Массоперенос компонентов легированных сталей в паровой

УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
А.В. ШУЛЬГА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МАССОПЕРЕНОС КОМПОНЕНТОВ
ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ В ПАРОВОЙ ФАЗЕ
НАД РАСПЛАВЛЕННЫМ ЛИТИЕМ
Рассмотрены результаты исследования жаропрочных коррозионно-стойких
сталей после длительных ампульных испытаний в литии и в паровой фазе над
расплавленным литием с применением методов авторадиографии, микрорентгеноспектрального, рентгеновского фазового анализа. Проведен анализ данных по
изотермическому переносу основных легирующих элементов жаропрочных коррозионно-стойких сталей в литии и в паровой фазе над литием, предложен механизм
массопереноса.
Коррозионное воздействие жидкометаллических теплоносителей на
жаропрочные коррозионно-стойкие стали в значительной мере обусловлено массопереносом легирующих элементов [1], [2]. Экспериментальные
результаты коррозионных испытаний обычно приводятся для образцов,
помещенных в жидкометаллическую среду (расплавленный литий), а характер воздействия паровой фазы обычно не рассматривается. Следует
отметить, что для более полного представления о природе коррозионного
воздействия, необходим также анализ процессов, протекающих в паровой
фазе. Это позволит в частности уточнить механизм массопереноса в жидкой фазе, поскольку его особенности определяют возможность переноса в
паровой фазе.
В работе проведен анализ результатов комплексного исследования
массопереноса основных легирующих элементов замещения и углерода,
особенностей структурно-фазового состояния образцов легированных
сталей после ампульных испытаний в среде жидкого лития и лития с добавкой водорода (Li + 0,05%Н), а также в паровой фазе при температурах
600С и 700С в течение 1000 час. и 1400 час. соответственно.
В качестве объекта исследования выбраны аустенитные стали ЭП172,
ЭП168, Х18Н10Т. Применялись следующие технологии получения сталей:
традиционная и с применением быстрозакаленных порошков (гранульная
металлургия, РИБЗ-технология) [1].
На основе анализа результатов длительных коррозионных испытаний
установлен массоперенос в компонентов коррозионно-стойких жаропрочных сталей в паровой фазе над расплавленным литием.
100
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 9
УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
В результате массопереноса на поверхности герметичного контейнера – ампулы, находящейся в контакте с паровой фазой наблюдалось образование -фазы. В тоже время на поверхности, контактирующей с расплавленным литием, в котором находились образцы легированных сталей,
происходило науглероживание с образованием выделений карбидной фазы Cr23C6.
Предложенный ранее 1 механизм массопереноса в жидком литии посредством химического транспорта с участием транспортирующего агента
в виде оксида углерода и карбонилов согласуется с полученными результатами.
Термодинамика процесса изотермического переноса в системе: поверхность ампулы (сталь 12Х18Н10Т), парогазовая среда, образец (легированная сталь заданного состава и структурно-фазового состояния), жидкометаллическая среда (литий, литий с добавкой водорода) определяет
возможность протекания процесса и его направление. Величина химического потенциала компонента зависит от его концентрации в той или иной
фазе, а точнее от его активности.
Кинетика массопереноса в значительной степени определяется механизмом транспорта. Критерием образования молекулы транспортирующего агента является меньшая термодинамическая прочность по сравнению с
прочностью связи в фазе, являющейся продуктом транспорта. Для углерода в качестве транспортирующего агента в натрии рассматривается карбонил натрия, а для углерода в калии возможно образование в качестве
транспортирующего агента карбоната калия, который удовлетворяет указанному критерию термодинамической прочности 2. Карбонат лития
также характеризуется меньшей термодинамической прочностью, чем
карбонат натрия и может рассматриваться как транспортирующий агент.
По результатам работы можно считать, что в условиях ампульных
коррозионных испытаний в литии существуют реальные условия образования карбонилов компонентов легированных сталей и их участия в процессе переноса компонентов сталей, как в жидкой, так и в паровой фазе.
Список литературы
1. Шульга А.В. О механизме переноса легирующих элементов в литии при изотермическихиспытаниях коррозионно-стойких сталей // Сб. трудов. Научная сессия МИФИ-2005. М.:
2005. Т.9. С.102–103.
2. Литий в термоядерной и космической энергетике XXI века / В.Н. Михайлов, В.А. Евтихин, И.Е. Люблинский, А.В. Вертков, А.Н. Чуманов. М.: Энергоатомиздат. 1999. С.528.
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 9
101