Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7224

Quantification of the Degradation of Steels Exposed to Liquid Lead-Bismuth Eutectic

C. Schroer, Z. Voß, J. Novotny, J. Konys

Abstract
Metallographic and gravimetric methods of measuring the degradation of steels are introduced and compared, with emphasis on the quantification of oxidation in molten lead-bismuth eutectic (LBE). In future applications of LBE or other molten lead alloys, additions of oxygen should prevent the dissolution of steel constituents in the liquid heavy metal. Therefore, also the amount of steel constituents transferred between the steel (including the oxide scale formed on the surface) and the LBE has to be assessed, in order to evaluate the efficiency of oxygen additions with respect to preventing dissolution of the steel. For testing the methods of quantification, specimens of martensitic steel T91 were exposed for 1500 h to stagnant, oxygen-saturated LBE at 550°C, whereby, applying both metallographic and gravimetric measurements, the recession of the cross-section of sound material deviated by ± 3 μm for a mean value of 1 μm. Although the transfer of steel constituents between the solid phases and the LBE is negligible under the considered exposure conditions, the investigation shows that a gravimetric analysis is most promising for quantifying such a mass transfer. For laboratory experiments on the behaviour of steels in oxygen-containing LBE, it is suggested to make provisions for both metallographic and gravimetric measurements, since both types of methods have specific benefits in the characterisation of the oxidation process.

Quantifizierung des Materialverlustes an Stählen nach Auslagerung in flüssigem Blei-Bismut-Eutektikum

Zusammenfassung
Metallographische und gravimetrische Methoden zur Bestimmung des Materialverlustes an Stählen sind hinsichtlich ihrer Eignung zur Quantifizierung der Oxidation in geschmolzenem eutektischen Blei-Bismut (LBE) untersucht worden. Für zukünftige Anwendungen von LBE bzw. anderen, flüssigen Blei-Legierungen soll durch Zugabe von Sauerstoff verhindert werden, dass sich die Stahlbestandteile in der Schwermetallschmelze auflösen. Demnach sind die zwischen dem Stahl (gebildete Oxide eingeschlossen) und dem LBE ausgetauschten Mengen an Stahlbestandteilen ebenfalls zu quantifizieren, um die Effektivität einer Sauerstoffzugabe hinsichtlich der Vermeidung von Stahlauflösung beurteilen zu können. Die Quantifizierungsmethoden sind an Proben aus dem martensitischen Stahl T91, die stehendem, mit Sauerstoff gesättigten LBE bei 550°C ausgesetzt waren (für 1500 h), getestet worden, wobei sich Abweichungen in den gemessenen Querschnittsänderungen von ± 3 μm bei einem Mittelwert von 11 μm ergaben. Obwohl im Falle des beispielhaft betrachteten Korrosionssystems der Übergang von Stahlbestandteilen zwischen den festen Phasen und LBE von untergeordneter Bedeutung ist, zeigen die Ergebnisse dennoch, dass die Analyse mit gravimetrischen Methoden sehr aussichtsreich in Hinblick auf eine Quantifizierung solcher Vorgänge ist. Für Untersuchungen zum Verhalten von Stählen in sauerstoffhaltigem LBE unter Laborbedingungen wird empfohlen sowohl metallographische als auch gravimetrische Messungen vorzusehen, da beide Arten von Methoden spezifische Vorteile bei der Charakterisierung des Oxidationsprozesses bieten.

VOLLTEXT

BIBLIOTHEK