Performance characterisation of duplex stainless steel in nuclear waste storage environment
Nükleer atık depolama ortamında dupleks paslanmaz çeliğin performansının karakterizasyonu
- Tez No: 793524
- Danışmanlar: PROF. DR. DIRK ENGELBERG
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Mühendislik Bilimleri, Science and Technology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The University of Manchester
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 461
Özet
Birleşik Krallıkta orta seviye radyoaktif atıklarının büyük bir çoğunluğu, kalıcı bir jeolojik bertaraf tesisi mevcut olana kadar, 316L ve 304 kalite östenitik paslanmaz çelik konteynerler içerisinde geçici depolama tesislerinde depolanmaktadır. Bu paslanmaz çelik konteynerlerin yapısal bütünlüğü çevresel bozunmaya karşı güvenli bir depolama ve bertaraf planı sağlamak adına yaklaşık 500 yıla kadar dirençli olmak durumundadır. Oxfordshire, Culham'daki bir kara deposunda 10 yıl boyunca ortalama bir atmosfere maruz bırakılmış gerçek depolama konteynerlerinde gözlemlenen yerel korozyon, uzun süreli depolamada konteynerlerin fonksiyonelliğinin bozulmasına neden olabilecek gerilmeli korozyon çatlaklarının meydana gelme olasılığını sorgulatmaktadır. Bu nedenle, korozyona karşı daha dirençli olan 2205 kalite dubleks paslanmaz çelikler, östenitik kalite çeliklerin yerini almak üzere üretilmeye başlanmıştır. Yıllar boyunca östenitik paslanmaz çeliklerin gerilmeli korozyon çatlağı eşik sıcaklığının 50- 60oC olduğu düşünülse de laboratuvar ve saha bazlı araştırmalar, 304L ve 316L kalite çeliklerin atmosferik gerilmeli korozyon çatlamasına oda sıcaklığında da uğrayabileceğini göstermiştir. Böyle bir durum 2205 dubleks çelik için raporlanmamış ve düşük sıcaklıklarda (40-50oC) gerilmeli korozyon çatlağı davranışı nadiren çalışılmıştır. Atık depolama bağlamında 2205 dubleks paslanmaz çeliklerde düşük sıcaklıklarda atmosferik gerilmeli korozyon çatlağı araştırmaları bu doktora tezinin ana çerçevesini oluşturmaktadır. 50oC ve %30 bağıl nem ortamında 15 aya kadar yüzeyde magnezyum klorür birikimine maruz bırakılan çeliklerin gerilmeli korozyon çatlamasına uğraması ile, 2205 dubleks çeliklerin gerilmeli korozyon çatlağı duyarlılığının 50oC olduğunu göstermiştir. Soğuk iş miktarı kırılma duyarlılığını arttırmış, çekme ve haddeleme soğuk iş tipleri arasında eğme deformasyonu en kritik deformasyon modunu olmuştur. Mikroyapı deformasyon yönünün oryantasyonu, yani deformasyonun hadde yönünde veya hadde yönüne dik oluşu, korozyon ve kırılma davranışında hayati rol oynamış ve hadde yönüne dik eğme durumunda korozyon ve gerilmeli korozyon çatlağı eğilimini üç kat artmıştır. Kaynak simülasyonu oluşturmak adına 750 ve 475°C'de yapılan yaşlandırma prosesleri korozyon özelliklerini önemli derecede etkilemiştir. 750oC'de yapılan hassaslaştırma yaşlandırmasının ≤145 μm/cm2 gibi düşük klorür birikim yoğunluklarında bile gerilmeli korozyon çatlağı duyarlılığını arttırdığı tespit edilmiştir. Bununla birlikte, 475oC'de yapılan kısa süreli ısıl işlem uygulamalarının korozyon ve gerilmeli korozyon çatlağı duyarlılığını azaltıp malzeme performansını arttırmak için kullanılabileceği de elde edilen sonuçlardandır. Kapsamlı mikroyapı karakterizasyonu ile gerilmeli korozyon çatlağı davranışının mekanik olarak anlaşılması bu tez çalışmasının ana hedefini oluşturmuştur.
