SE524113C2 - Metallegeringsbeläggning för minskning av spänningskorrosionssprickning hos metallkomponenter i högtemperaturvatten - Google Patents

Description

, . - - -n 524 113 2 laddnings-, omgivnings- och strålningsförhållanden, inklusive att exponeras för högtemperaturvatten.

Vissa av de material som exponeras för högtemperaturvatten innefattar kolstål, legeringsstål, rostfritt stål och andra järnbaserade legeringar liksom nickelbaserade, koboltbaserade och zirkoniumbaserade legeringar. Trots noggrant val och behandling av dessa material för användning i vattenreaktorer, sker korrosion på dessa material då de exponeras för högtempe- raturvattnet. Sådan korrosion bidrar till många problem, exempelvis spänningskorrosionssprickning, sprickkorrosion, erosionskorrosion, att övertrycksventiler hänger sig och upp- byggnad av den gammastrålande Co-60-isotopen.

Spänningskorrosionssprickning (SCC) är ett känt fenomen som uppträder i metallreaktorkomponenter, såsom konstruktions- element, rör, fästanordningar och svetsar som exponeras för högtemperaturvatten. Med spänningskorrosionssprickning avses i denna text sprickning som bringas utbreda sig genom statisk eller dynamisk dragspänning i kombination med korrosion vid sprickspetsen. Metallkomponenterna i en reaktor utsätts för många olika påkänningar sammanhörande med exempelvis skillnader i värmeutvidgning, det drifttryck som krävs för inneslutningen av reaktorkylvattnet och andra källor, såsom kvarvarande spänningar från svetsning, kallbearbetning och andra asymme- triska metallbehandlingar. Dessutom kan vattenkemin, svetsning, sprickgeometri, värmebehandling och strålning öka en metall- komponents utsatthet för spänningskorrosionssprickning.

Det är välkänt att spänningskorrosionssprickning sker snabbare då syre föreligger i reaktorvattnet i koncentrationer av ca 1-5 miljarddelar eller högre. Spänningskorrosionssprickning ökas ytterligare i komponenter som utsätts för ett högt strålnings- flöde där oxiderande ämnen, såsom syre, väteperoxid och kort- livade radikaler bildas genom radiolytiskt sönderfall av reak- torkylvattnet. Sådana oxiderande ämnen ökar metallers elektro- kemiska korrosionspotential (ECP). Elektrokemísk korrosion för- orsakas av ett flöde av elektroner från anod- till katodområden på metallytor. Den elektrokemiska korrosionspotentialen är ett u .- n man: , . - - .. 524 113 3 , . » - nu mått på den termodynamiska tendensen att korrosionsfenomen upp- träder och är en grundläggande parameter vid bestämning av takten för olika korrosionsfenomen, inklusive spänningskorro- sionssprickning, korrosionsutmattning, korrosionsfilmförtjock- ning och allmän korrosion.

Den elektrokemiska potentialen har tydligt visats vara en primär variabel då risken för spänningskorrosionssprickning i kokvattenreaktormiljöer skall kontrolleras. Fig. 1 visar den observerade (datapunkter) och predikterade (kurvor) spricktill- växttakten som funktion av korrosionspotential för 25 mm CT-prov av ugnssensibiliserat rostfritt stål av typen 304 vid 27,5-30 MPaVm konstant belastning i 288 gradigt vatten över området för lösningskonduktiviteter från 0,1 till 0,5 pS/cm.

Datapunkter vid förhöjda korrosionspotentialer och tillväxt- takter motsvarar det verkliga förhållandet för bestrålat vattenkemi i testreaktorer eller kommersiella reaktorer.

Korrosionspotential (eller blandad potential) representerar en kinetisk balans av olika oxiderings- och reduktionsreaktioner på en metallyta placerad i en elektrolyt och kan minskas genom att man minskar koncentrationen av oxiderande ämne, såsom löst syre. Fig. 2 visar översiktligt kurvor över E (potential) som funktion av log Ii] (absolutvärdet för strömtätheten) som visar samverkan mellan H2cxfl1(5 på en katalytiskt aktiv yta, såsom platina eller palladium. Termerna Larepresenterar utbytes- strömtätheterna, som är ett mått på hur reversibla reaktionerna är. över io visas aktiveringspolarisering (Tafel-uppträdande) i de lutande, linjära områdena. Termerna iL representerar de be- gränsade strömtätheterna för syrediffusion på metallytan, som varierar med massatransporttakten (t.ex. syrekoncentration, temperatur och konvektion). Korrosionspotentialen i högtempera- turvatten innehållande syre och väte kontrolleras vanligtvis av <3-reduktionskurvans (02+-2H¿)+-4e“- 4OH) korsning med lg-oxideringskurvan (H2->2H* + 2e) varvid den låga kinetiken hos metallsönderfall vanligtvis endast har en mindre betydelse.

Den grundläggande vikten av korrosionspotentialen som funktion av exempelvis koncentrationen av löst syre i sig visas i fig. ...- no o a scan 524 113 šï* 4 3, där spricktillväxttakten hos ett Pd-belagt CT-ämne sjunker dramatiskt då förhållanden med överskottsväte uppnås, trots förekomsten av en relativt hög syrekoncentration. Fig. 3 visar en kurva över spricklängd som funktion av tid för ett Pd-belagt CT-ämne av sensibiliserat rostfritt stål av typen 304 som visar accelererad spricktillväxt vid ca 0,1 pM Hgxy i 288 gradigt vatten som innehåller ca 400 miljarddelar syre. Eftersom CT- provet var Pd-belagt, fick ändringen till överskottsväte korro- sionspotentialen och spricktillväxttakten att sjunka.

I en kokvattenreaktor förorsakar radiolysen av primärvattenkyl- medlet i reaktorhärden nettosönderfallet av en liten del av vattnet till de kemiska produkterna HU IQOW (5 och andra oxide- rande och reducerande radikaler. För tillstånd med fortfarig- hetsdrift uppnås ungefär jämviktskoncentrationer för 0” E50, och H2 i det vatten som återcirkuleras och för Ch och H2 i den ånga som går till turbinen. De resulterande koncentrationerna av ON 1502 och H5 ger en oxiderande miljö och resulterar i för- hållanden som kan öka intergranulär spänningskorrosionssprick- ning (IGSCC) hos utsatta konstruktionsmaterial.

