Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы

Исследовано влияние предварительной импульсной плазменной обработки на коррозионную стойкость отрезков твэльных труб из хромистой ферритомартенситной стали ЭП823 (16Х12СМВФБР) в жидком свинце в условиях статических и динамических испытаний. Установлено, что модифицирование структурно-фазового состоя...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Вопросы атомной науки и техники
Дата:	2005
Автори:	Якушин, В.Л., Калин, Б.А., Джумаев, П.С., Исаенкова, М.Г., Перлович, Ю.А., Троянов, В.М., Русанов, А.Е., Демишонков, А.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2005
Теми:	Материалы перспективных ядерных реакторов
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80403
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы / В.Л. Якушин, Б.А. Калин, П.С. Джумаев, М.Г. Исаенкова, Ю.А. Перлович, В.М. Троянов, А.Е. Русанов, А.П. Демишонков // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 128-133. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860244050948390912
author	Якушин, В.Л. Калин, Б.А. Джумаев, П.С. Исаенкова, М.Г. Перлович, Ю.А. Троянов, В.М. Русанов, А.Е. Демишонков, А.П.
author_facet	Якушин, В.Л. Калин, Б.А. Джумаев, П.С. Исаенкова, М.Г. Перлович, Ю.А. Троянов, В.М. Русанов, А.Е. Демишонков, А.П.
citation_txt	Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы / В.Л. Якушин, Б.А. Калин, П.С. Джумаев, М.Г. Исаенкова, Ю.А. Перлович, В.М. Троянов, А.Е. Русанов, А.П. Демишонков // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 128-133. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Вопросы атомной науки и техники
description	Исследовано влияние предварительной импульсной плазменной обработки на коррозионную стойкость отрезков твэльных труб из хромистой ферритомартенситной стали ЭП823 (16Х12СМВФБР) в жидком свинце в условиях статических и динамических испытаний. Установлено, что модифицирование структурно-фазового состояния приповерхностных слоев стали потоками плазмы приводит к снижению толщины коррозионного слоя (оксидной пленки) более чем в 2 раза. Пострадиационный отжиг образцов в вакууме перед коррозионными испытаниями дополнительно уменьшает толщину оксидного слоя, и повышение коррозионной стойкости достигает более 3 раз. При этом средняя скорость коррозии в потоке жидкого свинца при температуре 650 ºC и длительности испытаний 1000 ч составляет 14,0 и 4,5 нм/ч для исходных и модифицированных трубок соответственно. Досліджено вплив попередньої імпульсної плазмової обробки на корозійну стійкість відрізків твельних труб із хромістої феритно-мартенситної сталі ЕП823 (16Х12СМВФБР) у рідкому свинцю в умовах статистичних та динамічних випробувань. Встановлено, що модифікація структурно-фазового стану біляповерхневих шарів сталі потоками плазми призводить до зниження товщини корозійного шару (оксидної плівки) більше, ніж у 2 рази. Післярадіаційний відпал зразків у вакуумі перед корозійними випробуваннями додатково зменшує товщину оксидного шару, а підвищення корозійної стійкості досягає більше, ніж 3 разів. При цьому середня швидкість корозії у потоці рідкого свинцю при температурі 6500С та тривалості випробувань 1000 годин складає 14.0 та 4.5 нм/г для вихідних та модифікованих трубок відповідно. The influence of a preliminary pulsed plasma treatment on the corrosion resistance of fuel claddings of EP823 (16Cr12MoWSiNbVB) ferritic-martensitic steel in liquid lead in conditions of static and dynamic tests has been investigated.It has been obtained that modifying the structure-phase state of the surface layers by pulsed plasma decreases the corrosion layer thickness (i.e., the oxide film thickness) more than twice. The postradiation annealing of samples before the corrosion tests results in an additional decrease of the oxide film thickness and an increase of the corrosion resistance more than three times, at that the averaged corrosion velocity of modified samples in liquid lead at temperature 650 ºC for 1000 h decreases up to 4.5 compared to ∼14 nm/h for standard fuel tubes.
