1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Расплавы
  4. № 4, 2023

Расплавы, 2023, № 4, стр. 377-384

Коррозионное поведение стали 12Х18Н10Т в расплаве LiCl–KCl, содержащем добавки хлоридов f-элементов

Э. А. Карфидов a, Е. В. Никитина a, *, К. Е. Селиверстов a, П. Н. Мушников a, К. Р. Каримов a

a Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
Екатеринбург, Россия

* E-mail: neekeetina@mail.ru

Поступила в редакцию 29.01.2023
После доработки 03.04.2023
Принята к публикации 03.04.2023

Аннотация

При переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) предполагается использовать расплав LiCl–KCl (0.49 : 0.51) в инертной атмосфере. Все металлические материалы в данном солевом расплаве крайне подвержены коррозии, к тому же в процессе переработки ОЯТ как жидкая фаза (расплав), так и газовая, насыщаются продуктами распада, которые могут выступать в качестве дополнительных окислителей, усиливая агрессивность среды. В пирохимическую технологию ОЯТ включены операции, такие как мягкое хлорирование, электрорафинирование и металлизация, подразумевающие наличие в расплаве соединений хлоридов редкоземельных металлов (РЗМ) лантана, церия и неодима, а также хлоридов урана(III, IV). В данной работе было исследовано коррозионное поведение стали 12Х18Н10Т в расплаве LiCl–KCl, содержащем добавки NdCl3, CeCl3, LaCl3, UCl3 и UCl4 до 2 мас. %. Коррозионные испытания длительностью 100 ч были выполнены при температуре 500°С в инертной атмосфере аргона. Было установлено, что наличие хлоридов РЗМ значительно снижает деградацию исследуемой стали. Добавление (РЗМ)Cl3 проводит к формированию на поверхности образцов соединения (РЗМ)OCl, толщина и сплошность которых увеличивается в следующем ряду: LaCl3 < NdCl3 < CeCl3. Формирование подобного соединения приводит к торможению коррозионного процесса стали 12Х18Н10Т за счет солевой пассивации поверхности. Добавление в расплав UF4 вызывает значительную коррозию стали 12Х18Н10Т межкристаллитного типа. Введение в расплав UF3 приводит к снижению скорости коррозии, что связано с преимущественным взаимодействием трехвалентного хлорида урана с содержащимся в расплаве растворенным молекулярным кислородом, и формированию на поверхности образцов нестехиометрического соединения с кристаллохимической формулой U3O7 по данным микрорентгеноспектрального анализа.

Ключевые слова: коррозия, хлориды щелочных металлов, отработавшее ядерное топливо

Список литературы

  1. Смирнов М.В., Озеряная И.Н. Коррозия металлов в расплавленных солевых средах и защита от коррозии // Коррозия и защита металлов. Итоги науки и техники. 1973. 2. С. 171–209.

  2. Кочергин В.П. Защита металлов от коррозии в ионных расплавах и растворах электролитов. Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 1991.

  3. Abramov A.V., Polovov I.B., Rebrin O.I., Volkovich V.A., Lisienko D.G. Corrosion behavior of austenitic steels and their components in niobium-containing chloride melts // Russian Metallurgy. 2014. № 2. P. 159–165.

  4. Никитина Е.В., Ткачева О.Ю., Карфидов Э.А., Руденко А.В., Муллабаев А.Р., Медведев Д.А. Высокотемпературная коррозия в расплавленных солях: уч. пособие. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета. 2021.

  5. Guo Sh., Zhang J., Wu W., Zhou W. // Progress in Materials Science. 2018. 97. P. 448–487. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.05.003

  6. Wang Y., Zhang Sh., Ji X., Wang P., Li W. // Int. J. Electrochem. Sci. 2018. 13. P. 4891–4900. https://doi.org/10.20964/2018.05.33

  7. Lambrinou K., Charalampopoulou E., Van der Donck T., Delville R., Schryvers D. // J. Nuclear Materials. 2017. 490. P. 9–27. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.04.004

  8. Knödler R. // J Appl Electrochem. 1988. 18. P. 653–656. https://doi.org/10.1007/BF01022265

  9. Shulga A.V. // J. Nuclear Materials. 2008. 373. № 1–3. P. 44–52. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2007.04.050

  10. Raiman S.S., Bartels D.M., Was G.S. Radiolysis driven changes to oxide stability during irradiation-corrosion of 316L stainless steel in high temperature water // J. Nuclear Materials. 2017. 493. P. 40–52.

