Коррозия сплава 10ХН45Ю в условиях окислительной газовой атмосферы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Одной из базовых технологических операций разрабатываемой в настоящий момент пирохимической технологии переработки отработавшего нитридного ядерного топлива реакторов на быстрых нейтронах (ОЯТ РБН) является высокотемпературная обработка (ВТО) в газовой среде. Целью работы являлось исследование влияния кислородосодержащих газовых сред: сухая смесь Ar-20 об. % O2 и смесь Ar-20 об. % O2, с влажностью 60 % на деградацию сплава 10ХН45Ю, кандидатного материала для изготовления аппарата ВТО. Коррозионные испытания продолжительностью до 1000 часов проводились при 500 ℃. Введение в состав газовой фазы водных паров (влажность 60 %) незначительно повышает деградацию исследуемого материала (при времени испытаний 100 часов: с 0,021 до 0,030 г/(м2ч), при времени испытаний 500 часов: с 0,008 до 0,010 г/(м2ч)). Отмечается значительное снижение показателей скорости коррозии с увеличением времени испытаний, что связано с формированием сплошного слоя продуктов коррозии, препятствующего дальнейшему окислению компонентов сплава. Установлено методом РФА, что основными продуктами коррозии, образуемыми на поверхности образцов, выдержанных в сухой газовой атмосфере, являются Al2O3, Fe2O3 и NiFe2O4. Присутствие влаги в газовой среде способствует формированию NiO и NiСrO4. В сухой газовой смеси на поверхности образца наблюдается внешний слой, представляющий собой отдельные фрагменты коррозионных продуктов: оксидных соединений железа, хрома, никеля. Поверхность материала покрыта сплошной пленкой на основе оксида алюминия толщиной от 2 до 5 мкм. Для образцов, испытанных во влажной газовой смеси, выявлено нарушение сплошности внутреннего защитного слоя. Внешний разрыхленный слой состоит из оксидов железа, под которым выявлен слой с преимущественным содержанием кислородсодержащих соединений хрома.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Э. А. Карфидов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: dedyukhin@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

К. Е. Селиверстов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: dedyukhin@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

И. Д. Филиппов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: dedyukhin@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

Е. В. Никитина

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: dedyukhin@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

А. Е. Дедюхин

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: dedyukhin@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

