vestnikmephiВестник НИЯУ МИФИVestnik natsional'nogo issledovatel'skogo yadernogo universiteta "MIFI"2304-487XNational Research Nuclear University "MEPhI"10.26583/vestnik.2024.354TPOLQWvestnikmephi-354Research ArticleФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯCONDENSED MATTER PHYSICSВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХРОМОВОГО ПОКРЫТИЯ С ОБОЛОЧКОЙ ТВЭЛА ИЗ СТАЛИ ЭП823-Ш В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР 420–650 °СINTERACTION OF CHROME COATING WITH CLADDING MADE OF EP823-Sh STEEL IN THE TEMPERATURE RANGE 420–650 °Chttps://orcid.org/0000-0003-2952-2825ИсаевР. Ш.IsayevR. Sh.

магистр, инженер

RSIsayev@mephi.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7202-5280ДжумаевИ. С.DzhumaevP. S.

к.т.н., доцент

psdzhumaev@mephi.ruНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian Federation202401092024134273281Copyright © Исаев Р.Ш., Джумаев И.С., 20242024Исаев Р.Ш., Джумаев И.С.Isayev R.S., Dzhumaev P.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnikmephi.elpub.ru/jour/article/view/354

Хромовое покрытие может увеличить коррозионную стойкость оболочки твэла из стали ЭП823-Ш в среде жидкого свинца при температуре до 650 °С. В свою очередь целесообразно блокировать диффузионное взаимодействие хромового покрытия и стали в течение всего периода эксплуатации твэла. Электронно-микроскопические исследования образцов после высокотемпературных испытаний показали наличие слоя взаимодействия «покрытие-сталь». При температуре 420 °C и времени выдержки 1000 ч хромовое покрытие сохранило адгезию, взаимодействия между покрытием и сталью не наблюдалось. Однако при испытании 540 и 650 °C и времени выдержки 1000 ч на границе «покрытие-сталь» появляется неравномерный по толщине слой взаимодействия в пределах 150–600 нм. Этот слой имеет сложный состав и блокирует дальнейшую взаимную диффузию компонентов стали и покрытия друг в друга. Сталь ЭП823-Ш содержит молибден и вольфрам около 1 мас.%, и эти элементы могут способствовать ускоренному образованию слоя взаимодействия. Анализ взаимодействия в системе «покрытие-сталь» показал перспективность использования хрома как защитного покрытия внутренней поверхности оболочки твэла из стали ЭП823-Ш.

Chromium coating can increase the corrosion resistance of a fuel rod cladding made of EP823-Sh steel in a liquid lead environment at temperatures up to 650 °C. It is advisable to block the diffusion interaction of the chromium coating and steel during the entire period of operation of the fuel rod. Studies of samples after high-temperature tests showed the presence of a coating-steel interaction layer. At a temperature of 420 °C and a holding time of 1000 hours, the coating retained adhesion, and no interaction between the coating and steel was observed. When tested at 540 °C and 650 °C and a holding time of 1000 hours, an interaction layer of uneven thickness within the range of 150-600 nm appears at the coating-steel interface. This layer has a complex composition and blocks further mutual diffusion of the steel components and coating into each other. EP823-Sh steel contains molybdenum and tungsten about 1 wt.% and they accelerate coating-steel interactions. An analysis of the interaction in the coating-steel system revealed the promise of using chromium as a protective coating for the inner surface of the fuel rod cladding made of EP823-Sh steel.