first_indexed	2025-12-07T18:34:02Z
format	Article
fulltext	УДК 620.187: 533.9.924 ПОВЫШЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СТАЛИ ЭП823 В ЖИДКОМ СВИНЦЕ ПУТЕМ ЕЕ ОБРАБОТКИ ПОТОКАМИ ВЫСО КОТЕМПЕРАТУРНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ПЛАЗМЫ В.Л. Якушин, Б.А. Калин, П.С. Джумаев, М.Г. Исаенкова, Ю.А. Перлович, В.М. Троянов1, А.Е. Русанов1, А.П. Демишонков1 Московский инженерно-физический институт (Государственный университет); 1 ФГУП ГНЦ РФ ФЭИ им. А.И. Лейпунского, г. Обнинск, Россия Исследовано влияние предварительной импульсной плазменной обработки на коррозионную стойкость отрезков твэльных труб из хромистой ферритомартенситной стали ЭП823 (16Х12СМВФБР) в жидком свин це в условиях статических и динамических испытаний. Установлено, что модифицирование структурно-фа зового состояния приповерхностных слоев стали потоками плазмы приводит к снижению толщины корро зионного слоя (оксидной пленки) более чем в 2 раза. Пострадиационный отжиг образцов в вакууме перед коррозионными испытаниями дополнительно уменьшает толщину оксидного слоя, и повышение коррозион ной стойкости достигает более 3 раз. При этом средняя скорость коррозии в потоке жидкого свинца при тем пературе 650 ºC и длительности испытаний 1000 ч составляет 14,0 и 4,5 нм/ч для исходных и модифициро ванных трубок соответственно. 1. ВВЕДЕНИЕ Работоспособность активных зон ядерных энер гетических установок при заданных рабочих пара метрах во многом определяется долговечностью оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов). В связи с работами по созданию перспективного реак тора на быстрых нейтронах, в частности, безопасно го реактора БРЕСТ-ОД-300, для современного реак торного материаловедения актуальна проблема фи зико-химического взаимодействия жидкого свинца с материалами оболочек твэлов. Достижение высоких выгораний ядерного топлива, одним из препятствий которого является коррозия оболочки под действием расплавленного свинца, служит необходимым усло вием для экономически выгодной эксплуатации дан ного типа реактора. В связи с этим весьма актуаль ной задачей является разработка методов повыше ния коррозионной стойкости в жидком свинце пер спективных оболочечных сталей. В настоящее время рассматривается несколько возможных направлений повышения коррозионной стойкости оболочек твэлов. Одно из них – инженер ное, связанное с поддержанием концентрации кис лорода в расплаве свинца в узком интервале на определенном уровне ~5.10−6 ат.%, при которой жид кометаллическая коррозия и окисление сталей ми нимальны [1]. Однако это направление сопряжено с большими техническими трудностями в его реализа ции применительно к крупногабаритным энергети ческим установкам. Среди других возможных реше ний данной проблемы рассматривается разработка новых коррозионно-стойких сталей, нанесение за щитных покрытий и модифицирование приповерх ностных слоев сталей с использованием концентри рованных потоков энергии (импульсные электрон ные пучки и потоки плазмы) [1–3] и ионной имплан тации. Воздействие потоков высокотемпературной им пульсной плазмы (ВТИП) на твердое тело приводит к созданию приповерхностных слоев с модифициро ванным структурно-фазовым состоянием (в том чис ле и неравновесным), имеющих, как правило, высо кие физико-механические и физико-химические свойства: микротвердость, износостойкость, проч ностные характеристики, эрозионную и коррозион ную стойкость и другие [3–10]. В данной работе исследовалось влияние предва рительной импульсной плазменной обработки на физико-химическое взаимодействие жидкого свинца со сталью в условиях статических и динамических изотермических испытаний. В качестве исследован ного материала была выбрана перспективная для оболочки твэлов реактора на быстрых нейтронах высоколегированная хромистая ферритомартенсит ная сталь ЭП823 (16Х12СМВФБР). Целью работы было выявление возможности ис пользования обработки стали ЭП823 потоками высо котемпературной импульсной плазмы для повышения ее коррозионной стойкости в жидком свинце и поверх ностного упрочнения. Для достижения указанной выше цели решались следующие задачи. 1. Отработка режимов обработки фраг ментов серийных твэльных труб из стали ЭП823 потоками плазмы в ла бораторном (опытном) образце им пульсной плазменной установки типа Z-пинча [4]. 2. Выявление закономерностей струк турно-фазовых изменений, поверх _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 128-133. 128 ностного упрочнения и коррозион ной стойкости образцов, модифици рованных потоками импульсной плазмы. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Образцы для исследований были изготовлены из штатных твэльных труб диаметром 6,9 и 10,5 мм в виде фрагментов труб длиной 50 мм и обрабатыва лись потоками азотной и гелиевой ВТИП с длитель ностью импульса ∼15 мкс. В качестве основных, ва рьируемых при обработке, параметров были напря жение зарядки конденсаторов U =10…18,5 кВ, кото рое определяет плотность энергии q потока плазмы, и количество импульсов облучения N = 1…6. Давле ние P рабочего газа в камере, определяющее плот ность частиц в потоке, составляло 36 и 67 Па. Часть образцов в процессе обработки потоками ВТИП подвергалась дополнительному поверхностному ле гированию хромом или алюминием путем их оса ждения при испарении соответствующих тонких проволок. Основные режимы плазменной обработки приве- дены в табл. 1. Таблица 1 Режимы облучения образцов потоками импульсной плазмы Марка образца Номер обработки Условия плазменной обработки Примечания Тип плазмы U, кВ N, ед P, Па Не01 1 Не02 1 Не03 2 Не04 2 гелиевая 14,0 3 36 14,0 3 36 Доп. отжиг∗ 14,0 + 14,5 3+ 1 36 Соосаждение хрома 14,0 + 14,5 3+ 1 36 Соосаждение хрома + отжиг N05 3 N06 4 N07 3 N08 4 N09 5 N10 5 N11 6 N12 6 азотная 15,5 3 36 Доп. отжиг 18,5 3 67 Доп. отжиг 15,5 3 36 18,5 3 67 15,2 + 15,5 4 + 2 36 Соосаждение хрома + отжиг 15,2 + 15,5 4 + 2 36 Соосаждение хрома 15,2 3 36 15,2 3 36 Доп. отжиг Пострадиационный отжиг в вакууме при Т=600 ºС, τ=3 ч Коррозионные испытания проводились в два этапа. На первом этапе выполнялись статические изотерми ческие испытания с выдержкой образцов в жидком свинце в герметичном контейнере (в атмосфере ар гона) при температурах 650 и 750°С в течение 100 и 500 ч. Для выяснения роли растворенного в свинце кислорода в экспериментах варьировалась его кон центрация: использовался свинец с предварительной очисткой от кислорода и, наоборот, дополнительно насыщенный избыточным кислородом путем введе ния оксида РbО. На втором этапе в ГНЦ РФ ФЭИ проводились динами ческие коррозионные испытания в свинцовом циркуля ционном стенде ЦУ-1 при повышенном ((5…8).10−5 мас.%) контролируемом содержании кислорода при температуре 650°С в течение 1000 ч. Скорость потока свинца составляла (1,0 ±0,1) м/с. Были использованы образ цы из трубок длиной 50 мм, имеющие с двух сторон негер метичные заглушки. Таким образом, внутри трубок также находился свинец, однако его взаимодействие с поверхно стью здесь проходило практически в статическом (квази статическом) режиме. Это позволило при металлографиче ских исследованиях сравнивать образующиеся коррозион ные слои на внешней и внутренней стороне трубок, испы танных в различных условиях (динамических и квазиста тических). Исходные, облученные потоками плазмы и выдержанные в расплаве свинца образцы изуча лись с целью выявления изменения микрострукту ры, топографии, определения степени поверх ностного упрочнения (изменения микротвердости) и коррозионной стойкости в жидком свинце. Кроме этого, также определялся фазовый состав материала после модифицирования потоками ВТИП и корро зионных испытаний. Исследования топографии по верхности облученных материалов проводились ме таллографическим методом на оптическом микро скопе Neophot-30. Для изучения окисных пленок по сле выдержки в жидком свинце фрагменты твэль ных трубок разрезались на искровом станке и зали вались эпоксидной смолой в отрезки алюминиевых или медных трубок большего диаметра. Приготов ленные таким образом торцевые шлифы полирова лись на наждачной бумаге и алмазной пасте. Рентгеноструктурные исследования и качествен ный рентгеновский фазовый анализ образцов прово дились на дифрактометре ДРОН-3.0. Применялась схема фокусировки по Брэггу–Брентано. Использо валось характеристическое излучение (Kα) медного анода. Для повышения отношения сигнал/фон и для полного устранения мешающих анализу Kβ линий _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 128-133. 129 перед счетчиком был установлен монохроматор из пиролитического графита. Проводилось прецизион- ное определение параметров кристаллической ре шетки образующихся фаз с точностью не хуже ±0,0005 нм. Полученные данные с учетом химиче ского состава образца и условий облучения сравни вались со спектрами базы данных JCPDS. Поиск возможных фаз проводился с использованием про граммы XRAYAN. 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТА ТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Результаты первичных (τ=100 ч) статических коррозионных испытаний образцов в свинце с раз личным содержанием кислорода показали, что сталь ЭП823 взаимодействует со свинцом с повышенным содержанием кислорода на глубины до 7 и 10 мкм при температурах 650 и 750°С соответственно. По нижение концентрации кислорода в свинце приво дит к уменьшению глубины коррозии (при темпера туре 750°С до ∼ 4 мкм). Предварительная обработка фрагментов твэльных трубок потоками импульсной азотной плазмы не оказала в пределах точности из мерений влияния на их коррозионную стойкость в сравнении с исходной штатной обработкой. Однако при модифицировании