  11. Kim S.T., Jeon S., Lee I., Park, Y. Effects of rare earth metals addition on the resistance to pitting corrosion of super duplex stainless steel – Part 1. // Corrosion Science. 2010. 52. P. 1897–1904.

  12. Gou J., Wang Y., Li X., Zhou F. Effect of rare earth oxide nano-additives on the corrosion behavior of Fe-based hardfacing alloys in acid, near-neutral and alkaline 3.5 wt % NaCl solutions // Applied Surface Science. 2018. 431. P. 143–151.

  13. Raiman S.S., Lee S. Aggregation and data analysis of corrosion studies in molten chloride and fluoride salts // J. Nuclear Materials. 2018. 511. P. 523–535.

  14. Укше Е.А., Леонова Л.С., Букун Н.Г. Газы в расплавленных солях // Сб. Ионные расплавы. 1974. № 1.

  15. Николаева Е.В. Кинетика катодного восстановления кислорода в расплавленных хлоридах щелочных металлов. Дис. … на соиск. ст. к. х. н. Екатеринбург, 2001.

  16. Hofmeister M., Klein L., Miran H., Rettig R., Virtanen S., Singer R.F. Corrosion behavior of stainless steels and a single crystal superalloy in a ternary LiCl–KCl molten salt // Corrosion Science. 2015. 90. P. 46–53.

  17. Hoover R.O., Shaltry M.R., Martin S., Sridharan K., Phongikaroon S. Electrochemical studies and analysis of 1–10 wt % UCl3 concentrations in molten LiCl–KCl eutectic // J. Nuclear Materials. 2014. 452. P. 389–396.

  18. Luo L.-X., Liu Y.-L., Liu N., Wang L., Yuan L.-Y., Chai Z.-F., Shi W.-Q. Electrochemical and thermodynamic properties of Nd(III)/Nd (0) couple at liquid Zn electrode in LiCl–KCl melt // Electrochimica Acta. 2016. 191. P. 1026–1036.

  19. Liu Y.-L., Yuan L.-Y., Ye G.-A. et al. Co-reduction behaviors of lanthanum and aluminum ions in LiCl–KCl eutectic // Electrochimica Acta. 2014. 147. P. 104–113.

  20. Bagri P., Simpson M.F. Potentiometric measurement of activity of rare earth chlorides (La, Gd, Ce, Nd) in LiCl–KCl eutectic salt // Electrochimica Acta. 2018. 259. P. 1120–1128.

  21. Delpech S., Jaskieowicz S., Rodrigues D. Electrochemistry of thorium fluoride in LiCl–KCl eutectic melts and methodology for speciation studies with fluorides ions // Electrochimica Acta. 2014. 144. P. 383–390.

  22. Kumar K., Smith N. D., Lichtenstein T., Kim H. Electrochemical studies of molten sulfates in LiCl–KCl–Na2SO4 at 700°C // Corrosion Science. 2018. 133. P. 17–24.

  23. Bargi P., Simpson M.F. Determination of activity coefficient of lanthanum chloride in molten LiCl–KCl eutectic salt as a function of cerium chloride and lanthanum chloride concentrations using electromotive force measurements // J. Nuclear Materials. 2016. 482. P. 248–256.

  24. Guo Gh., Zhuo W., Wang Y., Zhang J. Europium indeced alloy corrosion and ckacking in molten chloride media for nuclear applications // Corrosion Science. 2020. 163. 108279.

  25. Barraza-Fierro J.I., Espinosa-Medina M.A., Hernandez-Hernandez M., Liu H.D., Sosa-Hernandez E. Effect of Li and Cu addition on corrosion of Fe–40 at % Al intermetallics in molten LiCl–KCl eutectic salt // Corrosion Science. 2012. 59. P. 119–126.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Расплавы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал