية-لحام آخر، كما أنه يقاوم أجواء الكربنة والنيترة والأكسدة حتى 1095 درجة تقريبًا (2000 درجة فهرنهايت). تفسر هذه السمات سبب اعتماده ليس فقط لأنابيب المفاعلات ولكن أيضًا للأجزاء الداخلية للأفران وتركيبات المعالجة الحرارية-ومعدات العمليات الكيميائية.

[المصدر] ASTM B167 / ASME SB-163 (أنابيب Inconel 600 غير الملحومة)؛ ASME SB-166 (شريط/قضيب).

لماذا يعتبر محتوى النيكل مهمًا للمصممين النوويين

اختار المصممون Inconel 600 لثلاثة أسباب ترجع جميعها إلى محتواه العالي من النيكل: المناعة ضد التشقق الناتج عن إجهاد الكلوريد (مشكلة للفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 300-في مولدات البخار الأولى)، والخصائص الميكانيكية القوية لدرجة الحرارة المرتفعة-، ومقاومة كيمياء المياه الكاوية والفوسفاتية المستخدمة بعد ذلك في الجانب الثانوي. وضع الفشل الذي ظهر لاحقًا - PWSCC - هو ظاهرة مياه-جانبية أولية وعالية-نقاوة-، وليست مشكلة كلوريد أو مشكلة تآكل عام، ولهذا السبب لم يتم التنبؤ بها من خلال اختبار التأهيل المبكر.

طريقة مفيدة لفهم المفاضلة-: تم تحسين Inconel 600 لقوة درجات الحرارة العالية-، ومقاومة الأكسدة، ومناعة الكلوريد -، وكل ذلك يحكمه مستوى النيكل العالي جدًا. ما لم يتم تحسينه من أجله هو مقاومة التشققات على المدى الطويل-في المياه الأولية المهدرجة الساخنة والعالية-النقاء. أصبح هذا المطلب الثاني هو محرك التصميم المهيمن فقط بعد ظهور التصدع الميداني، ويخضع لمحتوى الكروم - وهو العنصر الأقل في عائلة Inconel 600.

إنكونيل 600 الخصائص الميكانيكية والفيزيائية

يوفر Inconel 600 في الحالة الملدنة حوالي 550 ميجا باسكال (80 كيلو باسكال) كحد أدنى لقوة الشد، و240 ميجا باسكال (35 كيلو باسكال) كحد أدنى لقوة الخضوع، واستطالة 30٪ على الأقل، وصلابة تبلغ حوالي 184 HB كحد أقصى. تعتبر هذه قيم قوة متوسطة وفقًا لمعايير السبائك الفائقة، ولكن القيمة الحقيقية للسبيكة هي مزيج من القوة مع الليونة والمتانة ومقاومة التآكل عبر نطاق واسع من درجات الحرارة - وخصائص مناسبة تمامًا لأنابيب مولد البخار ذات الجدران الرقيقة- والمكونات الهيكلية ذات درجة الحرارة العالية-.

[المصدر] ورقة بيانات المعادن الخاصة Inconel 600؛ أستم B167، أسم SB-163، أسم SB-166.

كيف يعمل Inconel 600 عند درجة حرارة عالية؟

يقاوم Inconel 600 الأكسدة في الهواء حتى حوالي 1095 درجة (2000 درجة فهرنهايت) ويحافظ على قوة مفيدة تصل إلى 650-815 درجة تقريبًا اعتمادًا على الحمل والعمر المطلوب. أقل من حوالي 540 درجة يمكن استخدامه أيضًا في تقليل أو كبريتيد الأجواء. ومع ذلك، في مولدات البخار النووية، تكون نافذة التشغيل أقل بكثير - بحوالي 290-325 درجة مياه أولية - والتآكل، وليس الأكسدة، هو الذي يحكم الأداء هناك.