Ett välkänt sätt som utnyttjas för att minska IGSCC hos utsatta material är tillförandet av vätevattenkemi (HWC), varigenom kokvattenreaktormiljöns oxiderande natur modifieras till ett mer reducerande tillstånd. Denna effekt uppnås genom att man adderar vätgas till reaktormatarvattnet. Då vätet når reaktor- tanken, reagerar det med de radiolytiskt bildade oxiderande ämnena homogent och på metallytor för återbildande av vatten, varigenom koncentrationen av lösta oxiderande ämnen i volym- vattnet, inklusive den del av vattnet som finns intill metall- ytor, minskas. Takten för dessa rekombineringsreaktioner beror av lokala strålningsfält, vattenströmningshastigheter och andra variabler.

I vätevattenkemi minskar det tillförda vätet nivån av oxideran- de ämnen i vattnet, såsom löst syre, och sänker till följd av detta den elektrokemiska potentialen hos metaller i vattnet.

Dock resulterar faktorer, såsom variationer i vattenströmnings- hastighet och tiden eller intensiteten för exponering för om coon u o u 524 113 neutron- eller gammastrålning, i olika koncentrationer av de angivna oxiderande ämnena i olika reaktorer, och olika koncen- trationer i olika punkter inom samma reaktor. Därigenom har för att reducera nivån av oxiderande för att hålla den elektrokemiska potentialen under en kritisk potential som krävs för skydd av olika mängder väte krävts ämnen tillräckligt mycket metallreaktorkomponenter från IGSCC i högtemperaturvatten. I denna text avses med uttrycket "kritisk potential" en korro- sionspotential vid eller under ett värdesområde av ca -0,230 till -0,300 V baserat på den vanliga väteelektrodskalan (SHE- skalan). IGSCC fortsätter med accelererad takt i system, i vilka den elektrokemiska potentialen ligger över den kritiska potentialen och med en väsentligt lägre takt, eller väsentligen inte alls, i system i vilka den elektrokemiska potentialen ligger under den kritiska potentialen (se fig. 1). Vatten som innehåller oxiderande ämnen, såsom syre, ökar den elektro- kemiska potentialen hos metaller som exponeras för vattnet över den kritiska potentialen, under det att vatten med få eller inga oxiderande ämnen ger en elektrokemisk potential under den kritiska potentialen.

Inledande användning av vätevattenkemi fokuserade på relativt stora tillsatser av löst väte, som visade sig kunna minska kon- centrationen av löst syre i vattnet utanför härden från ca 200 miljarddelar till <5 miljarddelar, med en resulterande änd- ring av korrosionspotentialen från ca +0,05 Vfiæ till 5-0,25 Vfim. Detta tillvägagångssätt används vid kommersiell användning i både inhemska och utländska kokvattenreaktorer. Korrosions- potentialer hos rostfritt stål och andra konstruktionsmaterial i kontakt med reaktorvattnet som innehåller oxiderande ämnen kan vanligtvis minskas under den kritiska potentialen genom användningen av vätevattenkemi genom tillsats av väte i reak- torns matarvatten. För tillräcklig tillsats av väte i matar- vattnet kan förhållanden som krävs för att förhindra IGSCC åstadkommas i vissa punkter i reaktorn. Olika punkter i reak- torsystemet kräver olika nivåer av vätetillsats. Mycket högre vätetillsatsnivåer krävs för att minska den elektrokemiska potentialen i reaktorhärdens höga strålningsflöde eller då nu 524 113 6 oxiderande katjoniska föroreningar, exempelvis kopparjoner, föreligger.

Det har visats att IGSCC hos rostfritt stål av typen 304 (inne- hållande 18-20% Cr, 8-10,5% Ni och 2% Mn) tionsmaterial som ofta används i kokvattenreaktorer kan minskas och andra konstruk- betydligt genom att man minskar den elektrokemiska potentialen hos materialet till värden under -0,230 Vææ. Ett effektivt sätt att uppnå detta mål är att använda vätevattenkemi. Dock kan höga vätetillsatser, exempelvis ca 200 miljarddelar eller mer i reaktorhärdens vatten, som kan krävas för att minska den elek- trokemiska potentialen under den kritiska potentialen, resulte- ra i en högre strålningsnivå i den ångdrivna turbindelen genom inblandning av kortlivade N”-ämnen i ångan. För de flesta kok- vattenreaktorer resulterar den mängd vätetillsats som krävs för att ge en minskning av IGSCC hos trycktankens inre delar i en ökning av huvudångledningens strålning med en faktor 5-8. Denna ökning av huvudångledningens strålning kan medföra höga, och till och med oacceptabla, dosrater för omgivningen som kan kräva dyra investeringar för skärmning och kontroll av strål- ningsexponering. Senare tids undersökningar har sålunda inrik- tats på användning av så låga nivåer som möjligt av väte för att uppnå fördelarna med vätevattenkemi med minsta möjliga ökning av strålningsdosraterna i huvudångan. I detta sammanhang är det viktigt att inse att betydande minskning av IGSCC också kan ske då korrosionspotentialen är högre än -0,230 Vüæ, såsom då korrosionspotentialen har sänkts med så litet som 0,050 Vgæ.

I fig. 1 ger en minskning av 0,050 Vgæ från exempelvis -0,100 V§æ till -0,150 Väm en minskning av spricktillväxt- takten, vid lösningskonduktiviteter av 0,1 till 0,05 uS/cm, med ca en faktor två.

Ett annat effektivt tillvägagångssätt som används för att minska den elektrokemiska potentialen är att antingen belägga eller legera den rostfria stålytan med palladium eller andra ädelmetaller. Närvaron av palladium på den rostfria stålytan minskar mängden väte som krävs för att nå den erfordrade kritiska potentialen på -0,230 V$æ för IGSCC. Användningen av legeringar eller metallbeläggningar som innehåller ädelmetaller , , » ~ nu 524 113 7 , , . . .~ möjliggör att man uppnår lägre korrosionspotentialer (t.ex. ca -0,5 VQE) vid mycket lägre nivåer av vätetillsatser. Exem- pelvis beskriver det amerikanska patentet nr 5 135 709 (Andresen m.fl.) ett sätt att sänka den elektrokemiska poten- tialen på komponenter tillverkade av kolstål, legeringsstål, rostfritt stål och andra järnbaserade legeringar liksom nickel- baserade legeringar eller koboltbaserade legeringar vilka expo- neras för högtemperaturvatten genom att man åstadkommer kompo- nenten med ett katalytiskt skikt av en ädelmetall. Sådana till- vägagångssätt utnyttjar den mycket effektiva rekombinerings- kinetiken hos löst syre och väte på katalytiska ytor (se det höga io för H;-oxidering i fig. 2, vilket får de flesta Of- reduktionskurvor att korsa vid -0,5 Vüæ). Detta visades inte bara för rena ädelmetaller och beläggningar, utan även för mycket utspädda legeringar eller metallbeläggningar innehållan- de exempelvis <0,1 viktprocent Pt eller Pd (se fig. 3-5). Fig. 4 visar mätningar av korrosionspotentialen på rent platina, rostfritt stål av typen 304 och rostfritt stål av typen 304 termiskt sprejad medelst hyperhastighetsoxybränsletekniken (HVOF-tekniken) med ett pulver av rostfritt stål av typen 308L innehållande 0,1 viktprocent palladium. Data erhölls i 285 gradigt vatten innehållande 200 miljarddelar syre och olika mängder väte. Potentialen sjunker dramatiskt till sin termo- dynamiska gräns på ca -0,5 Vflm då vätet befinner sig nära det stoikiometriska värde sammanhörande med rekombinering med syre för bildande av vatten (2H,+-02->2H¿M. Fig. 5 visar korro- sionspotentialer hos rostfritt stål av typen 304 dopat med 0,35 viktprocent palladium med en strömningshastighet av 200 cm?/minut i 288 gradigt vatten innehållande upp till 5000 miljarddelar syre och olika mängder väte.

Om ytrekombineringstakten är mycket högre än takten för till- försel av oxideringsmedel till metallytan (genom det stilla- stående gränsskiktet av vatten nära ytan) blir koncentrationen av oxideringsmedel (vid ytan) mycket låg och korrosionspoten- tialen sjunker till sin termodynamiska gräns på ca -0,5 Vüm i 288 gradigt vatten, även om huvudkoncentrationen av löst syre förblir hög (fig. 3-5). Dessutom tillåter den något högre diffusionstakten hos löst väte jämfört med löst syre genom nu n; Ice. g. o o o n g a n c lo» o 0 n n nu nu o: ~ - a . .- 524 113 8 gränsskiktet av vatten att något substoikiometriska huvud- koncentrationer av väte stödjer full rekombinering av det oxideringsmedel som anländer till metallytan. Även om med detta tillvägagångssätt viss vätetillsats till kokvattenreaktorerna fortfarande krävs, kan tillsatsen vara betydligt lägre, så låg som 51% av vad som krävs för det inledande vätevattenkemi- konceptet. Vätetillsatser krävs fortfarande eftersom, då oxide- ringsmedel (huvudsakligen syre och väteperoxid) och reduce- ringsmedel (huvudsakligen väte) alstras genom radiolys vid stoikiometrisk balans, väte företrädesvis övergår till ångfasen i en kokvattenreaktor. Dessutom går ingen väteperoxid in i ångan. I recirkuleringsvatten i en kokvattenreaktor finns så- lunda visst överskott av syre jämfört med väte och dessutom en tämligen stor koncentration av väteperoxid (t.ex. ca 200 miljarddelar). Tillvägagångssätt för att katalytiskt sönderdela väteperoxiden före eller under ångseparation (över härden) har också förekommit. Även om tillvägagångssättet med ädelmetall fungerar mycket bra under många förhållanden, visar både laboratoriedata och mät- ningar i härden på ädelmetaller att det är möjligt att tillför- seltakten för oxideringsmedel till metallytan närmar sig och/ eller överskrider rekombineringstakten (se fig. 6 och 7). Fig. 6 visar effekten av tillsatsen av väte till matarvattnet på korrosionspotentialen hos rostfritt stål och platina i flera punkter i den Duane Arnold-kokvattenreaktor som finns i Palo, Iowa. Vid ungefär 2 SCFM tillsats av väte till matarvattnet sjunker korrosionspotentialerna i recirkulationsrörledningarna under ca -0,25 Vflæ. I områdena med högt flöde (ovanför härden) förblir korrosionspotentialen över ca -0,25 Vfim, till och med för rent Pt, vid matarvattenvätenivâer av 215 SCFM, där lång- tidsdrift är föga tilltalande till följd av kostnaden för väte och ökningen av flyktigt Nm (turbinsken). Fig. 7 visar korro- sionspotentialen som funktion av vätetillsats för Pd-belagt rostfritt stål av typen 316 i 288 gradigt vatten i ett roteran- de cylinderprov, som simulerar förhållanden med höga fluid- strömningshastigheter. Vattnet innehöll 1,0 miljondelar (ppm) 02. Då vätenivån ökades över stoikiometri, minskade potentialen men endast till ca -0,20 Vfim. Syretillförseltakten vid dessa . .an , . - « nu 524 113 9 tester hade överskridit utbytesströmtätheten (io) hos vätereak- tionen (se fig. 2) och aktiveringspolarisering (Tafel-svar) hos vätereaktionen började ske, vilket förorsakade en förskjutning till en blandad potential (eller korrosionspotential) som ligger mellan de potentialer som uppmäts vid normal och extrem vätevattenkemi på icke-katalytiska ytor.

Vid den punkt då tillförseltakten av oxideringsmedel till metallytan närmar sig och/eller överskrider rekombinerings- takten kommer korrosionspotentialen snabbt att öka med flera hundra millivolt (t.ex. till 2~0,2 Vææ). Till och med under förhållande med (relativt litet) överskott av väte uppvisar elektroder med rent platina i kokvattenreaktorns härd korro- sionspotentialer som är tämligen höga, även om de fortfarande är något lägre än (icke-katalytiskt) rostfritt stål (se fig. 6). Vid mycket höga vätenivåer (klart över de som typiskt används vid det ursprungliga vätevattenkemikonceptet) sjunker korrosionspotentialen på ädelmetallytor till <-0,3 Väm (se fig. 6). Dock gör den höga kostnaden för vätetillsatserna till- sammans med stora observerade ökningar av flyktigt, radioaktivt kväve i ångan (dvs N”, som kan höja strålningsnivåerna i turbinbyggnaden) användningen av mycket höga vätetillsatser oattraktiv.

Det är därför önskvärt att utveckla andra sätt att sänka den elektrokemiska potentialen hos metallkomponenter i högtempera- turvatten förutom vätevattenkemi och katalytiska beläggningar eller legeringar, särskilt sätt som undanröjer vissa eller samtliga av begränsningarna hos dessa sätt att sänka den elek- trokemiska potentialen.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning är inriktad på sänkning av den elektro- kemiska potentialen hos rostfritt stål och andra metallegering- ar som används i miljöer med högtemperaturvatten som innehåller oxiderande ämnen, såsom väteperoxid och löst syre. Detta åstad- kommes genom beläggning av ytorna på IGSCC-känsliga reaktor- komponenter med en metallegering som har ett elektriskt isole- rande yttre lager som är vidhäftande och olösligt i högtempera- ...l . , , . n nu OI .- . l QIO Ü g: Q ' . . . . - - - ; . . . . . .

II IQO Iw n' c I O , a n ß 'W turvatten. Enligt föreliggande uppfinning förskjuts metall- komponenternas elektrokemiska potential i negativa riktning utan tillsats av väte.

