Investigation of the corrosion behavior of 29NC alloy in LiCl-KCl melt at 500 oC depending on the content of Li2O and LiOH from 0 to 2 mol. %

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Molten chloride salt electrolytes are promising for use as a working medium for the implementation of high-temperature technologies. Alkali metal chlorides are an aggressive environment in relation to structural materials. One of the possible methods of reducing the corrosion damage of a structural material is the method of oxygen passivation of the surface of a metal or alloy by introducing a certain amount of oxygen-containing additives into the melt. The article considers the effect of oxygen-containing impurities (lithium oxide and lithium hydroxide) on the corrosive behavior of a metal material — an alloy of the composition iron–cobalt–nickel. To assess the corrosion resistance of materials, gravimetric analysis, micro-X-ray spectral analysis (XRSA) of the surface and cross-section sections, and X-ray phase analysis (XRF) of the sample surface were used. The dependences of the corrosion rate of the material on the concentration of oxygen-containing additives Li2O and LiOH are presented. Based on the data set of gravimetric, MRSA and XRF data, it was found that 29NC alloy samples in the LiCl–KCl–nLi2O salt melt are not susceptible to corrosion, but in the LiCl–KCl–nLiOH melt, the speed of the 29NC alloy increases significantly due to the interaction of the LiOH additive with the most electronegative component of the alloy — iron.

Full Text

Restricted Access

About the authors

K. E. Seliverstov

Institute of High-Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: neekeetina@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

E. V. Nikitina

Institute of High-Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: neekeetina@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

E. A. Karfidov

Institute of High-Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: neekeetina@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

A. A. Filatov

Institute of High-Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: neekeetina@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

A. E. Dedyukhin

Institute of High-Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: neekeetina@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