هذا التمييز مهم للاختيار. إن شهرة Inconel 600 "بدرجة الحرارة العالية-تأتي في المقام الأول من خدمة الغاز والأفران، حيث يحافظ مقياس أكسيد الكروم -الوقائي (Cr₂O₃) على المعدن سليمًا. في الخدمة المائية الساخنة، يتم تحدي نفس طبقة الأكسيد بواسطة كيمياء الماء، وحالة الإجهاد الميكانيكي، والحالة المعدنية لحدود الحبوب - نظام مختلف تمامًا. الدرس المستفاد من التجربة النووية هو أن السبيكة يمكن أن تكون متميزة في الخدمة الجافة ذات درجة الحرارة العالية-وتبقى ضعيفة في الخدمة المائية ذات درجة الحرارة المرتفعة-، لأن آليات التحكم ليست نفسها.

تجربة الخدمة - آليات التدهور التي غيرت الصناعة

التكسير بالتآكل الناتج عن إجهاد الماء الأولي (PWSCC) عبارة عن آلية تكسير بين الحبيبات تحدث عندما تحدث ثلاث حالات معًا: إجهاد الشد المستدام في جدار الأنبوب (من التصنيع، أو الدحرجة في صفيحة الأنبوب، أو -الانحناء)، والبنية المجهرية الحساسة، والتعرض لفترة طويلة للمياه الأولية الساخنة المملوءة بالبخار عند درجة حرارة 290-325 درجة تقريبًا. كانت السبائك 600 هي أكثر سبائك مولد البخار عرضة لـ PWSCC لأن الكروم الذي تبلغ نسبته 14-17% لم يكن كافيًا للحفاظ على الفيلم السلبي سليمًا وتجنب استنفاد الكروم عند حدود الحبوب. تبدأ الشقوق وتنمو على طول حدود الحبوب من السطح الداخلي إلى الخارج.

يعد PWSCC خطيرًا على وجه التحديد لأنه بطيء ومخفي. يمكن أن يعمل الأنبوب لسنوات قبل ظهور مؤشر صدع قابل للقياس؛ وبحلول الوقت الذي يتم فيه اكتشافه عن طريق اختبار التيار الدوامي، يكون الأنبوب قد تعرض للخطر بالفعل. لم تتعامل الصناعة أبدًا مع هذا على أنه خطأ مفاجئ في التصميم -، بل كان تراكمًا بطيئًا للبيانات الميدانية، خلال السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين، كشف عن حدوث تشققات في جزء كبير من تشغيل مولدات البخار PWR وأجبر المرافق على إدارة باهظة الثمن وبرامج الاستبدال.

• كانت مواقع-الجانب الرئيسية المثيرة للقلق في مولدات البخار Alloy 600 هي:
• أنبوب-إلى-انتقال توسعة صفيحة الأنبوب - إجهاد متبقي مرتفع من التدحرج/التمدد.
• منطقة U-الانحناء - إجهاد متبقي مرتفع من الانحناء البارد، خاصة نصف القطر الأضيق.
• مواقع الانبعاج والقرع حيث أدى الضرر الميكانيكي إلى زيادة الضغط المحلي.
• قم بلحام -المناطق المتضررة من الأنبوب بالحرارة-إلى-صفائح الأنبوب والمفاصل الأخرى.

ما هي آليات التحلل الأخرى التي أثرت على أنابيب السبائك 600؟

بعيدًا عن PWSCC، عانت أنابيب مولد البخار Alloy 600 من التدهور الجانبي الثانوي-- خارج-التكسير الناتج عن إجهاد القطر (ODSCC)، والهجوم بين الحبيبات (IGA)، والخلايا الكاوية SCC، والتآكل الناجم عن الرصاص-ال SCC (PbSCC)، والانبعاج، والتنقر، والتدفق- الناجم عن التآكل/التآكل. يتم التحكم في ذلك بواسطة كيمياء المياه الجانبية الثانوية-، وتراكم الحمأة، وظروف الشقوق في ألواح دعم الأنبوب - وليس من الجانب الأساسي. وبالتعاون مع PWSCC، قاموا بجعل Alloy 600 المادة الأكثر إدارةً بشكل فعال في أسطول مولدات البخار.

