Corrosion behaviour of steels in oxygen containing, liquid Pb55,5%Bi considering surface modification
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Description
The concept of an ADS (accelerator driven system), which intended to be used for the transmutation of actinides and transuranics, combines a sub critical fission device and an accelerator driven spallation neutron source. Liquid lead or a lead bismuth alloy are candidate materials for the spallation target and the coolant. To guarantee a continuous operation the corrosion problems caused by liquid Pb and PbBi have to be controlled. It is known that protective oxide layers on steel surfaces retard the corrosion attack. In this work, martensitic and austenitic steels are tested in stagnant and flowing Pb55,5%Bi at temperatures between 420-600 C. In addition samples alloyed with Al in the surface and Al containing coatings are investigated. Aim of this work is to record the corrosion behaviour of steels in liquid eutectic PbBi alloy and to show possibilities to protect the steels by developing stabile oxide scales under controlled oxygen potential. An important prerequisite for the adjustment of the oxygen concentration in PbBi via the gas phase was the study of the Pb-Bi-O system. It will be shown, that the oxygen partial pressure above the liquid PbBi has to be 2 magnitudes higher than above liquid Pb to form stabile protective layers. No liquid metal corrosion is observed at an oxygen concentration of 5 x 10-7wt% in PbBi exposed up to 7223 h at a temperature of 550 C. Oxide layers with spalls off grow again. At higher temperatures aluminising of the surface is needed. If the Al concentration in the surface is high enough, no detectable dissolution attack happens. Pure Al layers have no protective effect. NiCrAlY layers show low stability, because of the high solubility of the basic component Ni in the liquid metal. Therefore a FeCrAlY layer seems to be more promising. It is shown that thin coatings could be bond with the bulk material by the GESA treatment. Spalling of these coatings is not expected. (orig.)
Availability note (English)
Available from TIB Hannover: ZA 5141(6823)Abstract (German)
Das Konzept des ADS (accelerator driven system) zur Transmutation von Aktiniden und Transuranen besteht aus der Kombination einer unterkritischen Spaltanordnung und einer beschleunigergetriebenen Spallations-Neutronenquelle. Als Spallationstarget und Kuehlmittel ist fluessiges Blei bzw. eine Blei-Wismut Legierung vorgesehen. Um einen Dauerbetrieb zu gewaehrleisten, muessen die durch fluessiges Pb und PbBi auftretenden Korrosionsprobleme beherrscht werden. Es ist bekannt, dass oxidische Schutzschichten auf dem Stahl den Korrosionsangriff verlangsamen. In der vorliegenden Arbeit werden martensitische und austenitische Staehle in stagnierenden und fliessenden Pb55,5%Bi bei Temperaturen zwischen 420 und 650 C getestet. Des weiteren werden Proben mit Al-haltigen Legierungen in der Oberflaeche und Al-haltigen Beschichtungen untersucht. Ziel der Arbeit ist es, das Korrosionsverhalten der Staehle in der fluessigen eutektischen PbBi Legierung zu erfassen und Moeglichkeiten aufzuzeigen, den Stahl ueber die Ausbildung stabiler Oxidschichten unter kontrolliertem Sauerstoffpotenzial zu schuetzen. Eine wichtige Voraussetzung fuer die Einstellung der Sauerstoffkonzentration in PbBi ueber die Gasphase war die Betrachtung des Systems Pb-Bi-O. Es wird gezeigt, dass im Vergleich zu Pb der Sauerstoffpartialdruck ueber PbBi um 2 Groessenordnungen hoeher sein muss, um stabile Schutzschichten zu erreichen. Mit einer Sauerstoffkonzentration von 5 x 10-7 Gew% im PbBi ist bei Temperaturen bis zu 550 C und Standzeiten bis 7223 h keine Fluessigmetallkorrosion zu beobachten. Abplatzende Oxidschichten wachsen nach. Bei hoeheren Temperaturen ist eine Aluminisierung der Oberflaeche notwendig. Wird genuegend Al in die Oberflaeche einlegiert, tritt kein nachweisbarer Loesungsangriff auf. Reine Al-Deckschichten zeigten dagegen keine Schutzwirkung. Wenig bestaendig erwiesen sich NiCrAlY Deckschichten, da die Basiskomponente Ni durch die Metallschmelze zu schnell herausgeloest wird. FeCrAlY Deckschichten erscheinen deshalb Erfolg versprechender. Es konnte gezeigt werden, dass duenne Beschichtungen durch GESA Umschmelzung mit dem Grundmaterial sicher verschweisst werden. Abplatzungen der Beschichtung sind nicht zu erwarten. (orig.)Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Korrosionsverhalten von Staehlen in sauerstoffbeladenem, fluessigem Pb55,5%Bi unter Beruecksichtigung von Oberflaechenmodifikationen
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 102 p.
- ISSN
- 0947-8620
- Report number
- FZKA--6823
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 34068007
- Subject category
- S36: MATERIALS SCIENCE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis, Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- ACCELERATOR DRIVEN TRANSMUTATION; ALUMINIUM; BISMUTH ALLOYS; CHROMIUM-NICKEL-MOLYBDENUM STEELS; COATINGS; CORROSION; LEAD BASE ALLOYS; LIQUID METALS; MARTENSITIC STEELS; OXYGEN; STAINLESS STEEL-316L; TEMPERATURE RANGE 0400-1000 K; TITANIUM ADDITIONS
- Descriptors DEC
- ALLOYS; AUSTENITIC STEELS; CARBON ADDITIONS; CHEMICAL REACTIONS; CHROMIUM ALLOYS; CHROMIUM STEELS; CHROMIUM-MOLYBDENUM STEELS; CHROMIUM-NICKEL STEELS; CHROMIUM-NICKEL-MOLYBDENUM STEELS; CORROSION RESISTANT ALLOYS; ELEMENTS; FLUIDS; HEAT RESISTANT MATERIALS; HEAT RESISTING ALLOYS; HIGH ALLOY STEELS; IRON ALLOYS; IRON BASE ALLOYS; LEAD ALLOYS; LIQUIDS; LOW CARBON-HIGH ALLOY STEELS; MATERIALS; METALS; MOLYBDENUM ALLOYS; NICKEL ALLOYS; NONMETALS; STAINLESS STEELS; STEEL-CR17NI12MO3-L; STEELS; TEMPERATURE RANGE; TITANIUM ALLOYS; TRANSITION ELEMENT ALLOYS; TRANSMUTATION