стали потоками гелиевой плазмы наблюдалась тенденция к ослаблению ин тенсивности ее коррозионного взаимодействия с жидким свинцом, содержащим высокую концентра цию кислорода: после выдержки при температурах 650 и 750°С глубина коррозии не превышала 5 и 7 мкм в сравнении с 7 и 10 мкм соответственно для исходной стали. Поэтому были проведены более длительные (τ = 500 ч) выдержки образцов в свинце при температуре 750°С. На рис. 1 приведены типичные снимки попереч ной микроструктуры стали ЭП823 после статиче ских коррозионных испытаний в жидком свинце при температуре 750°С в течение 500 ч для различных условий предварительной плазменной обработки. Анализ полученных результатов показал, что предварительная обработка трубок потоками ВТИП при определенных режимах уменьшает общую глу бину коррозии стали в свинце, а также изменяет ха рактер взаимодействия (рис. 1). При этом наи большее (более чем в 2 раза) снижение степени кор розионного взаимодействия при температуре Т=750ºС (τ=500 ч) было достигнуто при модифици ровании стали потоками гелиевой плазмы (q=78 Дж/см2, N=3) с дополнительным поверхностным ле гированием в процессе обработки небольшим коли чеством хрома: толщина оксидного слоя уменьши лась от (20,0±0,5) до (9,0±1,5) мкм соответственно. Следует отметить, что на некоторых образцах, по верхностно легированных хромом, наблюдалась бóльшая неравномерность глубины окисления по толщине, что, по-видимому, обусловлено неодно родностью легирования поверхности хромом в про цессе плазменной обработки. а б в г Рис. 1. Поперечная микроструктура стали ЭП823 после статических испытаний в жидком свинце (Т =750 °С, τ =500 ч): а – исходное состояние; б – Не+, U=14 кВ, N=3; в - N+, U=14 кВ, N=3; г – N+, U=15 кВ, N=3 (б – и в – дополнительное соосаждение хрома) Типичные снимки торцевых микроструктур об разцов стали ЭП823 после динамических коррозион ных испытаний приведены на рис. 2. а б в _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 128-133. 130 Рис. 2. Оксидные пленки на стали ЭП823 после выдержки в потоке свинца при температуре 650 °С в тече ние 1000 ч: а – исходный образец; б – обработанный потоками гелиевой плазмы; в – после пострадиаци онного отжига облученных потоками ВТИП образцов Как видно из рис. 2, формирующаяся оксидная пленка имеет значительную неоднородность по тол щине как на исходных трубках, так и на предвари тельно обработанных потоками плазмы. При этом на исходных образцах толщина оксидной пленки может изменяться в интервале от ∼7 до 19 мкм. Анализ результатов металлографического иссле дования коррозионных слоев показал (табл. 2), что, в целом, усредненные значения толщины оксидной пленки на трубках, предварительно обработанных потоками плазмы, уменьшаются в ∼2 раза в сравне нии с исходными образцами. При этом пострадиаци онный отжиг модифицированных гелиевой плазмой образцов перед коррозионными испытаниями при водит к дополнительному снижению толщины кор розионного слоя, и повышение коррозионной стой кости достигает 3 раз, а скорость коррозии модифи цированных образцов уменьшается до 4,5 нм/ч в сравнении с величиной ∼14 нм/ч для штатных твэль ных труб. Дополнительное осаждение хрома в про цессе воздействия потоков ВТИП при увеличении количества импульсов облучения практически не влияет на степень уменьшения коррозии. Таблица 2 Влияние предварительной плазменной обработки) на толщины (в мкм) коррозионных слоев стали, испытанной в потоке свинца (T = 650°С, τ = 1000 ч) Исх. сталь Гелиевая плазма 14,0 3 14,0 3 1) 14+14,5 3+1 2) 14+14,5 3+1 2+1) 14,0 7,1 4,5 7,7 5,9 Азотная плазма 15,5 3 15,5 3 1) 18,5 3 3) 18,5 33+1) 15+15,5 4+2 2) 15+15,5 4+2 2+1) 15,2 3 15,2 3 1) 7,0 7,0 12,5 8,3 9,0 6,0 6,2 7,7 *В числителе – напряжение зарядки конденсаторов, в знаменателе – количество импульсов облучения; 1) – пострадиационный отжиг; 2) – соосаждение хрома; 3) – давление рабочего газа Р=67 Па Проведенные металлографические и рентге новские исследования показали, что влияние пред варительной плазменной обработки на коррозию стали обусловлено созданием модифицированного микрокристаллического слоя с измененным струк турно-фазовым состоянием, являющегося барьером для проникновения кислорода в глубь материала. Результаты изучения топографии поверхности облученных образцов показали, что практически для всех исследованных режимов плазменной обработки воздействие потоков ВТИП вызывало оплавление приповерхностных слоев и образование на поверх ности при охлаждении микрорельефа в виде застыв ших волн расплава. При увеличении «жесткости» воздействия (q и N) поверхность становится более рельефной, при этом можно обнаружить наслоения волн расплава. Необходимо отметить, что образова ния микротрещин, которые могут оказать значитель ное влияние на эксплуатационные характеристики материалов, на поверхности