Föreliggande uppfinning kan beskrivas som ett sätt att minska spänningskorrosionssprickning hos en metallkomponent inrättad för användning i högtemperaturvatten, innefattande stegen att man väljer en metallkomponent med en yta och som är inrättad för användning i ett system där ytan exponeras för högtempera- turvatten, varvid ytan har en korrosionspotential och är käns- lig för spänningskorrosionssprickning då den exponeras för hög- temperaturvatten, att man påför en beläggning av metallegering på metallkomponentens yta, och att man bildar ett isolerande lager på en ytteryta av metallegeringen som är vidhäftande och olösligt i högtemperaturvatten, varigenom metallkomponenten med det isolerande lagret får en korrosionspotential som är åtmin- stone 0,050 V lägre än korrosionspotentialen hos ytan av den obelagda metallkomponenten i högtemperaturvatten.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att sänka den elektrokemiska potentialen hos metallkomponenter som används i miljöer med högtemperaturvatten utan att man tillsätter väte.

Ett annat ändamål med denna uppfinning är att sänka den elek- trokemiska potentialen hos dessa komponenter under en kritisk potential utan att man tillsätter väte. Ett annat ändamål är att utveckla vidhäftande, självpassiverande beläggningar som är olösliga i högtemperaturvatten. lEn betydande fördel med föreliggande uppfinning är att den upp- ,når de beskrivna ändamålen samtidigt som den också ger flera andra fördelar, inklusive flexibilitet vad gäller sätten som används för att påföra metallegeringsbeläggningarna (dvs .termisk sprejning, plätering), möjligheten att påföra metall- mlegeringsbeläggningen på enskilda komponenter innan de inne- :fattas i ett system eller på plats i ett system som innehåller högtemperaturvatten, och sannolikheten att beläggningar enligt ,föreliggande uppfinning uppvisar förbättrad motståndskraft mot ämekanisk skada jämfört med isolerande beläggningar (dvs zirko- niumoxid). . , - u a.

OI OI Û III QOI I I I- ~ U "' . u - u ~_ 'I t z ,° ° . n 0 I U ° bl I U . . . ... . 4 1 1 z.. :- _ *_ _ _ . _ _ . . .. - . u ~ a »o 11 Kortfattad beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar den observerade och predikterade spricktillväxt- takten som funktion av korrosionspotential för ugnssensibilise- rat rostfritt stål av typen 304 i 288 gradigt vatten.

Fig. 2 är ett diagram över E (potential) som funktion av log |i| (absolutvärdet för strömtäthet) som visar interaktionen mellan H2 och 02 på en katalytiskt aktiv yta, såsom platina eller palladium.

Fig. 3 är ett kurvdiagram över spricklängd som funktion av tid för ett Pd-belagt CT-prov av sensibiliserat rostfritt stål av typen 304 i 288 gradigt vatten innehållande ca 400 miljarddelar syre och 0,1 pM H2S04.

Fig. 4 är ett kurvdiagram som visar korrosionspotentialer hos rent platina GI), rostfritt stål av typen 304 (0) och rostfritt stål av typen 304 termiskt sprejad med oxybränsletekniken (HVOF-tekniken) med ett pulver av rostfritt stål av typen 308L innehållande 0,1 viktprocent palladium (O).

Fig. 5 är ett kurvdiagram som visar korrosionspotentialerna hos rostfritt stål av typen 304 dopat med 0,35 viktprocent palla- dium vid en strömningshastighet av 200 cmflminut i 288 gradigt vatten innehållande olika mängder väte och följande mängder syre: (O) 350 miljarddelar; (A) 2,5 miljondelar; och (ED 5,0 miljondelar.

Fig. 6 är ett kurvdiagram som visar effekten av tillsats av väte i matarvattnet på korrosionspotentialen hos rostfritt stål av typen 304 vid den övre delen av härden (O), vid den nedre delen av härden (I) och i recirkulationsrörledningarna (A); och på platina vid den övre (0) och nedre (Ch delen av härden.

Fig. 7 är ett kurvdiagram som visar korrosionspotentialen som funktion av vätetillsats för Pd-belagt rostfritt stål av typen 316 i 288 gradigt vatten i ett roterande cylinderprov, som simulerar förhållanden med hög fluidströmningstakt av 0,3 (O), 1,5 (Ch och 3,0 (A) m/sekund. 524 113 12 Fig. 8 är en översikt över elektrokemiska processer som i allmänhet leder till förhöjda korrosionspotentialer på utsidan (mynningen) av en spricka och låga korrosionspotentialer på insidan (spetsen) av sprickan.

Fig. 9A-9F ger en översiktlig jämförelse av de korrosionspoten- tialer oc som bildas under höga strålningsflöden på olika belagda och obelagda komponenter.

Fig. 10A-C är översiktliga illustrationer av en skyddande metallegeríngsbeläggning med ett isolerande lager enligt före- liggande uppfinning, som visar ett termiskt zirkoniumlegerings- pulver med ett isolerande lager av zirkoniumoxid, varvid skyddet ges av beläggníngen då en spricka utbreder sig genom beläggningen. 0 Fig. 11 och 12 är kurvdiagram som visar korrosionspotentialen hos rostfritt stål av typen 304 obelagt (O) och belagt (Eb med yttriumoxidstabiliserad zirkoniumoxid genom luftplasmasprejning som funktion av syre- resp. väteperoxidkoncentration.

Fig. 13 och 14 är kurvdiagram som visar korrosionspotentialen som funktion av syrekoncentration för obelagt rostfritt stål av typen 304 (O), rostfritt stål av typen 304 belagt med yttrium- oxidstabiliserad zirkoniumoxid med tjockleken 0,003 tum (CD, 0,005 tum (A) och 0,010 tum (O); och rent zirkonium (I) efter nedsänkning i rent vatten under två dagar resp. vatten inne- hållande olika vattenkemiförhållanden under tre månader.

Fig. 15 är ett kurvdiagram som visar korrosionspotentialen som funktion av syrekoncentration för obelagt rostfritt stål av typen 304 (O), zircaloy-2 (CD och rent zirkonium (A) i 288 gradigt vatten vid en ekvivalent strömningshastighet av 200 cm3/minut.

Fig. 16 är ett kurvdiagram som visar korrosionspotentialen som funktion av väteperoxidkoncentration för obelagt rostfritt stål av typen 304 (I), zircaloy-2 CD och rent zirkonium (A) i 288 ~ ~ nuv- a n n. ~ fl n. u. - - °', ”°2 . - . -. .. . a n a - u o ' . - . a - , . . . . . - c n O: _ _ . ., ...- un- .an °°: 2 , , , o 2 . . a , , . . .a »<- . - . ~ u ° 13 gradigt vatten vid en ekvivalent strömningshastighet av 200 cmß / minut .

