The effect of lithium and boron on stress corrosion cracking in high nickel alloys in pressurized water reactor environment

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Toivonen, Aki
dc.contributor.advisor Aromaa, Jari
dc.contributor.author Tuhti, Antti
dc.date.accessioned 2016-12-08T13:29:18Z
dc.date.available 2016-12-08T13:29:18Z
dc.date.issued 2016-10-31
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/23630
dc.description.abstract In a pressurized water reactor (PWR) primary environment boron, as boric acid, is used as reactivity controlling agent and lithium, as lithium hydroxide, as pH controlling agent. In recent years, a general shift in the nuclear power plant industry toward extended fuel cycles has taken place. As a result, modified water chemistry programs with higher lithium and boron concentrations have been introduced. Of late, concerns over the possibility of deleterious effect of these elevated chemistry modifications on stress corrosion cracking (SCC) have been raised. PWR materials include a variety of nickel-base alloys which are used as structural and component materials in the reactor coolant system. The phenomenon of primary water stress corrosion cracking (PWSCC), associated with nickel-base alloys, has been known already for several decades. Extensive research related to Inconel Alloy 600 PWSCC has been conducted in the past. However, research on the subject of high lithium and boron seems to be limited in the current literature. In this Master’s thesis SCC susceptibility of an Inconel Alloy 600 material in a simulated PWR primary environment was studied. The principal research method was slow strain rate testing (SSRT). Tests were carried out by using two different strain rates, test temperatures and chemical compositions including a lower and a higher lithium and boron concentration. As supportive research methods, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), linear polarization resistance (LPR) and Tafel measurements were used. Primary objective of the study was to investigate the effect of increased lithium and boron contents on SCC initiation. The highest used Li/B values were 10 and 3500 ppm, respectively. As far as is known, no exactly similar research has been conducted previously, i.e., by using this high Li/B contents coupled with the methods that were used. According to the findings, SCC was not observed in any of the studied environments, including high Li/B chemistry, in a sensitized Alloy 600 heat. However, the used heat proved to have a relatively low susceptibility to SCC in general, although it contained chromium depletion. In spite of this, the findings have significance. The possibly deleterious effect of high Li/B chemistry on SCC, however, may not be definitely ruled out. More research on the subject is needed. en
dc.description.abstract Painevesireaktorin (PWR) primääripiirissä boori boorihapon muodossa toimii reaktiivisuutta vähentävänä komponenttina ja litium litiumhydroksidin muodossa pH:ta säätävänä komponenttina. Viime vuosien aikana ydinvoimateollisuuden pyrkimyksenä on ollut löytää keinoja pidennettyjen polttoainesyklien toteuttamiselle. Tämän seurauksena laitosten vesikemian suunnittelussa on siirrytty korotettujen litium- ja booripitoisuuksien käyttöön. Viimeaikoina on herännyt kysymys näiden vesikemian korotusten mahdollisesta vaikutuksesta jännityskorroosioon. Nikkeliperustaisia seoksia käytetään osaltaan painevesireaktorin jäähdytysjärjestelmän rakenne- ja komponenttimateriaaleina. Primäärivedessä tapahtuva nikkeliperustaisten seosten jännityskorroosioilmiö on tunnettu jo useita vuosikymmeniä. Primäärivedessä tapahtuvaa Inconel Alloy 600 materiaalin jännityskorroosiota on tutkittu laajasti. Korkeiden litium- ja booripitoisuuksien tutkimus tästä huolimatta vaikuttaa olevan rajallista nykykirjallisuudessa. Tässä diplomityössä tutkittiin Inconel Alloy 600 materiaalin jännityskorroosioalttiutta simuloidussa painevesireaktorin primääriympäristössä. Pääasiallisena tutkimusmenetelmänä oli hidasvetokoe (SSRT). Kokeet suoritettiin kahdella eri venymänopeudella, koelämpötilalla sekä kemiallisella koostumuksella sisältäen matalan sekä korkean litium- ja boorikoostumuksen. Täydentävinä tutkimusmenetelminä käytettiin sähkökemiallista impedanssispektroskopiaa (EIS), lineaarista polarisaatiota (LPR) sekä Tafelin mittausta. Työn ensisijaisena tavoitteena oli tutkia korotetun litium- ja booritason vaikutusta jännityskorroosion ydintymiseen. Korkeimmat käytetyt litium- ja booripitoisuudet olivat 10 ja 3500 ppm (Li ja B). Tiettävästi tämä on ensimmäinen tutkimus, joka on toteutettu näin korkeilla litium- ja booripitoisuuksilla sekä näillä menetelmillä. Tutkimustulosten perusteella jännityskorroosiota ei havaittu herkistyslämpökäsitellyllä Alloy 600 materiaalilla missään tutkitussa ympäristössä mukaan lukien korkea Li/B vesikemia. Jälkikäteen tarkasteltuna kuitenkin osoittautui, että lämpökäsittely ei ollut johtanut korkeaan jännityskorroosioalttiuteen, vaikka lämpökäsitelty materiaali sisälsi kromiköyhtymistä. Tästä huolimatta löydöksillä on merkittävyyttä. Korkean litium-boori-vesikemian mahdollisesti vahingollista vaikutusta ei kuitenkaan voida kokonaan sulkea pois. Aiheesta tarvitaan lisää tutkimusta. fi
dc.format.extent 99+4
dc.language.iso en en
dc.title The effect of lithium and boron on stress corrosion cracking in high nickel alloys in pressurized water reactor environment en
dc.title Litiumin ja boorin vaikutus nikkeliperustaisten seosten jännityskorroosioalttiuteen painevesireaktoriympäristössä fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword stress corrosion cracking en
dc.subject.keyword Inconel Alloy 600 en
dc.subject.keyword PWR en
dc.subject.keyword SSRT en
dc.subject.keyword lithium en
dc.subject.keyword boron en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201612085821
dc.programme.major Soveltava materiaalitiede fi
dc.programme.mcode MT3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Lundström, Mari
dc.programme MTE - Materiaalitekniikan koulutusohjelma fi
dc.location PK fi


Files in this item

Files Size Format View

There are no open access files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse