NİKEL BAZLI SÜPER ALAŞIMLAR ERGİMİŞ TORYUM TUZLU REAKTÖRLERDE KULLANILABİLİR

Toryumlu reaktörlerde enerji üreten kazan içindeki yapı malzemelerinin, kazanın kendisinin nötronlarla etkileşmesi çok önemlidir. Buna malzemelerin nötron ekonomisi denir. Sistemde fazla nötron yutucu ergimiş toryum tuzları istenmez. Kazan da fazla nötron yutucu malzemeden yapılmamalıdır. Güç üretici sistemde büyük basınçlar yoktur. Atmosferden biraz daha az basınçlar kullanırsanız radyasyon dışarıya çıkmaz, sistem içinde kalır. 750-800^oC ısı fisyondan kazan içinde elde edilir. Bununla da elektrik elde edilir. Bunun için yapı malzemelerinin içinde, mikro-strüktür değişimler nelerdir? Ne gibi olaylar olmaktadır? Malzeme nötron akısı altında çatlama yapar mı? Hava kabarcığına sebep olur mu? Kırılgan olur mu? Plastik deformasyona uğrar mı? İnce yapısı değişir mi? Kaynak (1)’de Prof.Alnıak ve Prof.Bedir, P/M Rene 95 referans malzemesi üzerinde, 1050, 1075 ve 1100^oC sıcaklıklarda plastik deformasyonları, mikro-yapısal değişiklikleri ayrı ayrı incelemişlerdir.

Nikel bazlı süper alaşımlar yüksek sıcaklığa dayanıklı, sert ve korozyona dayanıklı malzemelerdir(2-4). Plastik deformasyon olayı çok karmaşıktır. Malzemenin son fiziksel özelliklerinin optimizasyonu buna bağlıdır. Malzemenin sıcaklık ve radyasyon altında geçirdiği mikro-yapı değişiklikleri sertleşme (WH), dinamik değişiklikler (DRV) ve dinamik tekrardan kristalleşme (DRX) sıcak deformasyon sırasında olur. DRX çok önemli bir mekanizmadır, malzemenin mekanik özelliklerini kuvvetlendirir. DRX aynı zamanda malzemede dinamik yumuşama da sağlar. Dinamik grain growth, klasik superplastisite ve dinamik rekristalizasyon önemlidir.

Rene 95 alaşımının nelerden meydana geldiği aşağıdaki Tablo 1’de gösterilmiştir. Dikkat edilecek olursa kükürt ve fosfor çok az miktarda bulunmaktadır. Güç reaktörlerinde kalpte kullanılan paslanmaz çelik aksamında (mesela 316, 3165 paslanmaz çeliklerinde)da kükürt ve fosfor çok az bulunur. Karbonun ne kadar kritik olduğunu daha önce belirtmiştim. Hem ergimiş tuz toryum reaktörlerinde, hem de konsantre güneş gücü ile çalışan (CSP) reaktörlerde nitrat tuzlarının kullanılması 600^o C üstüne çıkıldığında bozulma ve parçalanma gösterdiklerinden MSR tatbikatlarında diğer tuzların kullanılması tavsiye edilir.

Tablo 1-Chemical Composition of the Commercially Procured Rene 95 Powder (Wt.%)

C	Mn	Si	Cr	Ni	Co	Fe	Mo	W
0.059	0.03	0.02	13.18	Bal.	7.60	0.09	3.48	3.38
Nb	Ti	Al	B	Zr	S	P	O	N
3.39	2.59	3.44	0.012	0.05	0.001	0.003	84 ppm	26 ppm

Bitirmeden önce siz değerli okuyucularıma son zamanlarda öğrendiğim bir bilgiyi paylaşmak isterim. İş adamısınız ve silindirik bir şekilde kazan yaptırmak üzere Almanya’ya gidiyorsunuz. Çelik şu boyutlarda şu basınca şu sıcaklığa dayanıklı olmasını istiyorsunuz. Alman otoriteleri size çok kısa zamanda, içinde krom, nikel, demirli daha tam 40 katkı maddesi katılmış siparişi size teslim ediyorlar. Bu katkı malzemelerinin sistem içinde hepsinin ayrı vazifeleri var. (Rene 95’te biz sadece 18 katkı malzemesinden bahsetmiştik.) Bazı ergimiş toryum reaktörlerinde kazan nikel zengin MONICR’dan yapılmıştır.

KAYNAKLAR

1.      Strain Rate and high temperature effects on the dynamic behaviours of P/M Rene 95 under HIP conditions, M.Oktay Alnıak, Fevzi Bedir. 23 Ekim 2017 Piri Reis Üniversitesi, İleri Teknolojiler V.Çalıştayı, Tuzla, İstanbul.

2.      Pollock, T.M. and Tin, S(2006) J.Propul.Power 22, 361-374.

3.      Reed, R.C. (2006) The Super alloys, Cambridge Univ.Press.

4.      Donachie, J.M.J. and Donachie, S.J. (2002) A Technical Guide, ASM International.

 Doç.Dr.Çetin ERTEK

22.02.2020