Effect of chloride transients on the corrosion behaviour of low alloyed steel in cladding flaws of reactor pressure vessels under oxygenated high-temperature water conditions

摘要

In den letzten Jahren wurde bei Untersuchungen zum Korrosionsverhalten niedriglegierter Stähle (LAS) unter oxidie-renden Hochtemperaturwasserbedingungen (HTW) festgestellt, dass auch geringe Mengen von Chloriden eine Er-höhung der Risswachstumsgeschwin-digkeit in LAS bewirken können. Ein neues Untersuchungsprogramm wurde aufgelegt, um dieses Ergebnis zu bewerten. In Leichtwasserreaktoren bestehen Komponenten des Primärkreises aus LAS. Mediumberührte Oberflächen sind mit austenitischen Schweißplattierungen als Korrosionsschutz versehen. Im Fall von potenziell durchgehenden Plattie-rungsfehlern, welche Bestandteil von rechnerischen Sicherheitsnachweisen sind, hätte das Primärkühlmittel direkten Kontakt mit dem darunter liegenden LAS. Da derartige Plattierungsfehler als schmale Spalte anzunehmen sind, wäre die Zusammensetzung des Mediums am Fehlergrund anders, als die des umgebenden Kühlmittels. Im vorliegenden Beitrag werden erstmalig detaillierte Bewertungen zur Wasserchemie in einem Plattierungsfehler vorgestellt. Es wurde festgestellt, dass das Redoxpotential am Fehlergrund deutlich geringer ist, als das für HTW-Bedingungen typische und dass sich die Chloridkonzentration im Fehlervolumen um den Faktor 30 erhöht. Für die Untersuchungen wurde der Reaktordruckbehälterstahl 20MnMo-Ni55 verwendet. Die Untersuchungen haben ergeben, dass Chloridtransienten bis zu 50 ppb im Kühlmittel eine Erhöhung des Chlo-ridgehalts auf 1.500 ppb im Volumen eines Plattierungsfeh-lers bedeuten können. Dabei wurde die wichtige Erkenntnis gewonnen, dass sich selbst dieser Chloridgehalt nicht negativ auf das Korrosionsverhalten von LAS innerhalb von Plattierungsfehlern auswirkt.%Strain-induced corrosion cracking in low alloy steels (LAS) has been extensively investigated during the last decades. One finding from recent investigations is the detrimental role of even small amounts of chlorides, which has been shown to increase the cracking susceptibility of LAS. In order to evaluate this finding a demanding research programme has been established. In light water reactor plants, the pressure vessel and in some cases also the piping is made of LAS, covered with welded stainless steel cladding for improved corrosion protection. In structural failure assessments of primary circuits, penetrating cladding flaws have to be assumed, which could locally expose the underlying LAS to the cooling water. Due to the narrow opening of such weld defects the aqueous solution in contact with the underlying LAS would have a different composition from that of the bulk cooling water. In this paper, first detailed calculations of the water chemistry prevailing in such conditions revealed that oxygen concentration decreases rapidly when going from the mouth of the cladding flaw towards the bottom, bringing the redox potential to values, much lower than those typical for oxygenated high temperature water (HTW). Also, chloride was found to en-rich into the cladding flaw volume by a factor of x30. The material studied was 20MnMoNi55 used for the reactor coolant line of a German NPP. Based on the results obtained, it can be concluded that chloride transients up to 50 ppb in the bulk HTW, resulting in an enrichment of chloride in a penetrating cladding flaw up to 1,500 ppb, do not result in any serious consequences for the corrosion of LAS at the bottom of the cladding flaw.