облученных сталей не обнаружено. Проведенные рентгеноструктурные исследова ния показали, что после плазменной обработки меж плоскостные расстояния в кристаллической решетке облученных образцов вдоль нормали к поверхности, совпадающей с направлением потока плазмы, значи тельно уменьшаются. При этом максимальные изме нения межплоскостных расстояний наблюдаются в зернах, для которых облучение проходило вдоль кристаллографического направления <001>. Ре зультаты, полученные при наклоне образца по мето ду sin2ψ, свидетельствуют, что межплоскостные рас стояния вдоль направлений, перпендикулярных ра диальной оси трубы, после плазменной обработки, как правило, увеличиваются и, во всяком случае, су щественно превышают соответствующие значения вдоль радиального направления. Пострадиационный отжиг (T=600 °C, τ=3 ч) устраняет анизотропию в состоянии кристаллической решетки образцов, что эквивалентно снятию созданных в приповерхност ном слое макронапряжений (рис. 3). Полуширины рентгеновских линий, обработанных потоками плаз мы образцов, увеличиваются, что свидетельствует или о дроблении блоков кристаллической решетки и об ее искажении, или о повышении разброса ве личин межплоскостного расстояния. В результате отжига облученных образцов полуширины умень шаются, однако для линии (200) для всех использо ванных режимов обработки, а для линий (110) и (211) для потоков гелиевой плазмы (q∼80 Дж/см2, N=3) они не достигают первоначальных значений, характерных для необработанного материала. _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 128-133. 131 а б Рис. 3. Влияние режимов импульсной плазменной обра ботки на тангенциальные и осевые макронапряжения в трубе (горизонтальная линия – исходный образец): 1 – после обработки потоками ВТИП; 2 – после по страдиационного отжига обработанных плазмой об разцов (режимы обработки приведены в табл. 1) Интегральная интенсивность рентгеновских от ражений, за исключением отражения (200), в ре зультате плазменной обработки падает, а при после дующем отжиге растет. Это может быть обусловле но изменением концентрации точечных дефектов и кристаллографической текстуры материала. Послед нее, по-видимому, связано с оплавлением и последу ющей кристаллизацией поверхностного слоя, а так же с воздействием волн напряжений. Установлено, что эффекты влияния плазменной обработки различны при разных режимах облучения и варьируются по выявленным изменениям меж плоскостных расстояний, полуширин рентгеновских линий, соотношения их интегральных интенсивно стей. Результаты качественного рентгеновского фазо вого анализа показали, что, если исходные образцы являются однофазными и состоят из ферритной фазы (α-Fe), то после плазменной обработки во всех образцах зафиксировано по 2 фазы – мартенсит за калки (α/-Fe), имеющий тетрагональную решетку, и остаточный аустенит (ГЦК-решетка). Пострадиаци онный отжиг приводил к возврату стали в исходное, фазовое состояние: основной фазой во всех образ цах опять становилась фаза α-Fe. Кроме этого, в спектре образцов, обработанных азотной плазмой с повышенной плотностью частиц (P=67 Па), после отжига под небольшими углами обнаружены ди фракционные линии, отвечающие орторомбической фазе Fe2N. После выдержки образцов в потоке свинца основными фазами во всех образцах являются фер ритная фаза и оксид Fe3O4 со структурой типа шпи нели. Однако с учетом химического состава иссле дованной стали, данный оксид соответствует, скорее всего, соединению типа (Me,Fe)Fe2O4. Параметр ре шетки этой фазы равен a = 0,837 нм. Кроме этого, на некоторых образцах был обнаружен оксид Fe2O3. Основные отличия в спектрах разных образцов проявляются, прежде всего, в различных соотноше ниях между интенсивностями дифракционных ли ний, образовавшихся на поверхности оксидов и α- Fe, являющегося основой материала. Это также поз воляет утверждать, что на образцах с различной предварительной обработкой образовались оксид ные пленки разной толщины. Проведенные измерения микротвердости выяви ли, что обработка потоками ВТИП повышает микро твердость поверхности фрагментов труб на 25…50% в зависимости от условий облучения. В частности, при использовании потоков азотной плазмы (q =21 Дж/см2, N=3) микротвердость возрастает от 2920 до 4380 МПа. Это обусловлено, как показано выше, структурно-фазовыми превращениями, происходя щими в результате высокоскоростной закалки стали, и хорошо согласуется с ранее полученными ре зультатами по поверхностному упрочнению сталей [10]. 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Выполненные исследования показали, что взаи модействие жидкого свинца с хромистой сталью ЭП823 приводит к ее значительной коррозии, сте пень которой определяется условиями испытаний (температурой, содержанием кислорода в свинце, временем выдержки и др.). Анализ результатов (см. табл. 2) позволяет сде лать некоторые предварительные выводы. 