Ю. П. Зайков

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: dedyukhin@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Потапов А.М., Мазанников М.В., Зайков Ю.П. Первые стадии переработки нитридного отработавшего ядерного топлива // Физическая химия и электрохимия расплавленных и твердых электролитов: сборник материалов ХIX Российской конференции. Екатеринбург: Издательский Дом «Ажур». 2023. С. 123–126.
  2. Карфидов Э.А., Никитина Е.В., Мазанников М.В., Потапов А.М., Дедюхин А.Е. Коррозия стали ЭП-823 (16Х12МВСФБР) в условиях высокотемпературной обработки ОЯТ // Расплавы. 2024. № 6. С. 581–595.
  3. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. М.: Физматлит. 2002.
  4. Сокол И.Я., Ульянин Е.А., Фельдгандлер Э.Г. и др. Структура и коррозия металлов и сплавов. Атлас: Справочное издание. М.: Металлургия, 1989.
  5. Yadav P., Abro M. A., Lee D.B., Yoon J. High-temperature corrosion of pure Ni3Al and its alloyed (2.99 wt.%Ti) in Ar-0.2%SO2 gas environment // Journal of Materials Research and Technology. 2022. 17. P. 3055-3065.
  6. Kai W., Lee S.H., Chiang D.L., Chu J.P. The high-temperature corrosion of Fe–28Al and Fe–18Al–10Nb in a H2/H2S/H2O gas mixture // Materials Science and Engineering. 1998. 258. P. 146–152.
  7. Kai W., Huang Y-J., Hsu Y-C., Huang R-T., Zhou Y., Kai J-J. The corrosion of FeCoNiAl-based medium- and high-entropy alloys in various ratios of CO2/CO gas mixture // Intermetallics. 2024. 173. P. 108–431.
  8. Yu C., Zhang J., Young D. J. High temperature corrosion of Fe-Cr-(Mn/Si) alloys in CO2-H2O-SO2 gases // Corrosion Science. 2016. 112. P. 214–225.
  9. Shi S., Xu X., Lin X., Zhao W., Zhang Y., Hua Y., Su C., Sun C., Sun J. The temperature impact on the corrosion behavior of nickel-based alloy in a H2O-CO2-H2S-H2 mixed gas during in-situ conversion of shale oil // Corrosion Science. 2025. 245. P. 112–713.
  10. Пойлов В.З., Казанцев А.Л., Сковородников П.В., Саулин Д.В., Углев Н.П., Пузанов А.И. Высокотемпературная газовая коррозия никелевого сплава // Материаловедение. 2021. № 3. С. 42–46.
  11. Бахирев С.О., Дацько А.И., Носач А.Ю., Бычков Д.В. Исследование влияния состава сплавов на скорость газовой коррозии // Проблемы науки. 2017. № 11 (24). С. 25–32.
  12. Saunders S.R.J., Monteiro M., Rizzo F. The oxidation behaviour of metals and alloys at high temperatures in atmospheres containing water vapour: A review // Progress in Materials Science. 2008. 53. P. 775–837.
  13. Henry S., Mougin J., Wouters Y., Petit J-P., Galerie A. Characterization of chromia scales grown on pure chromium in different oxidizing atmospheres // Materials at High Temperatures. 2000. 17. P. 231–234.
  14. Hultquist G., Tveten B., HoЁrnlund E. Hydrogen in chromium: influence on the high-temperature oxidation kinetics in H2O, oxide-growth mechanisms, and scale adherence // Oxidation of Metals. 2000. 54. P. 1–10.
  15. Ehlers J., Young D.J., Smaardijk E.J., Tyagi A.K., Penkalla H.J., Singheiser L. et al. Enhanced oxidation of the 9% Cr steel P91 in water vapour containing environments // Corrosion Science. 2006. 48. P. 3428–3454.
  16. Schutze M., Renusch D., Schorr M. Chemical–mechanical failure of oxide scales on 9% Cr steels in air with H2O // Materials at High Temperatures. 2005. 22. P. 113–120.
  17. Galerie A., Henry S., Wouters Y., Mermoux M., Petit J-P., Antoni L. Mechanisms of chromia scale failure during the course of 15–18Cr ferritic stainless steel oxidation in water vapour // Materials at High Temperatures. 2005. 22. P. 105–12.
  18. Zґurek J., Michalik M., Schmitz F., Kern T-U., Singheiser L., Quadakkers W.J. The effect of water-vapor content and gas flow rate on the oxidation mechanism of a 10%Cr–ferritic steel in Ar–H2O mixtures // Oxidation of Metals. 2005. 63. P. 401–422.
  19. Cheng S-Y., Kuan S-L., Tsai W-T. Effect of water vapor on annealing scale formation on 316 SS // Corrosion Science. 2006. 48. P. 634–649.