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Föreliggande uppfinning är en teknik att lösa problemet att uppnå låga korrosionspotentialer i området i härden med högt flöde (eller i andra områden som kan ha mycket höga oxiderings- medelstillförseltakter från höga koncentrationer och/eller höga fluidströmningshastigheter/konvektion). Tekniken innefattar bildandet av en metallegeringsbeläggning med ett elektriskt isolerande lager på spänningskorrosionssprickningskänsliga ytor på metallkomponenter i en vattenkyld kärnreaktor. Det isolerade lagret är utformat att ändra balansen mellan tillförseltakten av oxideringsmedel till ytan och takten för rekombinering på ytan genom att begränsa tillförselkinetiken (genom att begränsa massatransporten av reagenser genom det isolerande lagret).

Denna uppfinning har samband med den godkända, anhängiga patentansökningen med serienummer 08/226 153, inlämnad den ll april 1994, vilken härmed innefattas genom referens. Tekniken enligt föreliggande uppfinning baseras på följande grundanta- ganden.

Det första antagandet är att korrosionspotentialer endast åstadkommes vid gränsytor mellan metall och vatten. Korrosions- potentialen på en metallbeläggning bildas således vid metall- beläggningens gränsyta med volymvattnet, under det att korro- sionspotentialen på en isolerande beläggning bildas vid gräns- ytan mellan substratmetallen och det vatten med vilket den befinner sig i kontakt (dvs vattnet i porerna eller sprickorna, såsom beskrives i denna text).

Korrosionspotentialens påverkan på spänningskorrosionssprick- ning härrör från skillnaden i korrosionspotential vid sprick- mynningen/den fria ytan med i allmänhet hög potential jämfört med den alltid låga potentialen (t.ex. -0,5 Væm) i sprick-/ springspetsen. Denna potentialskillnad medför elektronflöde i metallen och jonflöde i lösningen, vilket inducerar en ökning av anjonkoncentrationen i sprickan, såsom i en klassisk spricka. . . ~ a nu 524 113 14 Fig. 8 visar översiktligt elektrokemiska processer som i all- mänhet leder till förhöjda korrosionspotentialer på en sprickas utsida (mynning) och låga korrosionspotentialer på sprickans insida (spets). Potentialskillnaden Aocfår anjoner A'(t.ex.

Cl) att koncentrera sig i sprickan men endast om det finns både en jonväg och en elektronväg.

Fig. 9A-9E ger en schematisk jämförelse av de korrosionspoten- tialer q,som bildas vid högt strålningsflöde: (A) på en obe- lagd (t.ex. rostfritt stål) komponent (högt $c); (B) på en komponent belagd med en katalytisk metallbeläggning där takten för tillförsel av reagenser till ytan inte är alltför hög (lågt og; (C) på en komponent belagd med en katalytisk metallbelägg- ning, där takten för tillförsel av reagenser till ytan närmar sig eller överskrider rekombineringskinetiken för H2 och O, (måttligt og; (D) på en komponent belagd med en isolerad skyddande beläggning (vid en låg korrosionspotential förutsatt att koncentrationen för oxideringsmedel ej blir alltför hög (se fig. 11); (E) på en komponent belagd med en isolerad, skyddande beläggning som är dopad med en ädelmetall (alltid vid en låg korrosionspotential); och (F) på en komponent belagd med en metallegeringsbeläggning med ett isolerande lager på en ytter- yta (alltid vid en låg korrosionspotential).

För att påverka spänningskorrosionssprickning måste sålunda den förhöjda korrosionspotentialen vid sprickmynningen bildas på en yta som befinner sig i elektrisk kontakt med den aktuella komponenten. Om en metallegeringsbeläggning belagd med isole- rande lager (se fig. 9 och 10) påförs en metallkomponent och viss porositet, sprickor eller öppningar i beläggningen antas existera, bildas korrosionspotentialen endast på gränsytan mellan metallkomponent och vatten så länge som metallegeringen bildar ett isolerande lager i sprickan då den formas eller då den utbreder sig genom beläggningen.

Sålunda skulle en spricka formas av beläggningen, men eftersom den är elektriskt isolerande, kan inte sprickan representera en "elektrokemisk" spricka utan endast en "begränsad massatrans- port"-geometri. Den kritiska delen av "elektrokemiska" sprickor ua-- , , . - .- 524 113 är förekomsten av ett ledande material i samtidig kontakt med områden med hög potential (t.ex. en sprickmynning) och områden med låg potential (t.ex. en sprickspets). Det skulle sålunda inte hjälpa att ha en komponent täckt med ett metallegerings- lager (eller sammanbundna metallpartiklar) i vilket en serie sammanbundna porer, en spricka eller springa existerar, om ett isolerande lager ej bildas i de sammanbundna porerna, sprickan eller springan. Under dessa förhållanden skulle den aggressiva sprickkemin kunna bildas i metallegeringslagret, som i sin tur skulle vara i kontakt med komponenten.

Därför kännetecknas metallegeringsbeläggningar enligt denna uppfinning av att de är isolerande, vidhäftande och olösliga i högtemperaturvatten. I detta sammanhang innebär isolerande mer isolerande än de oxider som bildas på metallkomponenter som används i högtemperaturvatten, vilka typiskt är Fe-baserade, Ni-baserade och Co-baserade legeringar, särskilt rostfria stål.

Dessa legeringar bildar halvledande ytoxider som är kända att vara känsliga för elektrontransport genom dem. De elektriska ledningsegenskaperna hos de isolerande lager som bildas på metallegeringar enligt denna uppfinning bör vara betydligt lägre än metallkomponentens yttre oxidlager, företrädesvis åtminstone två storleksordningar lägre och om möjligt mer. Det isolerande lagret måste vara vidhäftande, och sålunda ej ut- sättas för splittring till följd av termiska kretslopp som typiskt uppträder i system med högtemperaturvatten. Slutligen måste det isolerande lagret vara olösligt i högtemperatur- vatten, särskilt då vattnet innehåller oxiderande ämnen, såsom löst syre och/eller väteperoxid.