1. Модифицирование структурно-фазового со стояния твэльных труб из стали марки ЭП823 пото ками импульсной гелиевой плазмы оказывает следу ющее влияние на ее коррозию в жидком свинце: − снижается толщина коррозионного слоя в ~2 раза по сравнению с необработанными потоками плазмы штатными трубками; − пострадиационный отжиг образцов перед корро зионными испытаниями приводит к дополни тельному уменьшению толщины оксидного слоя и общее повышение коррозионной стойкости до стигает более 3 раз. При этом скорость коррозии в потоке (V=1,0 м/с) жидкого свинца при темпе _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 128-133. 132 ратуре 650ºС составляет 14,0 и 4,5 нм/ч для ис ходных и модифицированных трубок соответ ственно. 2. В случае предварительной обработки сталь ных трубок потоками азотной плазмы наблюдаются следующие эффекты: − уменьшение толщины коррозионного слоя в пре делах погрешности измерений соответствует об работке гелиевой плазмой при том же давлении рабочего газа (Р=36 Па). При этом пострадиаци онный отжиг практически не влияет на положи тельный эффект плазменной обработки; − увеличение плотности частиц азотной плазмы путем повышения давления рабочего газа (до Р=67 Па) при сохранении плотности энергии па дающего потока, а также увеличение количества импульсов облучения снижает влияние плазмен ной обработки на уменьшение толщины оксид ной пленки. При этом пострадиационный отжиг повышает коррозионную стойкость стали. Таким образом, полученные первые эксперимен тальные результаты свидетельствуют о возможно сти и перспективности использования метода им пульсной плазменной обработки для повышения коррозионной стойкости твэльных труб, изготовлен ных из хромистой стали, в потоке свинца при темпе ратуре испытания, соответствующей рабочей темпе ратуре оболочек твэлов в реакторах на быстрых ней тронах. Авторы выражают благодарность В.И. Польско му и В.И. Скрытному за помощь в проведении экс периментальных исследований. ЛИТЕРАТУРА 1.G. Müller, G. Schumacher, F. Zimmermann. Investi gation on oxygen controlled liquid corrosion of surface treated steels //J. of Nucl. Mater. 2000, v. 278, p. 85 – 89. 2.G. Müller, A. Heinzel, J. Konys et al. Results of steel corrosion tests in flowing liquid Pb/Bi at 420 – 600 ºC after 2000 h //J. of Nucl. Mater. 2002, v. 301, p. 40 – 46. 3.В.Л. Якушин, Б.А. Калин, С.А. Кохтев, Д.В. Крав цов. Влияние обработки потоками высокотемпера турной импульсной плазмы на коррозионную стой кость фрагментов твэлов ЯЭУ //Proceedings 6st In tern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, Russia, 23-28 Sept. 2002). Томск: Издат. дом «Курсив», 2002, с. 405-408. 4.В.А. Грибков, Ф.И. Григорьев, Б.А. Калин, В.Л. Якушин. Перспективные радиационно-пуч ковые технологии обработки материалов. М.: «Круглый год», 2001, 528 с. 5.Взаимодействие излучения, плазменных и элек тронных потоков с веществом: Тез. докл., Фрунзе, 4-7 сентября 1990 г. /Под ред. Д.М. Дыхне и др. М.: ИАЭ им. И.В. Курчатова, 1990, 164 с. 6.Б.А. Калин, В.Л. Якушин, В.И. Польский. Моди фикация металлических материалов при обработке потоками высокотемпературной импульсной плаз мы //Известия вузов: Физика. 1994, № 5, с. 109–125. 7.Н.Д. Томашов, И.Б. Скворцова, В.А. Алексеев и др. Использование импульсных потоков плазмы для антикоррозионной обработки поверхности металлов //Защита металлов. 1988, т. 24, № 5, с. 395–400. 8.B.A. Kalin, V.L. Yakushin, N.V. Volkov. Modifica tion of the fuel cladding materials surface by pulsed plasma fluxes and ion mixing //Annual Meeting on Nuc lear Technology′ 98 (May 26-28, 1998, Munich), IN FORUM Verlags. 1998, p. 753–754. 9. Б.А. Калин, В.Л. Якушин, Н.В. Волков. Перспек тивы радиационно-пучковой обработки материалов атомной техники //Сборник докладов VI Российской конф. по реакторному материаловедению (г. Ди митровград, 11-15 сентября 2000 г.). В 3-х томах. Димитровград: ГНЦ РФ НИИАР. 2001, т. 1, с. 146– 165. 10.V.L. Yakushin, B.A. Kalin, V.I. Skrytnyi, I.A. Bu lanov. Modification of Carbon- and Low-Alloyed Steels by High Temperature Pulsed Plasma Fluxes //Proceed. 1st Intern. Congress on Radiation Physics, High Current Electronics, and Modification of Materials (Tomsk, Russia, 24-29 Sept. 2000). 2000, v. 3, p. 295–298. ПІДВИЩЕННЯ КОРОЗІЙНОЇ СТІЙКОСТІ СТАЛІ ЕП823 В РІДКОМУ СВИНЦІ ШЛЯХОМ ІЇ ОБРОБКИ ПОТОКАМИ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОЇ ІМПУЛЬСНОЇ ПЛАЗМИ В.Л. Якушин, Б.О. Калін, П.С. Джумаєв, М.Г. Ісаєнкова, Ю.О. Перлович, В.М. Троянов, О.Є. Русанов, А.