  20. Peng X., Yan J., Zhou Y., Wang F. Effect of grain refinement on the resistance of 304 stainless steel to breakaway oxidation in wet air // Acta materialia. 2005. 53. P. 5079–5088.
  21. Shen J., Zhou L., Li T. High-temperature oxidation of Fe–Cr alloys in wet oxygen // Oxidation of Metals. 1997. 48. P. 347–356.
  22. Ehlers J., Young D.J., Smaardijk E.J., Tyagi A.K., Penkalla H.J., Singheiser L. et al. Enhanced oxidation of the 9% Cr steel P91 in water vapour containing environments // Corrosion Science. 2006. 48. P. 3428–3454.
  23. Rahmel A. Einfluss von Wasserdampf und Kohlendioxyd auf die Oxydation von Nickel in Sauerstoff bei Hohen Temperaturen // Corrosion Science. 1965. 5. P. 815–820.
  24. Hussain N., Qureshi A.H., Shahid K.A., Chughtai N.A., Khalid F.A. High-temperature oxidation behavior of HASTELLOY C-4 in steam // Oxidation of Metals. 2004. 61. P. 355–364.
  25. Hussain N., Shahid K.A., Khan I.H., Rahman S. Oxidation of high temperature alloys (superalloys) at elevated temperatures in air: 1 // Oxidation of Metals. 1994. 41. P. 251–270.
  26. Holcomb G.R., Alman D.E. The effect of manganese additions on the reactive evaporation of chromium in Ni–Cr alloys // Scripta materialia. 2006. 54. Р. 1821–1825.
  27. Zhou C., Yu J., Gong S., Xu H. Influence of water vapor on the isothermal oxidation behavior of low pressure plasma sprayed NiCrAlY coating at high temperature // Surface and Coatings Technology. 2002. 161. P. 86–91.
  28. Poquillon D., Monceau D. Application of a Simple Statistical Spalling Model for the Analysis of High-Temperature // Cyclic-Oxidation Kinetics Data. 2003. 59. P. 409–431.
  29. Vialas N., Monceau D., Pieraggi B. Effect of Cycle Frequency on High Temperature Oxidation Behavior of Alumina-forming Coatings Used for Industrial Gas Turbine Blades // Materials Science Forum. 2004. 461. 464. P. 747–754.
  30. Yuan J., Wu X., Wang W., Zhu S., Wang F. Investigation on the Enhanced Oxidation of Ferritic/Martensitic Steel P92 in Pure Steam // Materials. 2014. 7. P. 2772–2783.
  31. ГОСТ 5632–2014. Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. М.: Стандартинформ, 2015.
  32. ГОСТ 9.305-84. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий. М: Стандартинформ, 1985.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принципиальная схема установки для проведения коррозионных испытаний в условиях окислительной газовой среды: 1 – Терморегулятор Варта; 2 – Прибор, комбинированный Щ 300-1; 3 – Манометр; 4 – Баллон ПГС; 5 – Кварцевая ячейка, наполненная дистиллированной водой; 6 – Печи сопротивления; 7 – Алундовый тигель; 8 – Кварцевая ячейка; 9 – Силитовые нагреватели; 10,12 – Термопары в защитных чехлах; 11 – Регулятор расхода газа РРГ-12; 12,14 – Кварцевая трубка для подачи газа в систему; 13 – Фторопластовая крышка с никелевыми экранами; 15 – Гигрометры.

Скачать (97KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Внешний вид исследуемых металлических образцов до (а) и после (б-д) коррозионных испытаний в газовой смеси Ar-20 об. % O2: (а) – исходный образец; Образец после коррозионных испытаний в сухой газовой смеси Ar-20 об. % O2: (б) – 100 часов, (в) – 500 часов; Образец после коррозионных испытаний в газовой смеси Ar-20 об. % O2 (влажн. 60%); (г) – 100 часов, (д) – 500 часов.

Скачать (66KB)
Метаданные
4. Рис. 3. МРСА поверхности образцов 10ХН45Ю: (а) –500 часов в Ar-20 об. % O2; (б) –500 часов Ar-20 об. % O2 (60% влажность).

Скачать (413KB)
Метаданные
5. Рис. 4. МРСА шлифов поперечного сечения образцов 10ХН45Ю: (а) – 500 часов в Ar-20 об. % O2; (б) –500 часов в Ar-20 об. % (60% влажность).

Скачать (243KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты РФА образцов материала 10ХН45Ю до и после коррозионных испытаний (а) – исходный образец; (б) –500 часов в Ar-20 об. % O2; (в) –500 часов Ar-20 об. % O2 (60% влажность).

Скачать (150KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025