Закономірності оксидоутворення на армко-залізі та хромистих сталях у розплаві кисневмісного свинцю - Автореферат

Розплави важких металів (Pb, Pb-Bi) завдяки своїм теплофізичним, хімічним і ядерним властивостям є перспективними охолоджуючими середовищами для нового покоління ядерних енергетичних установок (ЯЕУ) підвищеної безпеки, зокрема реакторів на швидких нейтронах типу БРЕСТ і підкритичних гібридних систем, керованих прискорювачем, відомих під назвою Accelerator Driven Systems (ADS). Характер взаємодії між свинцевими теплоносіями та сталями визначається концентрацією кисню у розплаві. Підтримка окиснювального потенціалу рідкометалевого середовища в оптимальному діапазоні суттєво зменшує корозійні втрати внаслідок формування на поверхні сталей захисних оксидних шарів і є основою рідкометалевої технології захисту свинець-вісмутових систем охолодження ЯЕУ підводних човнів. Мета дослідження: - встановити закономірності та механізм окиснення армко-заліза і хромистих сталей у розплаві кисневмісного свинцю. Порівняти закономірності формування оксидних шарів на досліджуваних матеріалах у рідкометалевому та газовому середовищах і визначити механічні характеристики матеріалів після окиснення в обох середовищах.У вступі стисло висвітлено стан наукової проблеми, повязаної з корозійною поведінкою конструкційних матеріалів у розплавах важких металів (Pb, Pb-Bi), обґрунтовано актуальність вибраної теми, окреслено коло питань, що потребують вирішення, сформульовано мету та задачі роботи, викладено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів. Для підтримки необхідної концентрацію кисню у свинці під час експозиції над дзеркалом розплаву створювали газове середовище з різним парціальним тиском кисню, в якому розміщували контрольні зразки для порівняння процесів окиснення в розплаві свинцю та газах. У третьому розділі приведено результати експериментальних досліджень високотемпературної взаємодії армко-заліза та хромистих сталей 20Х13 і ЭП-823 з розплавом кисневмісного свинцю, на основі яких: виявлені особливості та закономірності оксидоутворення на досліджуваних матеріалах залежно від концентрації кисню в розплаві; висвітлені основні відмінності окиснення матеріалів у розплаві свинцю та газових середовищах. На основі оцінки зміни ізобарно-ізотермічних потенціалів утворення бінарних оксидів і розчинів кисню у свинці, встановлено, що за температури 650?С та концентрації кисню у розплаві 10-6?10-3 мас.% можуть утворюватись оксидні сполуки заліза та основних легувальних елементів сталей: FEO, Fe3O4, Cr2O3 і SIO2. У розплаві свинцю з пониженим вмістом кисню (Pb-1) вищу стійкість до окислення має сталь реакторного призначення ЭП-823, на поверхні якої формується оксидна плівка на основі хрому, збагачена кремнієм.Показано, що інтенсивність взаємодії компонентів у системі «Fe[Cr] - Pb[O]» збільшується із підвищенням окиснювального потенціалу свинцевого розплаву і супроводжується формуванням в околі початкової межі розділу «твердий метал / розплав» подвійного оксидного шару, який складається з зовнішнього підшару магнетиту (Fe3O4), що росте від початкової межі розділу в напрямку розплаву, внутрішньої збагаченої хромом шпінелі (Fe, Cr)3O4, яка росте в напрямку матриці та ЗВО з вибірковим окисненням хрому (кремнію). При наближенні концентрації кисню у розплаві до межі розчинення (~ 10-3 мас.%) у поверхневому шарі подвійного оксиду формується плюмбоферит - складна потрійна сполука типу n PBO?m Fe2O3. Висока інтенсивність окиснення сталі ЭП-823 в середовищах Pb-2 і Pb-3 зумовлює необхідність підтримки концентрації кисню у розплаві, в межах 10-6?10-5 мас.% за температури 650°С. На відміну від газових середовищ, вплив легувальних елементів на корозійну тривкість сталей в розплавах важких металів не є однозначним і суттєво залежить від концентрації домішки кисню в розплаві свинцю. Отже, позитивний вплив дрібнозернистості на стійкість до окиснення у середовищі з пониженою концентрацією кисню (Pb-1) перетворюється на негативний у випадку розплаву свинцю, насиченого киснем (Pb-3).У дисертації виявлені особливості формування оксидних фаз на поверхні армко-заліза та хромистих сталей за умов контакту з розплавом кисневмісного свинцю, запропонований механізм окиснення та рекомендовано оптимальну концентрацію кисню у розплаві і структурно-фазовий стан сталей, які сприяють зменшенню корозійного впливу свинцевих теплоносіїв. Виявлено, що в околі початкової межі розділу «твердий метал / розплав» формується подвійний оксидний шар, який складається з зовнішнього підшару магнетиту (Fe3O4), що росте від початкової межі розділу в напрямку розплаву, внутрішньої збагаченої хромом шпінелі (Fe, Cr)3O4, яка формується на базі матриці та зони внутрішнього окиснення з вибірковим окисненням хрому (кремнію). Так, при однаковому вмісті хрому (13 мас.%), стійкість до окиснення дрібнозернистої сталі ЭП-823 в свинцевому середовищі з низьким окислювальним потенціалом (CO[Pb] ? 10-5 мас.%) є вища порівняно з крупнозернистою 20Х13 і, навпаки, за умов підвищеної концентрації кисню у розплаві (CO[Pb] ~ 10-3 мас.%) стійкість до окиснення крупнозернистої сталі зростає,

Основний зміст роботи