Özet (Çeviri)
The majority of UK's intermediate-level radioactive waste is currently stored in 316L and 304L austenitic stainless steel containers in interim storage facilities for permanent disposal until a geological disposal facility has become available. The structural integrity of stainless steel canisters is required to persevere against environmental degradation for up to 500 years to assure a safe storage and disposal scheme. Hitherto existing severe localised corrosion observances on real waste storage containers after 10 years of exposure to an ambient atmosphere in an in-land warehouse in Culham at Oxfordshire, however, questioned the likelihood occurrence of stress corrosion cracking that may harm the canister's functionality during long-term storage. The more corrosion-resistant duplex stainless steel grade 2205, therefore, has been started to be manufactured as a replacement for the austenitic grades. Over decades, the threshold stress corrosion cracking temperature of austenitic stainless steels has been believed to be 50-60°C, but lab- and field-based research has shown that 304L and 316L may suffer from atmospheric stress corrosion cracking at ambient temperatures. Such an issue has not been reported to occur for the 2205 duplex steel, and its atmospheric stress corrosion cracking behaviour at low temperatures (40-50°C) has been sparsely studied which requires detailed investigations in this respect. Low-temperature atmospheric stress corrosion cracking investigations on 2205 duplex stainless steel formed the framework of this PhD thesis with respect to the waste storage context. Long-term surface magnesium chloride deposition exposures at 50°C and 30% relative humidity for up to 15 months exhibited the occurrence of stress corrosion cracks, showing stress corrosion susceptibility of 2205 duplex stainless steel at 50°C. The amount of cold work increased the cracking susceptibility, with bending deformation being the most critical type of deformation mode among tensile and rolling type of cold work. The orientation of the microstructure deformation direction, i.e. whether the deformation occurred in transverse or rolling direction, played vital role in corrosion and cracking behaviour, as such that bending in transverse direction showed almost 3-times larger corrosion and stress corrosion cracking propensity. Welding simulation treatments by ageing processes at 750°C and 475°C exhibited substantial influences on the corrosion properties. It was shown that sensitisation ageing at 750°C can render the material enhanced susceptible to stress corrosion cracking at even low-chloride deposition densities of ≤145 µm/cm². However, it could be shown that short-term heat treatments at 475°C can decrease corrosion and stress corrosion cracking susceptibility which may be used to improve the materials performance. Mechanistic understanding of stress corrosion cracking phenomena in light of a comprehensive microstructure characterisation was the main focus of this thesis.
Benzer Tezler
- Ni-Cr esaslı termal sprey kaplamaların farklı çelikler üzerinde üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Ni-Cr based thermal spray coatings on different steels
RASİM GÖKER IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPTEKİN KISASÖZ
- Mikro ark oksidasyon (MAO) ve sol-jel daldırma yöntemleri kullanılarak dubleks kaplanmış Al2024 alüminyum alaşımının korozyon davranışının incelenmesi
The investigation of corrosion behavior of duplex coating on Al2024 aluminium alloy by using combined micro arc oxidation and sol-gel dip coating methods
BETÜL TAŞKENT
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAŞAR TOTİK
- Aluminyum ekstrüzyonunda kalıp malzemesi olarak kullanılan sıcak iş takım çeliklerinin yüzey işlemleri ve tribolojik karakterizasyonu
Surface treatment processes and tribological characterization of hot work tool steels used as die material in aluminum extrusion
GÜLŞAH AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. ŞEYDA POLAT
- AZ91D magnezyum alaşımlarına Ni-B esaslı kaplamaların uygulanması ve özelliklerinin incelenmesi
Application of Ni-B based coating on AZ91Dmagnesium alloy and examination of itscharacteristics
KUBRA UÇAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ŞEN
- Cp-Ti üzerine kitin, TiO2, SiC ve h-Bn ince filmler kaplanarak biyomimetik yüzeyler elde edilmesi
Obtaining biomimetic surfaces on Cp-Ti by coating chitin, TiO2, SiC and h-Bn thin films
BURAK ATİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
BiyomühendislikAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYHAN ÇELİK