Иванов К.Д., Ниязов С.-А.С., Осипов А.А.
Рассмотрены некоторые особенности окисления конструкционных
сталей в ТЖМТ, связанные с наличием в данных теплоносителях примеси железа. На
конкретных примерах продемонстрировано влияние этой примеси на окислительный
потенциал теплоносителя и на скорость окисления конструкционных сталей.
Предложен механизм формирования в
ТЖМТ внешнего оксидного слоя в виде нестехиометрического магнетита переменного
состава как результат совместного действия процессов конденсации монооксида
железа и химической реакции с участием кислорода в форме монооксида свинца.
Показано, что в рамках данного
механизма находят объяснение количественные характеристики наблюдаемых
экспериментальных зависимостей скоростей окисления различных сталей как функции
парциального давления кислорода в ТЖМТ.
В настоящее время в качестве основного
параметра, который определяет кислородный режим теплоносителя, является не
общее содержание кислорода, а его термодинамическая активность (ТДА). Эта
величина является определенным образом, нормированным парциальным давлением
кислорода, которое измеряется специальными датчиками термодинамической
активности кислорода (ДАК).
При исследованиях процесса
окисления сталей на предмет изучения его механизма и кинетики протекания одним
из определяющих параметров является скорость окисления стали, которая во многом
определяет ресурс её работы в контакте с ТЖМТ, а также необходимое для
поддержания требуемого кислородного режима количество вводимого
в теплоноситель кислорода. При этом установление связи данного параметра с
величиной ТДА кислорода или с парциальным давлением кислорода представляет одну
из важных задач этих исследований.
Проанализирован феномен смены
механизма окисления сталей в ТЖМТ при снижении парциального давления кислорода
ниже «критического» значения. Показано, что он связан с процессом
увеличения ТДА примеси железа в теплоносителе и с соответствующим уменьшением
при этом потока железа из стали к внешней границе оксидного слоя.
1.
Горынин И.В., Казаров Г.П., Марков В.Г. Конструкционные материалы для
энергетических установок с тяжелыми жидкими металлами в качестве
теплоносителей. Сборник докладов конференции ТЖМТ-1998. Обнинск, 1999,
т. 1, с. 128–135.
2.
Мартынов П.Н., Иванов К.Д., Салаев С.В., Коротков В.В., Емельянцева З.И.
Отработка методики определения потока металлических компонентов из
конструкционных сталей реакторных установок. Тезисы докладов межотраслевой
конференции. Обнинск. 2002, т. 1, c. 150–151.
3.
Иванов К.Д., Салаев С.В., Мартынов П.Н., Лаврова О.В. Оценка
диффузионного выхода металлических компонентов из конструкционных сталей при их
экспозиции в тяжелых теплоносителях. Тезисы докладов конференции ТЖМТ.
Обнинск, 2003, с. 91–92.
4.
Иванов К.Д., Лаврова О.В., Салаев С.В. Использование разработанной
методики экспериментальной оценки диффузионного выхода металлических
компонентов из сталей для изучения коррозионной стойкости этих сталей в тяжелых
теплоносителях. Тезисы докладов межотраслевой тематической конференции.
Обнинск, 2005, с. 117–118.
5.
Куликов И.С. Термодинамика оксидов. Справочник. М.: Металлургия,
1986. 344 с.
6.
Иванов К.Д., Лаврова О.В., Салаев С.В. Железо как ингибитор кислородной
коррозии сталей в тяжёлых теплоносителях. Тезисы докладов межотраслевой
тематической конференции. Обнинск, 2005, с. 119–120.
7.
Лаврова О.В., Иванов К.Д., Юдинцев П.А., Ниязов С.-А.С. Современные
подходы к нормированию параметра термодинамической активности кислорода в
тяжелых теплоносителях. Тезисы докладов межотраслевого семинара.
Обнинск, 2010, с. 47–48.
8.
Киреев В.А. Краткий курс физической химии. М.: Химия. 1978. 622
с.
9.
Иванов К.Д., Лаврова О.В., Салаев С.В. Результаты экспериментов по
титрованию кислородом расплавов свинца и свинца-висмута. Тезисы докладов
межотраслевой тематической конференции. Обнинск, 2005, с. 115–116.
10. Алексеев В.В.,
Орлова Е.А., Козлов Ф.А. Моделирование процессов массопереноса и коррозии
сталей в ядерных энергетических установках со свинцовым теплоносителем
(часть 2. Разработка одномерной модели массопереноса). Препринт
№ 3154. Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2009.
11. Алексеев В.В.,
Орлова Е.А., Козлов Ф.А., Кондратьев А.С., Торбенкова И.Ю. Оценки переноса и
распределения взвесей продуктов коррозии в первом контуре ядерного реактора. Тезисы
докладов НТК Теплофизика-2011. Обнинск, 2011, с. 194–196.
12. Chen H., Chen Y., Chang Y. Cellular Аutomaten modeling on the
corrosion/oxidation mechanism of steel in liquid metal environment. Progress
in Nuclear Energy, 2008, vol. 50, pp. 587–593.
13. Martinelli L., Oxidation of steels in liquid lead-bismuth: Oxygen
control to achieve efficient corrosion protection. Nuclear Engineering and
Design, 2011, vol. 241, pp. 1288–1294.
14. Осипов А.А.,
Иванов К.Д., Ниязов С.-А.С. Расчетная модель взаимодействия примесей железа и
кислорода в тяжелых жидкометаллических теплоносителях. Вопросы атомной науки
и техники. Серия: ядерно-реакторные константы, 2018, вып. 4, с. 215–224.
15.
Осипов А.А., Иванов К.Д.,
Асхадуллин Р.Ш. Равновесная модель диссоциации соединений. Вопросы атомной
науки и техники. Серия: ядерно-реакторные константы, 2018, вып. 5, с. 239–251.
16. Иванов К.Д.,
Ниязов С.-А.С., Чепоров Р.Ю. повышение информативности контроля
термодинамической активности кислорода в тяжелых жидкометаллических
теплоносителях. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные
константы, 2018, вып. 5, с. 5–12.
17. Иванов К.Д.,
Лаврова О.В., Ниязов С.-А.С. Подходы к моделированию процессов окисления сталей
в ТЖМТ. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы,
2016, вып. 5, с. 208–218.
18. Steiner H., Modeling of oxidation of structural materials in LBE
systems. J. of Nucl. Mater, 2008, no. 374, pp. 211–219.
19. Staito M. Oxidation of SUS 316 stainless steel for fast breeder fuel
cladding under oxygen pressures controlled by Ni/NiO oxygen buffer. J. of
Nucl. Mater., 1985, no. 135, pp. 11–17.
20. Li N. Active control of oxygen in molten lead-bismuth eutectic
systems to prevent steel corrosion and coolant contamination J. of Nucl.
Mater, 2002, no. 300, pp. 73–81.
21. Zhang J., Li N. Analysis on liquid metal corrosion-oxidation
interactions. Corrosion Science, 2007, vol. 49, pp. 4154–4184.