П. Демішонков Досліджено вплив попередньої імпульсної плазмової обробки на корозійну стійкість відрізків твельних труб із хро містої феритно-мартенситної сталі ЕП823 (16Х12СМВФБР) у рідкому свинцю в умовах статистичних та динамічних ви пробувань. Встановлено, що модифікація структурно-фазового стану біляповерхневих шарів сталі потоками плазми при зводить до зниження товщини корозійного шару (оксидної плівки) більше, ніж у 2 рази. Післярадіаційний відпал зразків _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 128-133. 133 у вакуумі перед корозійними випробуваннями додатково зменшує товщину оксидного шару, а підвищення корозійної стійкості досягає більше, ніж 3 разів. При цьому середня швидкість корозії у потоці рідкого свинцю при температурі 6500С та тривалості випробувань 1000 годин складає 14.0 та 4.5 нм/г для вихідних та модифікованих трубок відповідно. INCREASE OF THE CORROSION RESISTANCE OF EP823 STEEL IN LIQUID LEAD BY HIGH TEMPERATURE PULSED PLASMA FLUXES TREATMENT V.L. Yakushin, B.A. Kalin, P.S. Dzhumaev, M.G. Isaenkova, Yu.A. Perlovich, V.M. Troyanov, A.E. Rusanov1, A.P. Demishonkov The influence of a preliminary pulsed plasma treatment on the corrosion resistance of fuel claddings of EP823 (16Cr12MoWSiNbVB) ferritic-martensitic steel in liquid lead in conditions of static and dynamic tests has been investigated.It has been obtained that modifying the structure-phase state of the surface layers by pulsed plasma decreases the corrosion layer thickness (i.e., the oxide film thickness) more than twice. The postradiation annealing of samples before the corrosion tests re sults in an additional decrease of the oxide film thickness and an increase of the corrosion resistance more than three times, at that the averaged corrosion velocity of modified samples in liquid lead at temperature 650 ºC for 1000 h decreases up to 4.5 com pared to ∼14 nm/h for standard fuel tubes. _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 128-133. 134
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80403
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1562-6016
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:34:02Z
publishDate	2005
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
record_format	dspace
spelling	Якушин, В.Л. Калин, Б.А. Джумаев, П.С. Исаенкова, М.Г. Перлович, Ю.А. Троянов, В.М. Русанов, А.Е. Демишонков, А.П. 2015-04-17T16:50:59Z 2015-04-17T16:50:59Z 2005 Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы / В.Л. Якушин, Б.А. Калин, П.С. Джумаев, М.Г. Исаенкова, Ю.А. Перлович, В.М. Троянов, А.Е. Русанов, А.П. Демишонков // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 128-133. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80403 620.187: 533.9.924 Исследовано влияние предварительной импульсной плазменной обработки на коррозионную стойкость отрезков твэльных труб из хромистой ферритомартенситной стали ЭП823 (16Х12СМВФБР) в жидком свинце в условиях статических и динамических испытаний. Установлено, что модифицирование структурно-фазового состояния приповерхностных слоев стали потоками плазмы приводит к снижению толщины коррозионного слоя (оксидной пленки) более чем в 2 раза. Пострадиационный отжиг образцов в вакууме перед коррозионными испытаниями дополнительно уменьшает толщину оксидного слоя, и повышение коррозионной стойкости достигает более 3 раз. При этом средняя скорость коррозии в потоке жидкого свинца при температуре 650 ºC и длительности испытаний 1000 ч составляет 14,0 и 4,5 нм/ч для исходных и модифицированных трубок соответственно. Досліджено вплив попередньої імпульсної плазмової обробки на корозійну стійкість відрізків твельних труб із хромістої феритно-мартенситної сталі ЕП823 (16Х12СМВФБР) у рідкому свинцю в умовах статистичних та динамічних випробувань. Встановлено, що модифікація структурно-фазового стану біляповерхневих шарів сталі потоками плазми призводить до зниження товщини корозійного шару (оксидної плівки) більше, ніж у 2 рази. Післярадіаційний відпал зразків у вакуумі перед корозійними випробуваннями додатково зменшує товщину оксидного шару, а підвищення корозійної стійкості досягає більше, ніж 3 разів. При цьому середня швидкість корозії у потоці рідкого свинцю при температурі 6500С та тривалості випробувань 1000 годин складає 14.0 та 4.5 нм/г для вихідних та модифікованих трубок відповідно. The influence of a preliminary pulsed plasma treatment on the corrosion resistance of fuel claddings of EP823 (16Cr12MoWSiNbVB) ferritic-martensitic steel in liquid lead in conditions of static and dynamic tests has been investigated.It has been obtained that modifying the structure-phase state of the surface layers by pulsed plasma decreases the corrosion layer thickness (i.e., the oxide film thickness) more than twice. The postradiation annealing of samples before the corrosion tests results in an additional decrease of the oxide film thickness and an increase of the corrosion resistance more than three times, at that the averaged corrosion velocity of modified samples in liquid lead at temperature 650 ºC for 1000 h decreases up to 4.5 compared to ∼14 nm/h for standard fuel tubes. Авторы выражают благодарность В.И. Польскому и В.И. Скрытному за помощь в проведении экспериментальных исследований. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Материалы перспективных ядерных реакторов Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы Підвищення корозійної стійкості сталі ЕП823 в рідкому свинці шляхом ії обробки потоками високотемпературної імпульсної плазми Increase of the corrosion resistance of EP823 steel in liquid lead by high temperature pulsed plasma fluxes treatment Article published earlier
