Авторы
Ниязов С.-А.С., Иванов К.Д., Лаврова О.В.
Организация
АО «ГНЦ РФ – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Ниязов С.-А.С. – старший научный сотрудник. Контакты: 249033, Калужская область, Обнинск, пл. Бондаренко 1, Тел: (484) 399-44-40, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Иванов К.Д. – ведущий научный сотрудник, доктор технических наук, АО.
Лаврова О.В. – старший научный сотрудник.
Аннотация
Рассмотрены массообменные процессы, протекающие при взаимодействии тяжелых жидкометаллических теплоносителей с конструкционными сталями, развитие которых во времени определяет предельные ресурсы работы сталей в этих теплоносителях.
Применительно к формированию защитных антикоррозионных пленок на конструкционных сталях, работающих в тяжелых жидкометаллических теплоносителях (ТЖМТ), предложена общая схема развития окислительных процессов, рассмотрены существующие подходы к описанию кинетики окисления сталей, отмечены их недостатки, затрудняющие анализ условий достижения максимального ресурса работы сталей в этих условиях.
Выполнен анализ процессов, протекающих вблизи границы раздела матрицы стали и оксидной пленки, как основной области, кардинально влияющей на характер окисления стали.
Рассмотрены существующие подходы к описанию окислительных процессов, протекающих при взаимодействии сталей с ТЖМТ. Отмечены их недостатки, не позволяющие надежно прогнозировать результаты развития окислительных процессов на длительной временной базе.
Показано, что для более адекватного описания окислительных процессов необходимо в разрабатываемой модели учесть ряд дополнительных процессов, которые могут существенным образом влиять на кинетику окисления сталей.
Приведены конкретные примеры наличия таких процессов, приводящих при окислении сталей в ТЖМТ, как к самопроизвольному улучшению защитных свойств формирующихся на сталях оксидных пленок, так и к их ухудшению.
Ключевые слова
жидкометаллический теплоноситель, конструкционная сталь, окисление, коррозия, оксидная пленка, матрица стали, диффузионная проницаемость, граница раздела, экспозиция, питинговая коррозия, жидкие металлы, свинец, свинец-висмут, магнетит
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
1. Wagner C. Theoretical Analysis of the Diffusion Processes Determining the Oxidation Rate of Alloys. Journal of the Electrochemical Society, 1952, vol.99, no.10, pp. 369-380. doi: 10.1149/1.2779605.
2. Ефремов А.П. Химическое сопротивление материалов. М.:ГУП Издательство «Нефть и газ», 2004, С. 27-32.
3. Handbook on Lead-bismuth Eutectic Alloy and Lead Properties, Materials Compatibility, Thermalhydraulics and Technologies. Issy-les-Moulineaux, Nuclear Energy Agency Publ., 2015. pp. 249-270.
4. Иванов К.Д., Лаврова О.В., Ниязов С.-А.С. Результаты численных оценок потерь компонентов конструкционных сталей в тяжелых теплоносителях. Труды четвертой конференции «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях (ТЖМТ-2013)». Обнинск, 2013, С.82.
5. Tedmon C.S.Ju. The High -Temperature Oxidation of Fe-Cr Alloys in the Composition Range of 25–95 % Cr. Journal of the Electrochemical Society, 1967, vol. 114, no.8, pp.788-795. doi: 10.1149/1.2426737
6. Zhang J., Li N. Improved application of local models to steel corrosion in lead-bismuth loops. Nuclear Technology, 2003, vol.144, no.3, pp. 379 - 387.
7. Steiner H., Schroer C., Vob Z., Wedemeyer O., Konys J. Modeling of oxidation of structural materials in LBE systems. Journal of Nuclear Materials, 2008, vol.374, pp. 211-219.
8. Zhang J., Li N. Oxidation Mechanism of Steels in Liquid-Lead Alloys. Oxidation of Metals, 2005, vol. 63, no.5, pp.353-381.
9. Moreau J. Journal Corrosion et Anticorrosion, 1954, vol.4, pp. 11.
10. Joung D. High Temperature Oxidation and Corrosion of Metals. Oxford, 2008.
11. Шумов Ю.В., Горелов И.Н., Федоров Ю.А. Влияние температуры на скорость роста оксидной пленки, образующейся при окислении ферритно-мартенситной стали в потоке эвтектического сплава свинец-висмут. Ядерная энергетика, 2004, №3, С. 130-140.
12. Barbier F., Rusanov A. Corrosion behavior of steels in flowins lead-bismuth. Journal of Nuclear Materials, 2001, vol. 296, no.1-3, pp. 231-236. doi:10.1016/S0022-3115(01)00521-9
13. Русанов А.Е., Левин О.Э. и др. Исследование коррозионной стойкости оболочек ТВЭЛов из стали ЭП-823 после испытаний в потоке Pb-Bi. Труды четвертой конференции «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях (ТЖМТ-2013)». Обнинск, 2013.
14. Yeliseyeva O., Tsisar V., Btnamati G. Influence of temperature on interaction mode of T91 and AISI316L steels with Pb-Bi melt saturated by oxygen. Corrosion Science, 2008, vol.50, no.8, pp. 1672-1683. doi:10.1016/j.corsci.2008.02.006
15. Shi Q., Liu J., Luan H. et.al. Oxidation behavior of ferritic/martensitic steels in stagnant liquid LBE saturated by oxygen at 600°C. Journal of Nuclear Materials, 2015, vol. 457 pp.135-141. doi:10.1016/j.jnucmat.2014.11.018
16. Иванов К.Д., Лаврова О.В., Юдинцев П.А., Ниязов С.-А.С. Источники примесей в теплоносителях Pb и Pb-Bi. Труды межотраслевого семинара «Тяжелые теплоносители в быстрых реакторах». Обнинск, 2010.
17. Joung D. High Temperature Oxidation and Corrosion of Metals. Oxford, 2008.
18. Birks N., Meier H. Introduction to the High Temperature Oxidation of Metals. New York, Cambridge University Press, 2006.
19. Каштанов А.Д. Разработка и обоснование рекомендаций для выбора конструкционных сталей теплообменного оборудования реакторов на быстрых нейтронах с тяжелыми теплоносителями. Канд. дис. Санкт-Петербург, 2010.
УДК 621.039.534
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2016, вып. 5, 5:18