[المصدر] إرشادات فحص مولدات البخار NRC/EPRI PWR؛ تقرير NRC عن تدهور السبائك 600 واستبدال مولد البخار.

ما مدى سوء سجل الحقل - وما هو الرد؟

بحلول التسعينيات، تم اكتشاف تشققات المياه الأولية- في جزء كبير من مولدات البخار العاملة بتقنية PWR، وواجهت المرافق برامج استبدال قبل عقود من الموعد المحدد. كانت الاستجابة الفورية هي توصيل الأنابيب وتغطية الأنابيب - بإخراج الأنابيب التالفة من الخدمة أو إصلاحها بأكمام ملحومة. كانت الاستجابة على المدى الطويل- هي إعادة أنابيب أو استبدال مولدات البخار بأكملها بأنابيب من السبائك 690 المعالجة حراريًا. يوفر التغطيه الوقت ولكنه يضيف قيودًا على التدفق وعبء الفحص، كما أن وجود ما يكفي من الأنابيب الموصلة يقلل من حرارة المولد-وينقل القدرة إلى ما يتجاوز الحدود الاقتصادية.

حددت الاختبارات المعملية المتسارعة الفجوة بين ظروف السبائك وأعطت الصناعة الثقة لإجراء التحول. في أحد البرامج التي تم الاستشهاد بها على نطاق واسع بشأن عينات Ubend العكسية المحملة بشكل ثابت في 680 درجة فهرنهايت (360 درجة ) من الماء الأولي، ظهر التشقق خلال 300 ساعة تقريبًا للسبائك 600 الملدنة بالطحن- وحوالي 800 ساعة للسبائك المعالجة حراريًا 600 - ولكن لم يتم ملاحظتها في السبائك 690 المعالجة حراريًا حتى بعد 12000 ساعة.

في اختبارات الشد الساكنة عند 680 درجة فهرنهايت، قامت المطحنة-بتصلب 600 شقوق خلال حوالي 2900 ساعة، بينما لم تظهر المعالجة الحرارية 690 أي تشقق بعد 7000 ساعة. في اختبار البخار المتسارع بدرجة 760 درجة فهرنهايت، قامت المطحنة{10}}بتصلب 600 شقوق خلال حوالي 1000 ساعة، بينما لم تظهر المعالجة الحرارية 690 أي تشققات بعد 6000 ساعة.

[المصدر] تم تلخيص أبحاث معهد EPRI في تقديمات ترخيص المجلس النرويجي للاجئين لمولدات البخار البديلة (على سبيل المثال، وحدة مشروع جنوب تكساس 1 RSG، السبائك المعالجة حراريًا 690، تصميم Westinghouse Delta 94).

النتيجة العملية: ترقية حالة السبائك-بقدر تقريبي من حيث الحجم في مقاومة PWSCC (عامل التحسين أكثر من 10 في المياه الأولية) هو السبب في أن السبائك 690 المعالجة حراريًا أصبحت المادة البديلة المسجلة.

مطحنة-المُلدن مقابل مادة إنكونيل 600 المعالجة حراريًا

المعالجة الحرارية (TT) عبارة عن دورة حرارة إضافية يتم التحكم فيها - حوالي 700-725 درجة لمدة 10-15 ساعة - يتم تطبيقها بعد خطوة التلدين بالمطحنة/المحلول العادي. فهو يرسب كربيدات M23C6 الغنية بالكروم على طول حدود الحبوب في السبائك 690 (وكربيدات النوع M7C3- في السبائك 600)، مما يزيد من توافر الكروم على حدود الحبوب ويقلل المنطقة المستنفدة للكروم التي تتيح التشقق بين الحبيبات. سبيكة 600 الملدنة بالطحن (MA) هي الحالة المزاجية التي عانت منها معظم PWSCC في الخدمة؛ تعتبر TT Alloy 600 أكثر مقاومة بشكل ملحوظ ولكنها لا تزال غير مكافئة لـ TT Alloy 690.