spellingShingle	Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы Якушин, В.Л. Калин, Б.А. Джумаев, П.С. Исаенкова, М.Г. Перлович, Ю.А. Троянов, В.М. Русанов, А.Е. Демишонков, А.П. Материалы перспективных ядерных реакторов
title	Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы
title_alt	Підвищення корозійної стійкості сталі ЕП823 в рідкому свинці шляхом ії обробки потоками високотемпературної імпульсної плазми Increase of the corrosion resistance of EP823 steel in liquid lead by high temperature pulsed plasma fluxes treatment
title_full	Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы
title_fullStr	Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы
title_full_unstemmed	Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы
title_short	Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы
title_sort	повышение коррозиостойкости стали эп823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы
topic	Материалы перспективных ядерных реакторов
topic_facet	Материалы перспективных ядерных реакторов
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80403
work_keys_str_mv	AT âkušinvl povyšeniekorroziostoikostistaliép823vžidkomsvinceputemeeobrabotkepotokamivysokotemperaturnoiimpulʹsnoiplazmy AT kalinba povyšeniekorroziostoikostistaliép823vžidkomsvinceputemeeobrabotkepotokamivysokotemperaturnoiimpulʹsnoiplazmy AT džumaevps povyšeniekorroziostoikostistaliép823vžidkomsvinceputemeeobrabotkepotokamivysokotemperaturnoiimpulʹsnoiplazmy AT isaenkovamg povyšeniekorroziostoikostistaliép823vžidkomsvinceputemeeobrabotkepotokamivysokotemperaturnoiimpulʹsnoiplazmy AT perlovičûa povyšeniekorroziostoikostistaliép823vžidkomsvinceputemeeobrabotkepotokamivysokotemperaturnoiimpulʹsnoiplazmy AT troânovvm povyšeniekorroziostoikostistaliép823vžidkomsvinceputemeeobrabotkepotokamivysokotemperaturnoiimpulʹsnoiplazmy AT rusanovae povyšeniekorroziostoikostistaliép823vžidkomsvinceputemeeobrabotkepotokamivysokotemperaturnoiimpulʹsnoiplazmy AT demišonkovap povyšeniekorroziostoikostistaliép823vžidkomsvinceputemeeobrabotkepotokamivysokotemperaturnoiimpulʹsnoiplazmy AT âkušinvl pídviŝennâkorozíinoístíikostístalíep823vrídkomusvincíšlâhomííobrobkipotokamivisokotemperaturnoíímpulʹsnoíplazmi AT kalinba pídviŝennâkorozíinoístíikostístalíep823vrídkomusvincíšlâhomííobrobkipotokamivisokotemperaturnoíímpulʹsnoíplazmi AT džumaevps pídviŝennâkorozíinoístíikostístalíep823vrídkomusvincíšlâhomííobrobkipotokamivisokotemperaturnoíímpulʹsnoíplazmi AT isaenkovamg pídviŝennâkorozíinoístíikostístalíep823vrídkomusvincíšlâhomííobrobkipotokamivisokotemperaturnoíímpulʹsnoíplazmi AT perlovičûa pídviŝennâkorozíinoístíikostístalíep823vrídkomusvincíšlâhomííobrobkipotokamivisokotemperaturnoíímpulʹsnoíplazmi AT troânovvm pídviŝennâkorozíinoístíikostístalíep823vrídkomusvincíšlâhomííobrobkipotokamivisokotemperaturnoíímpulʹsnoíplazmi AT rusanovae pídviŝennâkorozíinoístíikostístalíep823vrídkomusvincíšlâhomííobrobkipotokamivisokotemperaturnoíímpulʹsnoíplazmi AT demišonkovap pídviŝennâkorozíinoístíikostístalíep823vrídkomusvincíšlâhomííobrobkipotokamivisokotemperaturnoíímpulʹsnoíplazmi AT âkušinvl increaseofthecorrosionresistanceofep823steelinliquidleadbyhightemperaturepulsedplasmafluxestreatment AT kalinba increaseofthecorrosionresistanceofep823steelinliquidleadbyhightemperaturepulsedplasmafluxestreatment AT džumaevps increaseofthecorrosionresistanceofep823steelinliquidleadbyhightemperaturepulsedplasmafluxestreatment AT isaenkovamg increaseofthecorrosionresistanceofep823steelinliquidleadbyhightemperaturepulsedplasmafluxestreatment AT perlovičûa increaseofthecorrosionresistanceofep823steelinliquidleadbyhightemperaturepulsedplasmafluxestreatment AT troânovvm increaseofthecorrosionresistanceofep823steelinliquidleadbyhightemperaturepulsedplasmafluxestreatment AT rusanovae increaseofthecorrosionresistanceofep823steelinliquidleadbyhightemperaturepulsedplasmafluxestreatment AT demišonkovap increaseofthecorrosionresistanceofep823steelinliquidleadbyhightemperaturepulsedplasmafluxestreatment

Повышение коррозиостойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы

Репозитарії

Схожі ресурси