Corrosieonderzoek aan hooggelegeerde stalen

Elektrotechniek Vol 59, (1981) No. 11 p 663-670. (paper 19 )

ir. W. M. M. Huijbregts.

Volledige publicatie als pdf

SUMMARY

A review has been given about the use of high alloyed steels in the electricity utilities. The corrosion research program In the department chemical Re­search of the Division Research and Development is discussed, particularly the measuring techniques for pitting and crevice corrosion. Some of the re­sults are given.

The material AI-6X should be considered as a good possibility for alternative seawatercondertsor tube material. The Incoloy Alloy 800 appeared to be attacked in acid phosphate solutions; in trisodiumphosphate intergranular stress corrosion cracking occurs under steam blanketing conditions.

1. INLEIDING

Hooggelegeerde roestvaste stalen worden in de elektrici­teitsindustrie steeds meer toegepast. In nucleaire centrales worden de hoogwaardige stalen al veel gebruikt. In sommige gevallen treden corrosieschades op, die dan vooral in nucleaire installaties grote consequenties heb­ben. Corrosieonderzoek is dus zeker gerechtvaardigd.

De toepassingsgebieden van de hooggelegeerde stalen in de elektriciteitsindustrie bij de opwekking zijn: kokend­water- en drukwaterreactoren, condensors, rookgasont­zwavelingsinstallaties, kolenvergassingsinstallaties, over­verhitters, wervelbedverbranding-installaties, stoom- en gasturbines.

In bovengenoemde toepassingen zijn in het verleden al corrosieproblemen opgetreden of kunnen zeker worden verwacht gezien de aard van sommige milieus.

• In kokend-water reactoren zijn veel schades opgetreden in de roestvast stalen leidingen als gevolg van span­ningscorrosie. Deze speciale vorm van spanningscorro­sie, welke interkristallijn verloopt, ontstaat in zuiver, zuurstofhoudend water bij hoge mechanische spannin­gen. Bijzonder gevoelig voor deze vorm van corrosie zijn lasnaden en staal, dat langdurig op plm. 650°C is ge­gloeid. In vele Amerikaanse reactoren trad dit type corrosie op. De BWR van GKN-Dodewaard heeft ook dit probleem ondervonden, maar wel in sterk verminderde mate.
• De moeilijkheden met de Incoloy Alloy 800 stoomge­nerator van de kerncentrale Borssele zijn enige tijd gele­den in het nieuws geweest. De pijpen vertoonden alge­mene aantasting aan de secundaire zijde boven de pij­penplaat.
• Nieuwe ontwikkelingen zijn gaande op het gebied van condensors. Nu wordt bij grote moeilijkheden met messing of cunifer condensors herbepijping met titaan toegepast. De staalfabrikanten hebben echter deze markt ook ontdekt en verschillende min of meer geschikte stalen voor zeewatercondensors ontwikkeld. Hoge eisen moe­ten worden gesteld aan deze stalen voor wat betreft de weerstand tegen putcorrosie en spleetcorrosie.
• Het ligt in de verwachting dat in de nabije toekomst gehele of gedeeltelijke rookgasontzwaveling voor alle kolengestookte centrales noodzakelijk zal worden. Afhan­kelijk van het gekozen systeem zal of hoogwaardig staal of koolstofstaal met een coating moeten worden toege­past. Aan beide kleven zowel voor- en nadelen. De ont­wikkelingen wijzen wel op een sterke voorkeur voor coatings. Kleine en ingewikkelde onderdelen zullen echter van hoogwaardige stalen moeten worden gemaakt. In deze systemen kan een sterk zuur milieu voorkomen (HCl en/of H z S0 4 ) met vele verontreinigingen welke sterk corrosief kunnen zijn.
• Het proceswater en de gasatmosfeer in kolenvergassingsinstallaties zal zeer corrosief zijn voor sommige sta­len. Selectie van de juiste materialen voor toepassing bij deze relatief hoge temperaturen is dan ook van groot belang.
• Ook in conventionele eenheden zal het gebruik van hoogwaardige stalen sterk toenemen. Oververhitters, nu gemaakt van 13% chroomstaal of staal AISI 347 (18Cr8NiNb), zullen bij kolenstoken in grote mate aan sulfaatcorrosie onderhevig zijn. Het huidige programma van het vuurhaardzijdige corrosieonderzoek met de KEMA-proefketelinstallatie is vooral op beproeving van verschillende materialen gericht.
• In geval van wervellaagverbranding en ook bij daarachter geschakelde gasturbines kunnen afzettingen, zoals sulfaten en chloriden gemakkelijk leiden tot corrosie. Erosie en erosie-corrosie zijn ook nog potentiele schade­oorzaken.

CONCLUSIES

• Het onderzoek naar de corrosieweerstand van hooggelegeerde stalen in chloride-milieus is van groot belang voor de elektriciteitsindustrie, in bet bijzonder voor de toepassing bij kolenvergassing, rookgasontzwaveling, condensors en stoomgeneratoren.
• Bij gebruik van hooggelegeerde stalen in chloride-milieus bestaat het gevaar van putcorrosie en spanningscorrosie. De materialen dienen zo geselecteerd te worden, dat ze een hoge weerstand bezitten tegen deze corrosievormen.
• Putcorrosie- en spleetcorrosie weerstanden kunnen goed worden bepaald met behulp van elektrochemische meet­technieken, welke snel zijn uit te voeren. Na dit voorse­lecteren moeten de meer langdurige standaardtesten ter bevestiging worden uitgevoerd.
• Het materiaal 20Cr24Ni7Mo blijkt volgens de elektro­chemische metingen een hoge weerstand tegen putcorro­sie te bezitten. Als materiaal voor een zeewatercondensor zou het mogelijk zeer geschikt zijn. De onderzoektechnieken „constant strain rate" trekproef en de ,steam-blanketing" autoclaaf-test blijken goed in­gezet te kunnen worden voor de bepaling van de weer­stand tegen spanningscorrosie en de invloed van bet mi­lieu.
• Zure fosfaatverbindingen met een natrium-fosfaat verhouding gelijk aan en lager dan 1,8 zijn corrosief voor Incolov Alloy 800 reactorgrade onder "steam-blanketing" condities. Spanningscorrosie kan optreden in Incoloy Alloy 800 in vrije loog en in trinatriumfosfaat, waarbij door vorming van complexe fosfaatverbindingen vrije loog kan ontstaan. De spanningscorrosiebreuk verloopt inter­kristallijn.