Министерство образования и науки
Республики Казахстан
Республиканское государственное казенное предприятие
СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА
Кафедра “Техническая физика ”
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ
Тема: Влияние шероховатости поверхности на скорость окисления a-Fe
Дипломник _______________ Сепбосынова Ж.У.
(подпись)
Руководитель _____________ Коянбаев Е.Т.
(подпись)
Курчатов 2006
РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА
Кафедра "Техническая физика"
УТВЕРЖДАЮ:
Зав. кафедрой _____________
«___»______________200__г.
ЗАДАНИЕ
по дипломной работе студента
Сепбосыновой Жанат Усербаевны
1 Тема дипломной работы:
Влияние шероховатости поверхности на скорость окисления a-F
утверждена приказом по университету от «___» ____________200___г.
2 Сроки выполнения дипломной работы________________________________
3 Содержание расчетно-пояснительной записки
| Раздел | Консультант | Дата выполнения | Подпись консультанта | |||
| 1 Введение | Коянбаев Е.Т. | |||||
| 2 Литературный обзор | Коянбаев Е.Т. | |||||
| 3 Исследования и результаты | Коянбаев Е.Т. | |||||
| 4 Охрана труда | Олейникова А.С. | |||||
| 5 Экономическая часть | Кирюшкина И.А. | |||||
| 6 Нормоконтроль | Николаева Н.Г. | |||||
Спец. тема (вопрос)__________________________________________
Дата выдачи задания «___» ________________200___г.
Руководитель работы Коянбаев Е.Т.
Подпись руководителя_____________
Задание принял к исполнению «___» ____________200___г.
Подпись студента____________
СОДЕРЖАНИЕ
АННОТАЦИЯ................................................................................................. 4
ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................... 5
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР......................................................................... 8
1.1 Определение термина «коррозия металлов».............. 8
1.2 Классификация коррозионных процессов................... 9
1.3 Показатели химической коррозии металлов.............. 13
1.4 Кинетика процесса окисления металлов.................... 15
1.5 Химическая коррозия α-Fe...................................... 16
1.6 Химическая коррозия стали..................................... 19
1.7 Влияние внешних и внутренних факторов на
химическую коррозию металлов.............................. 23
1.7.1 Температура............................................................................ 23
1.7.2 Состав газовой среды.......................................................... 24
1.7.3 Режим нагрева........................................................................ 25
1.7.4 Состав сплава......................................................................... 26
1.7.5 Характер обработки поверхности металла................ 26
1.8 Шероховатость поверхности.................................... 27
2 ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ...................................................... 31
2.1 Постановка задачи.................................................. 31
2.2 Методика исследований........................................... 32
2.2.1 Методика приготовления образцов............................... 32
2.2.2 Методика коррозионных испытаний (на печи)......... 32
2.2.3 Методы определения скорости коррозии.................... 34
2.2.4 Взвешивание............................................................................ 36
2.2.5 Рентгеноструктурный фазовый анализ......................... 40
2.3 Результаты исследований........................................ 46
2.4 Выводы................................................................. 52
3 ОХРАНА ТРУДА...................................................................................... 53
3.1 Радиационная безопасность..................................... 54
3.2 Электробезопасность.............................................. 57
3.2.1 Действие электрического тока на живой организм. 57
3.3 Пожарная безопасность........................................... 60
4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ................................................................... 62
4.1 Заработная плата исполнителей............................... 62
4.2 Отчисления работодателей...................................... 64
4.3 Прямые затраты..................................................... 65
4.3.1 Специальное питание........................................................... 65
4.3.2 Материальные затраты....................................................... 65
4.4 Накладные расходы................................................ 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................. 68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................................... 69
АННОТАЦИЯ
Настоящая пояснительная записка к дипломному проекту «Влияние шероховатости поверхности на скорость окисления a-Fe» содержит 70 стр., 11 рисунков, 8 табл., 18 источников.
В данном дипломном проекте проведено экспериментальное исследование по определению степени влияния шероховатости поверхности на скорость окисления α-Fe при термическом старении. Результаты экспериментов показали, что шероховатость поверхности не влияет на скорость коррозии α-Fe. Коррозионный слой на образцах после 600 °С отжига состоял из вюстита (FeO 10%), магнетита Fe3O4 70% и гематита Fe2O3 20%, а окалина после 400 °С отжига состоял в основном из магнетита и гематита с объемным содержанием около 5 %.
ВВЕДЕНИЕ
Во многих странах ведутся активные работы по развитию технологий сухого хранения отработавших топливных сборок ядерных реакторов. В странах, которые намерены в будущем переработать топливо, предпочтение отдается промежуточному сухому хранению до 20 лет. Разрабатываются также хранилища на 40 и 50 лет. Основанием для беспокойства при сухом длительном хранении топливных сборок является реальная опасность их коррозионного растрескивания под напряжением, поскольку в оболочках твэлов действуют растягивающие напряжения за счет давления газообразных продуктов деления. В процессе нейтронного облучения материал оболочек твэлов значительно изменяет свои свойства. Наличие гелия, накапливаемого за счет (n, a)-реакций, может дополнительно повлиять на эти изменения.. Однако в связи с тем, что расчетные оценки показывают незначительный рост напряжения в оболочках твэлов за 40 лет хранения (лишь на 0,7 %), никакие экспериментальные исследования по термическому старению и коррозии материалов не проводились.