коррозияферритно-мартенситная стальЭП823-Шхромовое покрытиеcorrosionferritic-martensitic steelEP823-Shchromium coatingReferencesPioro I. (ed.). Handbook of Generation IV Nuclear Reactors: A Guidebook. Woodhead Publishing, 2022. 1098 с. https://doi.org/10.1016/C2019-0-01219-8.Pioro I. (ed.). Handbook of Generation IV Nuclear Reactors: A Guidebook. Woodhead Publishing, 2022. 1098 с. https://doi.org/10.1016/C2019-0-01219-8.Tolstoukhov D., Panov S., Presnyakov I. Economic aspects of nuclear fuel cycle closure on the basis of fast neutron reactors in the framework of «Proryv» project direction implementation // Nuclear Engineering and Design, 2021. V. 384, Article ID 111471. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111471.Tolstoukhov D., Panov S., Presnyakov I. Economic aspects of nuclear fuel cycle closure on the basis of fast neutron reactors in the framework of «Proryv» project direction implementation. Nuclear Engineering and Design, 2021. Vol. 384. Article ID 111471. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111471.Zabudko L. M., Grachev A.F., Zherebtsov A.A., Lachkanov E.V. et al. Status on performance study of mixed nitride fuel pins of BREST reactor type // Nuclear Engineering and Design, 2021. V. 384. Article ID 111430. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111430Zabudko L.M., Grachev A.F., Zherebtsov A.A., Lachkanov E.V., et al. Status on performance study of mixed nitride fuel pins of BREST reactor type. Nuclear Engineering and Design, 2021. Vol. 384. Article ID 111430. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111430Бозин С.Н., Родченков Б.С., Каштанов А.Д., Марков В.Г. и др. Исследования конструкционных материалов для реактора со свинцовым теплоносителем // Атомная энергия, 2012. Т. 113. №. 5. С. 257–263.Bozin S.N., Rodchenkov B.S., Kashtanov A.D., Markov V.G. et al. Issledovaniya konstrukcionnyh materialov dlya reaktora so svincovym teplonositelem [Research on structural materials for a lead-cooled reactor]. Atomnaya energiya, 2012. Vol. 113. No. 5. Pp. 257–263 (in Russian).Гринь П.И., Никитин О.Н., Беляева А.В. Основные результаты исследований твэлов экспериментальных сборок ЭТВС-9 и ЭТВС-10 после облучения в реакторе БН-600 // Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» (отчет об основных исследовательских работах, выполненных в 2019 г.), 2020. С. 110–112.Grin' P.I., Nikitin O.N., Belyaeva A.V. Osnovnye rezul'taty issledovanij tvelov eksperimental'nyh sborok ETVS-9 i ETVS-10 posle oblucheniya v reaktore BN-600 [The main results of studies of fuel rods of experimental assemblies ETVS-9 and ETVS-10 after irradiation in the BN-600 reactor]. Nauchnyj godovoj otchet AO «GNC NIIAR» (otchet ob osnovnyh issledovatel'skih rabotah, vypolnennyh v 2019 g.) [Scientific annual report of JSC «SSC RIAR» (report on the main research work carried out in 2019)], 2020. Pp. 110–112 (in Russian).Гильмутдинов И.Ф., Крюков Ф.Н., Никитин О.Н., Жемков И.Ю., Скупов М.В. Иванов Ю.А. Результаты исследований коррозии оболочек из стали марки ЭП823-Ш в твэлах со свинцовым и гелиевым подслоем // Тезисы докладов XI конференции по реакторному материаловедению, посвященной 55 летию отделения реакторного материаловедения АО «ГНЦ НИИАР», 2019. С. 196–197.Gil'mutdinov I.F., Kryukov F.N., Nikitin O.N., ZHemkov I.YU., Skupov M.V. Ivanov Yu.A. Rezul'taty issledovanij korrozii obolochek iz stali marki EP823-SH v TVELah so svincovym i gelievym podsloem [Results of studies of corrosion of EP823-Sh steel shells in fuel rods with a lead and helium sublayer]. Tezisy dokladov XI konferencii po reaktornomu materialovedeniyu, posvyashchyonnaya 55-letiyu otdeleniya reaktornogo materialovedeniya AO «GNC NIIAR» [Abstracts of the XI Conference on Reactor Materials Science, dedicated to the 55th anniversary of the Department of Reactor Materials Science of JSC «SSC RIAR»], 2019. Pp. 196–197 (in Russian).Лякишев Н.П. (ред.). Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник. Т. 3. М. Машиностроение, 1996. С. 872.Lyakishev N.P. (ed.). Diagrammy sostoyaniya dvojnyh metallicheskih sistem: spravochnik. Т.3 [State diagrams of binary metal systems: a reference book. Vol. 3]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1996. 872 p.Villars P., Okamoto H. Cr-Fe Binary Phase Diagram 0-100 at.% Fe.: Datasheet from «PAULING FILE Multinaries Edition – 2022» in SpringerMaterials. https://materials.springer.com/isp/phase-diagram/docs/c_ 0903645.Villars P., Okamoto H. Cr-Fe Binary Phase Diagram 0–100 at.% Fe.: Datasheet from «PAULING FILE Multinaries Edition – 2022» in SpringerMaterials. https://materials.springer.com/isp/phase-diagram/docs/c_ 0903645.Хаттендорф Х. и др. Жаростойкий железо-хром-алюминиевый сплав с низкой скоростью испарения хрома и повышенной жаропрочностью. Патент РФ, № 2014101607/02A, 2015.Hattendorf H. et al. Zharostojkij zhelezo-hrom-alyuminievyj splav s nizkoj skorost'yu ispareniya hroma i povyshennoj zharoprochnost'yu [Heat-resistant iron-chrome-aluminum alloy with low chromium evaporation rate and increased heat resistance]. Patent RF. No. 2014101607/02A, 2015.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.