Det andra antagandet är att om den isolerande beläggningen ej är vattengenomtränglig, kan det uppenbarligen varken finnas en korrosionspotential bildad på den underliggande metallen eller någon oro för spänningskorrosionssprickning. Eventuella porer eller fina sprickor i ett isolerande lager ger mycket begränsad massatransport och är sålunda ekvivalenta med ett mycket tjockt gränsskikt av stillastående vatten nära ytan. Eftersom oxide- ringsmedel alltid förbrukas vid metallytor, medför denna mycket begränsade massatransport (begränsad hastighet för oxiderings- ...- 524 113 _16 , . . - .- medeltillförsel) en minskning av takten för tillförsel av oxideringsmedel genom den isolerande beläggningen till substra- tet under dess förbrukningstakt. Under dessa förhållanden med begränsad massatransport minskar korrosionspotentialen snabbt till värden $~0,5 Vüm, till och med för höga koncentrationer volymoxideringsmedel, och till och med utan stoikiometriskt överskottsväte (eller något väte). Många observationer över- ensstämmande med detta har gjorts, inklusive låga potentialer på rostfria stålytor vid låga syrenivåer (t.ex. 1-10 miljard- delar) liksom i (precis innanför) sprickor/klyftor, till och med vid mycket höga nivåer av volymsyre.

Korrosionspotentialer 5-0,5 Væm kan sålunda uppnås genom an- vändning av metallegeringsbeläggningar enligt föreliggande upp- finning, till och med vid höga koncentrationer av volymoxide- ringsmedel och inte bara då stoikiometriskt överskottsväte saknas utan även då inget väte alls finns. Detta kan visa sig vara en mycket viktig uppfinning för kokvattenreaktoranlägg- ningar, vilka inte kan tillsätta tillräckligt med väte för att garantera förhållanden med stoikiometriskt överskottsväte i alla punkter i anläggningen (till följd av kostnaden eller till följd av de höga N”-strålningsnivåerna till följd av vätetill- skottet).

Metallegeringar enligt föreliggande uppfinning kan innefatta varje legering som självpassiverar genom att bilda en oxid i högtemperaturvatten eller luft som uppfyller det häri beskrivna villkoren vad gäller det isolerande lagret. Självpassivering eller spontan passivering är viktig eftersom det antas, att små porer, sprickor och öppningar förekommer i de flesta metallege- ringsbeläggningar, antingen omedelbart då de avsätts eller efter lång exponering i en miljö med högtemperaturvatten. Dessa porer, sprickor och öppningar måste bilda ett isolerande lager som beskrives häri, för de skulle i annat fall vara en möjlig källa för sprickkorrosion såsom beskrives i denna text. Möjliga lämpliga legeringar för bildande av metallegeringsbeläggningar innefattar Al-baserade, Sc-baserade, Y-baserade, La-baserade, Ti-baserade, Zr-baserade, Hf-baserade, V-baserade, Nb-baserade eller Ta-baserade legeringar. I detta sammanhang inkluderar 524 115 17 , , . - .u metallegeringar även den rena formen av dessa metaller. Zr- baserade legeringar, såsom zircaloy-2, föredras för kärnreak- tortillämpningar till följd av deras kända kompatibilitet i kärnreaktorsystem.

Olika isolerande lager kan formas på dessa metallegerings- beläggningar, men sökanden antar, att oxider, karbider, nitri- der och borider av dessa legeringar är mest lämpliga vid hög- temperaturvattentillämpningar. I fallet av zirkoniumlegeringar skulle det isolerande lagret kunna vara en oxid av legeringen som innefattar zirkoniumoxid. Zirkoniumoxid (Zr0g är ett bra första val eftersom den bildas spontant i luft eller vatten och också kan påföras genom termisk sprejning. Zirkoniumoxid är också mycket stabil i högtemperaturvatten, både strukturellt (den utsätts exempelvis inte för splittring och är inte känslig för omgivningspåverkad sprickning) och kemiskt (t.ex. löses den ej upp eller reagerar). Zirkoniumoxid kan också erhållas i många olika partikelstorlekar, så att de termiska sprejpara- metrarna kan ändras efter önskemål då termisk sprejning är det önskade sättet att bilda det isolerande lagret. Aluminiumoxid är också ett val. Lösningshastigheten för aluminiumoxid i 288 gradigt vatten är högre än den för zirkoniumoxid, men är fort-V farande mycket låg. Olika andra metalloxider, karbider, nitri- der eller karbider kan också vara lämpliga, så länge som de är mekaniskt och kemiskt stabila i en miljö med högtemperatur- vatten, inklusive att de inte löses i högtemperaturvatten och ej utsätts för ytsplittring under normalt driftförhållande för systemet med högtemperaturvatten. Det skall noteras, att det isolerande lagret format på ytan av metallegeringsbeläggningen ej kan vara samma isolerande lager (t.ex. en oxid) som bildas i porer, sprickor eller öppningar då de exponeras för luft eller vatten.

Fig. 10A är en översiktlig illustration av en metallegerings- beläggning enligt föreliggande uppfinning med ett isolerande lager, visat som partiklar 4 av zirkoniumpulver som har ter- miskt sprejats på metallkomponentytan 2. Partiklarna på ytan är oxiderade partiklar 6, vilka kan vara oxiderade såsom beskri- vits här, och som sålunda utgör det isolerande lagret. Vidare . -.«- , , . . n. 524 113 18 , . . - nu visas en spricka 8 som existerar omedelbart efter påföringen.

Denna spricka har också oxiderade partiklar 6 på sprickytan då den exponeras för en oxiderande miljö. Till följd av den isole- rande egenskapen hos zirkoniumoxid finns ingen elektrisk för- bindning mellan yttre (högoxiderande) vatten och metallkompo- nentsubstratet 2. Sålunda förhindrar det isolerade lagret bildande av en elektrokemisk öppningscell (se fig. 8). Fig. 10B och 10C illustrerar hur en spricka eller öppning kan utbreda sig genom metallegeringsbeläggningen. Då sprickspetsen öppnar sig i närvaro av ett oxiderande ämne (t.ex. högtemperaturvatten med löst syre eller luft) bildar partiklarna 4 oxiderade partiklar 6, så att sprickan blir självpassiverande tills den når metallsubstratet 2 (fig. 10C). Då sprickan 10 når metall- substratet 2 begränsar den massatransporten av oxiderande ämnen till det underliggande metallsubstratet 2 (se fig. 2 och 7) till tillräckligt låg takt för att metallkomponentens korro- sionspotential alltid skall vara låg (dvs -0,5 Vüæ).

Experimentdata (som visas i fig. 11) erhölls i 288 gradigt rent vatten på en cylindrisk elektrod av rostfritt stål belagd med yttriumoxidstabiliserad zirkoniumoxid (YSZ) genom luftplasma- sprejning. En referenselektrod i form av ett Cu/Cufb-membran användes för att mäta korrosionspotentialerna hos den rostfria stålautoklaven, en platinatråd och det YSZ-belagda rostfria stålprovet. Vid syrekoncentrationer upp till ca 1 miljondel (under kokvattenreaktordrift är motsvarande syrekoncentration (02 + 0,5 x H55) ca 100-600 miljarddelar), förblev det YSZ- belagda provets korrosionspotential 5-0,5 Vflm trots de höga potentialer som registrerades på den rostfria stålautoklaven (+0,20 Vüm) och platinaelektroden (+O,275 Vflm). Detta stämmer med många observationer av låga potentialer på rostfria stål- ytor vid låga syrenivåer (t.ex. 1-10 miljarddelar) liksom i sprickor och klyftor, till och med vid mycket höga syrenivåer.