Прогнозирование поведения топливных сборок при длительном сухом хранении может быть выполнено на основе расчетных данных, полученных с использованием компьютерных кодов. Основным их недостатком является то, что в качестве исходных расчетных параметров часто используются данные для необлученного и не состаренного материала. В этих расчетах не учитывается фактор непрерывного изменения коррозионных и механических свойств при облучении и сухом хранении. Кроме этого, имеются сведения о том, что некоторые высококоррелированные процессы могут привести к аномально быстрой кинетике старения облученных материалов при температурах ниже 450°С. Практически отсутствуют экспериментальные данные по старению материалов, облученных быстрыми и тепловыми нейтронами до больших доз. Нет сведений и о поведении необлученного материала контейнера, особенно с точки зрения изменений коррозионных свойств при длительном термическом старении. В принципе, определив экспериментально энергию активации процесса коррозии, можно прогнозировать поведение материала в процессе длительного термического старения. Однако корректное прогнозирование поведения топливных сборок при длительном сухом хранении должно быть сделано только с учетом изменений коррозионной стойкости материалов в процессе самого хранения.
В Институте атомной энергии ведутся исследования по изучению поведения облученных материалов при термическом старении с целью прогнозирования степени деградации отработавших топливных сборок ядерных реакторов при их длительном сухом хранении, основная задача которых заключается в получение корректных экспериментальных данных по скорости коррозии и изменениям коррозионной стойкости облученных материалов. Наряду с экспериментальными работами по проведению длительного термического старения материалов облученного и необлученного чехла ТВС реактора БН-350 проводится также теоретический анализ процесса коррозии нержавеющих сталей с целью экстраполяции экспериментальных данных на 50 лет.
Однако при моделировании процесса коррозии не учитываются некоторые факторы, например шероховатость поверхности, которые могут повлиять на степень коррозии. В связи с этим необходимо было провести модельный эксперимент по определению степени влияния шероховатости поверхности на скорость коррозии образцов стали.
Сталь является гамма фазой железа стабилизированной легирующими компонентами, которые повышают коррозионную стойкость. Но за счет этих компонентов сталь подвержена помимо сплошной и межкристаллитной коррозии, что вносит свои сложности в решение поставленной задачи. Как известно сталь и α-Fe окисляются по одним и тем же законам и имеют одинаковую структуру окалины, но в α-Fe, в отличие от стали, проходит лишь сплошная коррозия. В связи с чем, для корректного определения влияния шероховатости поверхности на скорость коррозии были выбраны образцы a-Fe.
Поэтому целью данного дипломного проекта является определение степени влияния шероховатости поверхности на скорость окисления a-Fe при термическом старении.
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Определение термина «коррозия металлов»
Металлы и их сплавы являются наиболее важными современными конструкционными материалами. Всюду, где эксплуатируются металлические конструкции, есть вещества, которые, взаимодействуя с металлами, постепенно их разрушают: ржавление металлических конструкций (железных кровель зданий, стальных мостов, станков и оборудования цехов) в атмосфере; ржавление наружной металлической обшивки судов в речной и морской воде; разрушение металлических баков и аппаратов растворами кислот, солей и щелочей на химических и других заводах; ржавление стальных трубопроводов в земле; окисление металлов при их нагревании и т.п. У большинства металлов в условиях их эксплуатации более устойчивым является окисленное (ионное) состояние, в которое они переходят в результате коррозии. Слово «коррозия» происходит от латинского «corrodere», что означает «разъедать».
Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Под металлами подразумеваются простые металлы и их сплавы, а также металлические изделия и конструкции. Средой, в которой происходит коррозия металлов, обычно бывают различные жидкости и газы.
Коррозия является самопроизвольным процессом разрушения металлов в отличие от не называемого коррозией преднамеренного разрушения металлов при их растворении в кислотах (с целью получения солей), в гальванических элементах (с целью получения постоянного электрического тока), при анодном растворении в электролизерах (с целью последующего катодного осаждения металла из раствора) и т.п. Причина коррозии металлов – химическое или электрохимическое взаимодействие с окружающей средой – отграничивает коррозионные процессы от процессов радиоактивного распада металлов и от эрозии – механического разрушения металлов (при шлифовке металлов или износе трущихся деталей машин).
Коррозионный процесс протекает на границе двух фаз металл – окружающая среда, т.е. является гетерогенным процессом взаимодействия жидкой или газообразной среды (или их окислительных компонентов) с металлом.
Коррозия металлов имеет место в большей или меньшей степени всюду, где обрабатываются металлы или эксплуатируются металлические изделия и конструкции.