إن تسلسل المعالجة الحرارية-لا يقل أهمية عن الكيمياء. للحصول على أفضل مقاومة لـ SCC، يجب أولاً أن تكون السبيكة عبارة عن محلول/مطحنة تصلب عند درجة حرارة عالية بما يكفي لوضع كل الكربون في المحلول (بالنسبة للسبائك 690، أعلى من 1940 درجة فهرنهايت / 1060 درجة تقريبًا)، ثم تتم معالجتها حرارياً لترسيب الكربيدات عند حدود الحبوب. تكون المقاومة أعظم عندما تكون حدود الحبوب مكتظة بالكربيدات ولا يتم توعية المصفوفة. ولهذا السبب يتم تزويد أنابيب مولد البخار بحالة معالجة حرارية- محددة، وليس مجرد كيمياء.

[المصدر] وثائق ترخيص المجلس النرويجي للاجئين؛ وقائع ورشة عمل معهد EPRI حول السبائك 690 المعالجة حرارياً؛ كاي وآخرون، الهندسة النووية والتصميم 144 (1993).

لماذا لا تنقذ المعالجة الحرارية السبائك 600 بالكامل؟

تعمل المعالجة الحرارية على تحسين السبائك 600 ولكنها لا يمكن أن تجعلها معادلة للسبائك 690، لأن السبيكتين تختلفان في محتوى الكروم - المتغير الأساسي. التحسن الناتج عن ترسيب الكربيد حقيقي (حوالي 2-3x في الاختبارات المتسارعة)، ولكن مع وجود 14-17% فقط من الكروم، لا تزال السبيكة تحتوي على احتياطي قليل جدًا من الكروم للحفاظ على حدود الحبوب محمية على مدى عقود في المياه الأولية. تبدأ السبائك 690 بما يقرب من ضعف الكروم، لذلك تظل حدود الحبوب الخاصة بها محمية حتى قبل المعالجة الحرارية، ثم تقوم خطوة TT بعد ذلك بتوسيع هذا الهامش بشكل أكبر.

هذا هو الدرس المعدني المركزي المستفاد من قصة Inconel 600: يمكن للتحكم في البنية المجهرية تحسين أداء السبيكة بمعامل قليل، ولكن تغيير الكيمياء الأساسية للسبيكة يمكن أن يغير وضع الفشل نفسه. للانتقال من "التكسير الذي يمكن التحكم فيه" إلى "عدم وجود فشل مؤكد في PWSCC"، كان على الصناعة تغيير السبيكة، وليس فقط المعالجة الحرارية.

إنكونيل 600 مقابل 690 مقابل 800NG

تحدد ثلاث سبائك تاريخ أنابيب مولد البخار. كانت السبائك 600 (N06600) عبارة عن أنابيب PWR الأصلية ولكنها تعطلت بواسطة PWSCC وتم سحبها من الخدمة النووية الحرجة - الجديدة الخاصة بـ SCC. ضاعفت السبائك 690 (N06690) الكروم إلى 27-31% وهي الآن المعيار العالمي في الشكل المعالج حراريًا، مع عدم وجود أعطال مؤكدة في أنبوب PWSCC في الخدمة. تعتبر السبائك 800NG (N08800) هي المسار البديل، الذي تم توحيده بواسطة تصميمات Siemens/KWU PWRs وCANDU، باستخدام نسبة كربون من -إلى-التيتانيوم الخاضعة للرقابة بدلاً من الكروم العالي لمقاومة الهجوم الحبيبي. ويتم الاختيار من بينها من خلال تصميم المفاعل، والكيمياء الثانوية، وبيانات التشغيل المتراكمة - وليس من خلال رقم أداء واحد.

[المصدر] ASTM B167/B163/B407/B408؛ أسم SB-163؛ الأدبيات الخاصة بمولدات البخار EPRI وNRC.

