Оценка коррозионной стойкости материалов уплотнительных поверхностей для арматуры ТЭС и АЭС

Основным критерием при выборе материалов для уплотнительных поверхностей арматуры, работающих в условиях контактного трения, является обеспечение необходимой плотности по отношению к окружающей среде и трубопроводу. Это требование значительно повышается при использовании .арматуры на атомных электростанциях.
Герметичность запорных органов достигается в основном за счет свойств применяемого материала, формы и чистоты обработки сопрягаемых поверхностей; эти качества должны сохраняться в процессе длительной эксплуатации арматуры. Обычно для уплотнительных поверхностей энергетической арматуры используются наплавочные износостойкие сплавы на основе кобальта, никеля и железа. Наиболее широкое распространение в отечественной практике получили материалы, приведенные в табл. 1 [2].
Исходя из опыта эксплуатации арматуры тепловых электростанций и проведенных экспериментальных исследований [3, 4], указанные сплавы в различной мере обладают необходимым комплексом служебных свойств: высокой коррозионно-эрозионной стойкостью в среде пара и воды, стойкостью против задирания при температуре 540 °С и удельной нагрузке не менее 80 МПа, высокой твердостью (30 ... 45 НКС) н структурной стабильностью при рабочих параметрах, высоким сопротивлением термическим ударам при резких изменениях температуры с перепадом 250 ... 350 °С и др.
Хромокобальтовый сплав ВЗК (стеллит) является одним из наиболее износостойких материалов по совокупности таких свойств, как время и температура старения, горячая твердость, коррозионная и эрозионная стойкость в пароводяной среде. Однако сопротивление стеллита задиранию при высоких температурах и больших удельных нагрузках сравнительно невысоко.
Износостойкий сплав системы никель — хром — бор ХН80СР2 не уступает ВЗК по ряду требуемых эксплуатационных свойств: хорошо работает в условиях сухого трения металла по металлу, обладает высокой стойкостью против задирания и эрозии, сохраняет достаточно высокую твердость при рабочих температурах. Однако повышенная примесь железа в металле, наплавленном колмоноем, заметно ухудшает коррозионную стойкость, жаропрочность н другие свойства материалов этого типа.
Сплав на основе железа ЦН-6 (Х16Н7С5) по сравнению со стеллитом и колмоноем технологичнее, обладает лучшей пластичностью и, следовательно, более высоким сопротивлением термической усталости. Однако при высоких удельных нагрузках его стойкость против задирания недостаточно высока. Сплав ЦН-12 (Х16Н9С5М4Г4Б) обладает более высокой твердостью и стойкостью против задирания, чем ЦН-6, но менее стоек против теплосмен.
Наличие сопоставимых данных по служебным свойствам позволят дифференцированно подходить к выбору материалов уплотнительных поверхностей и способов их нанесения на детали затворов с максимальным пользованием наиболее важных свойств материала в каждом конкретном случае. В этой связи несомненный интерес представляют сравнительные данные по коррозионной стойкости материалов уплотнительных поверхностей в условиях работы арматуры на ТЭС и АЭС.
На основе проведенных во ВНИИАМе исследований впервые выведены уравнения высокотемпературной коррозии в среде перегретого водяного пара для сплавов ВЗК и ХН80СР2, наплавленных различными способами. Так, для сплава ВЗК, наплавленного кислородно-ацетиленовым способом, уравнение окисления имеет следующий вид.