По температурным условиям и требованиям прочности для корпуса реактора наиболее пригодными являются теплоустойчивые стали перлитного класса типов 20ХМА, 12Х2МФА, 15Х2МФА и др. Хромомолибденовая или хромомолибденованадиевая композиции обеспечивают жаропрочность и структурную стабильность сталей при температуре до 500—550 °С.
Конкретный выбор марки стали зависит от размеров корпуса, толщины стенок и других конструктивных и технологических особенностей проектируемого оборудования.
Рассмотренные перлитные стали не исследовались на коррозию в нитрине, однако из результатов испытаний низколегированных и углеродистых сталей следует ожидать, что скорость их коррозии может быть заметной. Поэтому целесообразной является защита корпуса реактора от непосредственного контакта с теплоносителем наплавками из хромоникелевых аустенитных сталей, аналогичных применяемым для водо-водяных реакторов ВВЭР.
В теплообменниках — регенераторах, конденсаторах, холодильниках в зависимости от их назначения происходит нагрев или охлаждение теплоносителя в интервале температуры от 30 до 500 °С при давлении от 0,2 до 18,0 МПа. По конструктивному оформлению они представляют собой крупногабаритные устройства трубчатого типа с развитой поверхностью теплообмена. Теплообменное оборудование подвержено воздействию значительных механических и термических стационарных и переменных нагрузок, оно контактирует с теплоносителем цитрин, причем отдельные его части находятся в наиболее неблагоприятных в коррозионном отношении условиях — в зоне фазовых переходов теплоносителя.
Основными требованиями, предъявляемыми к конструкционным материалам теплообменного оборудования, являются высокая коррозионная стойкость в нитрине различных агрегатных состояний в широком диапазоне температуры и давления, в том числе при фазовых превращениях, технологичность, достаточный уровень механических свойств. Поскольку при разработке новой техники большое внимание уделяется экономическим аспектам, материалы должны быть относительно дешевыми, т. е. содержать минимальное количество никеля, молибдена и других дефицитных материалов.
Из известных сталей требованиям прочности, коррозионной стойкости и технологичности в наибольшей степени удовлетворяют простые аустенитные хромоникелевые стали типа 18-8, стабилизированные титаном или ниобием. При длительном нагреве в области температуры 500 °С они обнаруживают склонность к хрупким разрушениям в околошовной зоне сварных соединений. Тем не менее многолетний опыт эксплуатации стали Х18Н10Т в составе трубных систем показывает, что она может надежно эксплуатироваться при температуре до 350— 450 °С. Существенно повышает сопротивление хрупким разрушениям термическая обработка — аустенизация сварных соединений.
Экономические соображения побудили обратиться к безникелевым высокохромистым сталям. Основной критерий, по которому производится отбор материалов для работы в нитрине, — коррозионная стойкость. В реальной конструкции возможны застойные зоны с затрудненным подводом теплоносителя, обогащенного окисью азота NO, в результате чего в них повышается коррозионная активность теплоносителя. Аналогичное положение возникает при попадании в контур с нитрином воды, в результате чего увеличивается концентрация азотной кислоты в теплоносителе. Поэтому рекомендуется иметь запас по коррозионной стойкости, а предварительный отбор материалов производить по результатам экспериментов, проводимых в более жестких условиях, например в технической N2O4. Удовлетворительной коррозионной стойкостью в N2O4 обладают стали с 12% Сr и более. В зависимости от содержания других легирующих элементов они могут относиться к мартенситно-аустенитному, мартенситному или мартенситно-ферритному классу. Из них стали двух последних классов мало подвержены тепловому охрупчиванию. Их свойства зависят от Соотношения в структуре феррита и мартенсита. Исследование влияния δ-феррита на механические свойства хорошо свариваемой стали 05Х12Н2М мартенситно-ферритного класса показало, что оптимальное содержание δ-феррита должно составлять от 5 до 20%. Такая структура достигается легированием стали в следующих пределах: ≤0,05 %С; l1-12,5%Cr; 2-2,5%Ni; 0,8-1,0%Мо; <0,02%N2; 0,2—0,4%Si; 0,3-0,6%Mn; ≤0,02% S; —≤0,02%P. Механические свойства металла плавки оптимального состава при комнатной температуре находятся на уровне σв = 830 МПа, σ0,2 = 715МПа, δ = 17 %,ан = 1200кДж/м2.
Пониженное содержание углерода способствует увеличению пластичности в закаленном состоянии, что улучшает свариваемость и технологичность при горячем деформировании. Сталь марки 05Х12Н2М сохраняет высокий уровень прочности, пластичности и ударной вязкости после длительного до 5000 ч нагрева при температуре 400 и 500 °C; при 400 °С пределы прочности и текучести повышаются соответственно до 910 и 840 МПа при снижении ударной вязкости до 1000 кДж/м2. Выдержка при 500 °С практически не изменяет механических свойств.
Более высокая коррозионная стойкость в нитрине может быть достигнута за счет увеличения содержания хрома в стали до 18% и более. По структуре малоуглеродистые высокохромистые стали являются ферритными. Вследствие охрупчивания при нагреве в районе температуры 400—550 °С, а также низкой технологичности при сварке из- за недостаточной пластичности околошовной зоны применение ферритных хромистых сталей в установках с диссоциирующим газом представляется нецелесообразным.