Sökanden antar, att dessa resultat blir samma som de som för- väntas för metallegeringsbeläggningar enligt föreliggande upp- finning, där zirkoniumoxid är det isolerande lagret, eftersom det isolerande materialet i båda fallen är detsamma. Dock kan de isolerande lagren av zirkoniumoxid enligt föreliggande upp- finning ha ännu mer begränsad massatransport och i motsvarande u: una; nu n u o n , o u o av; I o u n os: u lo anno Ia o , . » - a» .a a. I 0 000 9 I I '* 0 I". . . . . - - _~ g 1' . - - - . . . . . . .__¿ _ _ _ , .. . -. ..¿. en; ...u , . _ n I. ' u I anno “"' ' I . . . -- ~ °' 19 grad lägre korrosionspotentialer om ett mindre poröst isoleran- de oxidlager bildas (t.ex. oxidlager bildade på plats).

Liknande observationer gjordes vid väteperoxid, där låga poten- tialer observerades på det YSZ-belagda provet vid koncentratio- ner över 1 miljondel (se fig. 12). Däremot uppvisade obelagt rostfritt stål en hög korrosionspotential av ca +0,150 Vflæ.

Låga potentialer observerades också på det YSZ-belagda provet i vatten innehållande 1 miljondel Qzdå provet roterades med 500 varv per minut, motsvarande en linjär strömningshastighet på 0,7 m/sekund. Detta är inte förvånande, eftersom de högre strömningshastigheterna bara reducerar tjockleken på det stillastående gränsskiktet av vätska, ett skikt vars tjocklek är liten relativt zirkoniumoxidbeläggningen. Framgången med att bibehålla låga korrosionspotentialer under dessa förhållanden visar att det elektriskt isolerande zirkoniumoxidlagret i stor utsträckning minskar massatransporten till den underliggande metallytan, så att till och med vid avsaknad av katalytiska ämnen, såsom palladium, katodreaktionen (syrereduktionen) massatransportbegränsas precis som vid obelagda prov i lös- ningar med mycket låg halt av löst syre. Sökanden antar också, att dessa resultat skulle gälla på metallegeringsbeläggningar enligt föreliggande uppfinning av de skäl som beskrivs vad gäller resultaten i fig. ll.

Ytterligare bekräftelse erhålles vid mätningar av korrosions- potentialen hos Zircaloy i 288 gradigt vatten, som uppenbar- ligen alltid är lägre än -0,5 Vüæ, till och med i luftade lösningar. Den relativt starkt elektriskt isolerande naturen hos zirkoniumoxidfilmen medför bildande av korrosionspotentia- len vid metallytan där oxideringsmedelskoncentrationen är mycket låg till följd av dess begränsade transport genom zirkoniumoxidfilmen.

Ytterligare experimentdata visas i fig. 13 och 14. En belägg- ning tillverkad av yttriumoxidstabiliserat zirkoniumoxidpulver avsattes i tre olika tjocklekar (0,003, 0,005 och 0,010 tum) på den rena metallytan av rostfritt stål av typen 304 (med en diameter av 0,25 tum och en längd av 1 tum) genom luftplasma- ÜU IOII Qi .

D I I Û IIflI u sn.. nu man; .

I! solo ut u o o nu n u in , . ~ - a; n 524 113 sprejning. Korrosionspotentialerna hos de zirkoniumoxidbelagda elektroderna, en ren zirkoniumelektrod och obelagt rostfritt stål av typen 304 uppmättes mot en Cu/CufifiZrOf1eferenselektrod i 288 gradigt vatten innehållande olika mängder syre. Efter mätningen av korrosionspotentialen nedsänktes testproven i 288 gradigt vatten innehållande olika vattenkemiförhållanden under 3 månader med öppen krets.

Vid de inledande testerna monterades YSZ-belagda rostfria stål- elektroder i autoklaven tillsammans med en zirkoniumelektrod, en elektrod av obelagt rostfritt stål av typen 304 och refe- renselektroden. Samtliga prov nedsänktes i rent 288 gradigt vatten med en strömningshastighet av 200 cmflndn under 2 dagar.

Korrosionspotentialen uppmättes sekventiellt med ökande till- sats av syre, såsom visas i fig. 13. Vid givna syrenivåer upp till 200-300 miljarddelar uppvisade de YSZ-belagda elektroderna låga potentialer (<-0,5 Vflm) väsentligen ekvivalenta med de hos den rena zirkoniumelektroden, jämfört med korrosionspotential- värdena för rostfritt stål av typen 304 som uppmättes vid samma syrenivå. Ytterligare ökning av syrekoncentrationen ökade korrosionspotentialen hos de YSZ-belagda elektroderna.

Efter att systemet lämnats i 288 gradigt vatten innehållande olika vattenkemiförhållanden under 3 månader, uppmättes korro- sionspotentialen ånyo genom ökning av syrekoncentrationen (se fig. 14). Detta data indikerar att uppträdandet för korrosions- potentialen hos de YSZ-belagda elektroderna bibehölls under längre perioder. fig. 13 och 14 framgår, att påföringen av ytan av rostfritt stål av typen 304 verkar att bibehålla en låg korrosionspotential syrenivåer (upp till ca 300 miljarddelar), Av ovannämnda data i en YSZ-beläggning på vara fördelaktig för (<-0,5 Vfim) vid höga även då väte saknas, genom att massaöverföringen av syre till metallytan minskas och därigenom spänningskorrosionssprickning hos konstruktionsmaterialet minskas. Eftersom syrekoncentratio- nen vid drift av en kokvattenreaktor är ca 200 miljarddelar, kan spänningskorrosionssprickning i konstruktionskomponenter hos kokvattenreaktorer minskas genom påföringen av en YSZ- 0 no non 524 113 21 , , > - »o beläggning eller annan elektriskt isolerande, skyddande belägg- ning på konstruktionsmaterialets ytor. Även här är detta analogt med metallegeringsbeläggningar enligt föreliggande upp- finning, särskilt de som har sprickor eller öppningar som sträcker sig genom metallegeringsbeläggningen till metallkompo- nentens yta, och mer specifikt då det isolerande lagret inne- fattar zirkoniumoxid.