ما هي السبيكة التي يجب عليك تحديدها لأنابيب مولد البخار؟

بالنسبة لأنابيب مولد البخار PWR الجديدة أو البديلة، حدد سبيكة 690 المعالجة حراريًا (UNS N06690). إنه المعيار العالمي، ويتمتع بأقوى سجل في PWSCC، ويدعمه عقود من بيانات التأهيل. تعتبر السبائك 800NG هي الاختيار الصحيح لتصميمات مفاعلات KWU/Siemens وCANDU التي تم توحيدها عليها، حيث يتطابق توازن الكروم من الحديد-النيكل- مع الكيمياء الثانوية لتلك النباتات. لا ينبغي تحديد السبيكة 600 للأنابيب النووية الحرجة-SCC الجديدة؛ ويظل مناسبًا لخدمة درجات الحرارة-غير النووية المرتفعة-ولمكونات المحطة القديمة التي تتم إدارتها بموجب برنامج إدارة التقادم-المعتمد.

بالنسبة للمحطات الحالية التي تحتوي على أنابيب Alloy 600، فإن القرار يعتمد على دورة الحياة: مواصلة الفحص المعزز (اختبار التيار الدوامي) بالإضافة إلى التوصيل/التغطية، أو التخطيط لاستبدال مولد البخار بـ 690TT. تتمثل المفاضلة- في عبء الفحص، وتقييد التدفق من الأنابيب المسدودة، ووقت الانقطاع مقابل التكلفة الرأسمالية للاستبدال. خلصت معظم المرافق في النهاية إلى أن الاستبدال بـ Alloy 690TT كان المسار الدائم الوحيد.

قواعد الاختيار العملية - مطابقة السبيكة للواجب

القواعد الخمس لاختيار السبائك 600 مقابل 690

• القاعدة 1Is the failure mode PWSCC in hot (>290 درجة ) -مياه أولية عالية النقاء؟ - إذا كانت الإجابة بنعم، حدد Alloy 690TT. إنه المعيار العالمي مع عامل تحسين يزيد عن 10 في المياه الأولية ولا يوجد أي فشل مؤكد في أنبوب PWSCC.
• القاعدة 2هل المفاعل من تصميم KWU/Siemens PWR أو تصميم CANDU (AECL)؟ - إذا كانت الإجابة بنعم، فإن السبائك 800NG (Ti/C أكبر من أو يساوي 12:1) هي التصميم -الاختيار القياسي ومدعوم بالكامل بواسطة سجل تشغيل هذا الأسطول.
• القاعدة 3هل الخدمة غير -الأكسدة ذات درجة الحرارة العالية-النووية، أو الكربنة، أو الخدمة الكاوية؟ - إذا كانت الإجابة بنعم، فإن Inconel 600 مؤهل بالكامل وأكثر اقتصادا ولا توجد عقوبة PWSCC.
• القاعدة 4هل هو مولد بخار Alloy 600 موجود؟ - قم بإدارته من خلال فحص التيار الدوامي المحسن، والتوصيل، والتغطية؛ خطط لاستبدال 690TT عندما تصبح سعة نقل الحرارة أو التوفر-محدودة.
• القاعدة 5هل تحدد حالة-المعالجة الحرارية؟ - حدد ذلك بشكل صريح دائمًا (المطحنة-المُلدنة مقابل المعالجة حراريًا). يعتمد أداء PWSCC على الحالة بقدر ما يعتمد على الكيمياء؛ TT 690 ليس نفس المنتج مثل MA 690.

التحكم في الكوبالت وجرعة الإشعاع

في الخدمة النووية، لا يقتصر اختيار المواد على التكسير - فحسب، بل يتعلق أيضًا بالتحكم في مجال الإشعاع. الكوبالت-59، وهو شوائب أثرية طبيعية، يتحول تحت تدفق النيوترونات إلى الكوبالت-60، وهو باعث جاما قوي يهيمن على جرعة الأفراد أثناء انقطاع الصيانة. ولذلك فإن الدرجات النووية لسبائك 690 تغطي الكوبالت بمستويات منخفضة جدًا (أقل من أو تساوي 0.10%، وغالبًا ما تكون أقل من أو تساوي 0.05% أو 0.02%)، وتطلق السبائك 690 عددًا أقل من الأيونات المعدنية في مبرد المفاعل مقارنة بالسبائك 600، مما يقلل من تراكم منتجات التآكل المنشط.

وهذا هو السبب وراء تقييد مواصفات أنابيب مولد البخار الحديثة للكوبالت والبورون والعناصر المتبقية بشكل محكم، ولهذا السبب يتم التعامل مع التحسن في جرعة الإشعاع كميزة اختيار -للمادة إلى جانب مقاومة SCC. بالنسبة للمرفق، تعني منتجات التآكل النشطة المنخفضة جرعة انقطاع أقل - وهي فائدة مباشرة تتعلق بالسلامة والتكلفة والتي تتضاعف على مدى عمر المصنع. عند تحديد أنابيب من الدرجة النووية-، تأكد من حدود الكوبالت والبورون في تقرير اختبار المواد، وليس فقط الكيمياء الأساسية.

الأسئلة المتداولة

س: لماذا تم اختيار Inconel 600 لأنابيب مولد البخار النووي؟

ج: تم اختيار Inconel 600 في الستينيات-}السبعينيات من القرن الماضي نظرًا لأن محتواه العالي من النيكل (72% على الأقل) يجعله محصنًا ضد التشقق الناتج عن إجهاد الكلوريد، ويتميز بقوة عالية- في درجات الحرارة ومقاومة الأكسدة، كما أنه يقاوم المواد الكيميائية الجانبية الكاوية والفوسفاتية- الثانوية المستخدمة في ذلك الوقت. لقد كان أكثر مقاومة للتآكل-من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الذي حل محله. لم يكن ضعفها اللاحق - PWSCC - واضحًا إلا بعد عقود من تراكم بيانات الخدمة.

س: ما هو PWSCC ولماذا يؤثر على Alloy 600؟

ج: PWSCC (التكسير الناتج عن التآكل الناتج عن إجهاد الماء الأولي) عبارة عن آلية تكسير بين الحبيبات في الماء الأساسي المحتوي على البورات عالي النقاء عند درجة حرارة 290-325 درجة تقريبًا. فهو يتطلب ثلاثة شروط متزامنة: إجهاد الشد المستمر، والبنية المجهرية الحساسة، والتعرض الطويل للمياه الأولية الساخنة. تعتبر السبائك 600 ضعيفة لأن نسبة الكروم المنخفضة نسبيًا (14-17%) تسمح لطبقة الأكسيد الواقية بالتحلل محليًا كما أن استنفاد الكروم عند حدود الحبوب يسمح ببدء الشقوق بين الحبيبات ونموها.

س: ما الفرق بين السبائك الملدنة -المطاحنة (MA) والسبائك 600 المعالجة حراريًا (TT)؟

ج: مطحنة-السبائك 600 الملدنة (MA) عبارة عن محلول-ملدن عند درجة حرارة تتراوح بين 900 و1000 درجة تقريبًا وهي المادة التي عانت منها معظم شركات PWSCC في الخدمة. تحصل السبائك 600 المعالجة حراريًا (TT) على معالجة حرارية إضافية عند حوالي 700-725 درجة لمدة 10-15 ساعة مما يؤدي إلى ترسيب كربيدات الكروم على طول حدود الحبوب؛ تعمل شبكة الكربيد التي يتم التحكم فيها على تحسين مقاومة PWSCC (حوالي 2-3x مقابل MA 600 في الاختبارات المتسارعة) ولكنها لا تجعلها مكافئة للسبائك 690TT.

س: لماذا تحولت الصناعة النووية من السبائك 600 إلى السبائك 690؟

ج: تم استخدام PWSCC على نطاق واسع في المطاحن-في أنابيب السبائك 600 الملدنة، الأمر الذي أدى إلى عمليات توصيل وتغطية واستبدال مولد البخار مبكرًا بشكل مكلف. تعمل السبائك 690 (UNS N06690) على مضاعفة الكروم تقريبًا إلى 27-31%، مما يعمل على تثبيت الفيلم السلبي ورفع مقاومة PWSCC بعامل تحسين يزيد عن 10 في الماء الأولي. في الشكل المعالج حراريًا، تستخدم جميع مولدات البخار البديلة والجديدة تقريبًا منذ أواخر الثمانينات سبيكة 690TT، مع عدم وجود فشل مؤكد في أنبوب PWSCC حتى الآن.

س: هل لا يزال Inconel 600 مستخدمًا في أي مكان اليوم؟

ج: نعم. لا يزال Inconel 600 مستخدمًا على نطاق واسع في الخدمة غير-ذات درجات الحرارة العالية-النووية حيث يتفوق محتواه العالي من النيكل: كاتم صوت الفرن، والمعوجات، والأنابيب المشعة، وتركيبات المعالجة الحرارية-مع مقاومة الأكسدة إلى حوالي 1095 درجة (2000 درجة فهرنهايت)، وأجواء الكربنة والنيترة، والمعالجة الكيميائية والبتروكيميائية، وإنتاج المواد الكاوية، و مكونات التوربينات الغازية-. وهو مؤهل تمامًا لهذه المهام واقتصادي حيث لا يكون SCC المائي ذو درجة الحرارة المرتفعة-وضع الفشل الحاكم.

س: ما هي السبائك الأخرى التي تنافس Inconel 600 في أنابيب مولد البخار؟

ج: سبائك أنبوب مولد البخار الثلاثة الرئيسية هي سبيكة 600 (N06600)، سبيكة 690 (N06690)، وسبائك 800 (N08800) في الدرجة النووية (800NG). تعتبر سبيكة 690TT هي المعيار العالمي الحديث بسبب مقاومة PWSCC الفائقة. تم توحيد سبيكة 800NG، مع نسبة تيتانيوم - إلى - كربون خاضعة للرقابة تبلغ 12:1 على الأقل، بواسطة Siemens/KWU PWRs في ألمانيا ومن خلال مفاعلات الماء الثقيل المضغوط CANDU اللاحقة المبنية على تصميمات AECL - مما يثبت أنه يمكن تحقيق مقاومة PWSCC من خلال أكثر من طريق معدني واحد.

س: كيف يمكنني التحقق من أنابيب Inconel 600 أو 690 من النوع النووي-؟

ج: تحقق من تقرير اختبار المواد (MTC، EN 10204 3.1 أو 3.2، أو شهادة ASME SB-163): يجب أن يذكر تعيين UNS (N06600، N06690، أو N08800)، والتركيب الكيميائي بما في ذلك حدود الكوبالت والبورون الخاضعة للرقابة، وحالة المعالجة الحرارية -(المطحنة-المُلدنة مقابل المعالجة حراريًا)، وحجم الحبوب، والخصائص الميكانيكية، و نتائج الفحص غير المدمرة (اختبار التيار الدوامي والموجات فوق الصوتية). تتطلب المواصفات النووية أيضًا إمكانية التتبع الكامل ومعايير العيوب التي ترفض اللفافات والدرزات وعلامات الرسم والشقوق والشوائب.

س: هل يمكن للسبائك 690 المعالجة حرارياً أن تتشقق؟

ج: تتمتع السبائك 690 المعالجة حراريًا بسجل ميداني ممتاز، ولكنها ليست محصنة تمامًا. يمكن أن تكون اللحامات من السبائك 690 مع معادن الحشو من السبائك 52/152 عرضة لـ PWSCC تحت الضغط المتبقي العالي أو عيوب اللحام، وتستمر أبحاث ODSCC -الجانبية الثانوية في العديد من البلدان. الاستنتاج الصحيح هو أن 690TT يوسع هامش الأمان بشكل كبير ويستبعد PWSCC باعتباره وضع الفشل السائد على مستوى الأسطول-للأنابيب نفسها - ولكن يظل تصنيع الصوت والتحكم في الضغط المتبقي-والتحكم في كيمياء الماء- أمرًا أساسيًا.