Som en ytterligare bekräftelse visar fig. 15 och 16 korrosions- potentialen hos provbitar av rostfritt stål av typen 304 sammangjutna med gjutgods, zircaloy-2 (en välkänd kommersiell zirkoniumlegering med ca 1,2-l,7% Sn, 0,13-0,20% Fe, 0,06-0,15% Cr, 0,05-0,08% Ni, 0,09-0,15% O och resten Zr, efter vikt) och rent zirkonium i högtemperaturvatten innehållande löst syre resp. väteperoxid. Dessa mätningar av korrosionspotentialen gjordes på liknande sätt som de som gjordes för datat i fig. 13 och 14, förutom att samma prov uppmättes över en period av flera veckor vid olika oxideringsmedelskoncentrationer. Förutom vid mycket höga koncentrationer av oxideringsmedel har zircaloy-2 och rent zirkonium betydligt lägre korrosionspoten- tialer (5-0,500 V) än rostfritt stål av typen 304. Därför för- väntas metallegeringsbeläggningar enligt föreliggande upp- finning också uppvisa liknande sänkta korrosionspotentialer, särskilt i det fall då zirkoniumlegeringar eller rent zirkonium bildar metallegeringsbeläggningen.

Metallegeringsbeläggningar enligt föreliggande uppfinning kan ha varje lämplig tjocklek, men de förväntas vara av storleks- ordningen 0,020 tum eller mindre för de flesta tillämpningar.

De isolerande lagren som bildas på metallegeringsbeläggningen kan vara mycket tunnare, i storleksordningen 1 pm, så länge som de uppfyller de häri angivna villkoren.

Metallegeringsbeläggningar enligt föreliggande uppfinning har fördelen jämfört med isolerande beläggningar att de typiskt är mindre sköra och oftare vidhäftar bra till metallsubstratet. En sådan beläggning kan också typiskt avsättas vid lägre tempera- turer än isolerande beläggningar tack vare deras lägre smält- punkter. ...- 524 113 22 n . , . « »o Metallegeringsbeläggningar enligt denna uppfinning kan påföras med användande av sätt som fungerar med metallkomponenterna eller substratet, inklusive kända sätt, såsom termisk sprejning eller plätering. De kan påföras på en komponent innan den inne- fattas i ett system med högtemperaturvatten eller efter den monterats i ett sådant system, och kan också påföras med vatten i systemet med användande av kända tekniker, såsom plasmasprej- ning.

Det isolerande lagret kan bildas i luft, vatten eller andra oxiderande medier i fallet av oxidisolerande lager, och andra välkända sätt kan användas för bildande av nitrider, karbider och borider.

Föreliggande uppfinning är särskilt lämpad för användning i vattenkylda kärnreaktorer som innehåller högtemperaturvatten, men uppfinningen kan dock även användas i varje annat system som utnyttjar högtemperaturvatten där spänningskorrosions- sprickning måste beaktas, såsom i vanliga turbiner och genera- torer.

Ovanstående sätt har beskrivits som ett exempel. Variationer och modifieringar av det beskrivna sättet inses lätt av fack- mannen inom teknikområdet vattenkemi. Samtliga sådana varia- tioner och modifieringar skall anses ligga inom ramen för bi- fogade patentkrav. s a~.n

Claims (12)

524 113 23 Batentkran

1. Sätt att minska spänningskorrosionssprickning hos en metallkomponent inrättad för användning i högtemperaturvatten, innefattande följande steg: att man väljer en metallkomponent med en yta och som är inrättad för användning i ett system där ytan exponeras för högtemperaturvatten, varvid ytan har en korrosionspotential och är känslig för spänningskorrosionssprickning då den exponeras för högtemperaturvatten, k ä n n e t e c k n a t a v stegen att man påför en beläggning av metallegering på metall- komponentens yta, och att man självpassiverande bildar ett isolerande lager på en ytteryta av metallegeringen som är vidhäftande och olösligt i högtemperaturvatten, varigenom metallkomponenten med det isolerande lagret får en korrosionspotential som är åt- minstone 0,050 V lägre än korrosionspotentialen hos ytan av den obelagda metallkomponenten i högtemperaturvatten.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att stegen då man väljer en metallkomponent, påför en beläggning och bildar ett isolerande lager utförs före eller efter ett ytterligare steg då man innefattar metallkomponenten i ett system eller efter ett ytterligare steg då man tillför vatten till systemet och i kontakt med metallkomponenten.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att steget att man påför beläggningen innefattar sprejbildning eller plätering av metallegeringen på metallkomponentens yta.

4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att korrosionspotentialen hos metallkomponenten med det isolerande lagret i högtemperaturvatten ligger under en kritisk potential, vid vilken spänningskorrosionssprickning uppträder hos metall- komponenten. 524 113 21:

5. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v ett flertal öppningar med begränsad massatransport i beläggningen, vilka öppningar sträcker sig genom det isolerande lagret till metallkomponentens yta och begränsar flödet av oxideringsmedel till ytan, varigenom metallkomponenten med det isolerande lagret och nämnda flertal massatransportöppningar får en korro- sionspotential, som är åtminstone 0,050 V lägre än korrosions- potentialen hos ytan av den obelagda metallkomponenten i hög- temperaturvatten.

6. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att väte tillsätts till vattnet i kärnreaktorn under reaktordrift.

7. Komponent i en vattenkyld kärnreaktor eller liknande utrustning, innefattande: ett metallsubstrat (2) med en yta som har en korro- sionspotential och som är känslig för spänningskorrosions- sprickning i högtemperaturvatten, k ä n n e t e c k n a d a v en metallegeringsbeläggning på metallsubstratets yta, vilken metallegeringsbeläggning innefattar ett självpassi- verande yttre, elektriskt isolerande lager som är vidhäftande och olösligt i högtemperaturvatten, varigenom det belagda metallsubstratet får en korrosionspotential i högtemperatur- vatten som är åtminstone 0,050 V lägre än korrosionspotentialen hos ytan på det obelagda metallsubstratet.

8. Komponent enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att metallsubstratet (2) innefattar en Fe-baserad, Ni-baserad eller Co-baserad legering.

9. Komponent enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att metallegeringsbeläggningen är en Al-baserad, Sc-baserad, Y-baserad, La-baserad, Ti-baserad, Zr-baserad, Hf-baserad, V-baserad, Nb-baserad eller Ta-baserad legering. 524 113 15

10. Komponent enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att det elektriskt isolerande lagret innefattar en oxid, nitrid, karbid eller borid av metallegeringsbeläggningen.

11. Komponent enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a v att det elektriskt isolerande lagret innefattar zirkoniumoxid eller aluminiumoxid.

12. Komponent enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d a v att zirkoniumoxiden är stabiliserad med yttriumoxid.