References

  1. Nikitina E.V., Tkacheva O.Yu., Karfidov E.A., Rudenko A.V., Mullabaev A.R. Vysokotemperaturnaya korroziya v rasplavlennykh solyakh: uchebnoye posobiye (High-temperature corrosion in molten salts: a textbook). Ekaterinburg: Publishing house of the Ural University. 2021. [In Russian]
  2. LeBlanc D. Molten salt reactors: a new beginning for an old idea // Nuclear Engineering and Design. 2010. 204. P.1644–1656.
  3. Smirnov M.V., Ozernaya I.N. Osobennosti korrozii metallov v rasplavlennykh galogenidakh i karbonatakh (Features of metal corrosion in molten halides and carbonates) // High-temperature corrosion and methods of protection against it. 1973. 1. Pp. 76–83. [In Russian]
  4. Stepanov S.I., Kachina-Pullo E.B. Korroziya staley i nikel’khromistykh splavov v smesyakh rasplavlennykh khloridov (Corrosion of steels and nickel-chromium alloys in mixtures of molten chlorides) // Journal of Applied Chemistry. 1962. 35(8). Pp. 1852–1855. [In Russian]
  5. GOST 10994-74. Splavy pretsizionnyye. Marki (Precision alloys. Stamps) M.: Standartinform. 1989. [In Russian]
  6. Seliverstov K.E., Nikitina E.V., Karfidov E.A., Filatov A.A., Romanova D.O., Dedyukhin A.E., Zaikov Yu.P. Issledovaniye korrozionnogo povedeniya nikelya v rasplave LiCl–KCl pri 500 оС v zavisimosti ot soderzhaniya Li2O i LiOH ot 0 do 2 mol. % (Investigation of the corrosive behavior of nickel in a LiCl–KCl melt at 500 оC depending on the content of Li2O and LiOH from 0 to 2 mol. %) // Melts. 2024. № 3. (In print). [In Russian]
  7. Keiser R., Manning D.L., Clausing R.E. Corrosion resistance of some nickel base alloys to molten fluoride salts containing UF4 and tellurium // The Electrochemical Society. 1976. 6. P. 315–328.
  8. Ambrosek J. Molten chloride salts for heat transfer in nuclear systems // University of Wisconsin. 2011. P. 238.
  9. Raiman S.S., Lee S. Aggregation and data analysis of corrosion studies in molten chloride and fluoride salts // Journal of Nuclear Materials. 2018. 511. P. 523–535.
  10. Shishkin V.Yu., Mityaev V.S. Ochistka galogenidov shchelochnykh metallov metodom zonnoy plavki (Purification of alkali metal halides by the method of zone melting) // Izv. of the USSR Academy of Sciences. Non-organ. materials. 1982. 18(11). C. 1917–1918. [In Russian]
  11. Sridharan K., Allen T.R. Corrosion in Molten Salts // Molten Salts Chemistry. 2013. P. 241–267.
  12. Indacochea J.E., Smith J.L., Litko K.R., Karell E.J. Corrosion Performance of Ferrous and Refractory Metals in Molten Salts under Reducing Conditions // Journal of Materials Research. 1999. 14. 5. P. 1990–1995.
  13. Indacochea J.E., Smith J.L., Litko K.R., Karell E.J., Raraz A.G. High-temperature oxidation and corrosion of structural materials in molten chlorides // Oxid. Met. 2001. 55. P. 1–16.
  14. Abramov A.V., Polovov I.B., Volkovich V.A., Rebrin O.I. Corrosion of austenitic stainless steels in chloride melts // Molten Salts Chemistry and Technology. 2014. P. 427–448.
  15. Dong L., Peng Q., Zhang Z., Shoji T., Han E.-H., Wang W.Ke.L. Effect of dissolved hydrogen on corrosion of 316NG stainless steel in high temperature water // Nucl. Eng. Des. 2015. 295. P. 403–414.
  16. Young D.J. High Temperature Oxidation and Corrosion of Metal // Elsevier Science. 2016. P. 758.
  17. GOST 52381-2005. Materialy abrazivnyye. Zernistost’ i zernovoy sostav shlifoval’nykh poroshkov. Kontrol’ zernovogo sostava (Abrasive materials. Grain size and grain composition of grinding powders. Control of grain composition). M.: Standartinform. 2020. [In Russian]
  18. Ozernaya I.N. Korroziya metallov v rasplavlennykh solyakh pri termicheskoy obrabotke (Corrosion of metals in molten salts during heat treatment) // Metallurgy and heat treatment of metals. 1985. 3. Pp. 14–17. [In Russian]
  19. Shulga A.V. Influence of hydrogen on the corrosion behavior of stainless steels in lithium // Journal of Nuclear Materials. 2008. 373(1-3). P. 44–52.
  20. Mohanty B.P. Role of chlorides in hot corrosion of a cast Fe–Cr–Ni alloy. Part II: Thermochemical model studies // Corrosion Science. 2004. 46. №12. P. 2909–2924.
  21. Wang Ya., Zhang Sh., Ji X., Wang P., Li W. Material Corrosion in Molten Fluoride Salts // Int. J. Electrochem. Sci. 2018. 13. P. 4891–4900.
  22. Ravi Shankar, K. Thyagarajan, U. Kamachi M. Corrosion Behavior of Candidate Materials in Molten LiCl-KCl Salt Under Argon Atmosphere // J. Corrosion. 2013. 69. № 7. P. 655–665.
  23. Karfidov E.A., Nikitina E.V., Seliverstov K.E., Mushnikov P.N., Karimov K.R. Korrozionnoye povedeniye stali 12KH18N10T v rasplave LiCl–KCl, soderzhashchem dobavki khloridov f-elementov (Corrosion behavior of 12X18H10T steel in a LiCl–KCl melt containing additives of f-element chlorides) // Melts. 2023. № 4. Pp. 1–8. [In Russian]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. MRSA and RFA of the initial samples of the 29NA alloy: a the surface of the sample; b the section of the cross-section of the sample; c the results of the RFA.

Download (194KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Appearance of 29NA alloy samples after corrosion tests, in melts: a LiCl-KCl; b LiCl-KCl–0.2 mol. % Li2O; in LiCl-KCl–0.5 mol.%Li2O; in LiCl–KCl–2.0 mol.% Li2O; d LiCl-KCl–0.2mol.%LiOH; e LiCl–KCl–0.5 mol.%LiOH; w LiCl–KCl–2.0 mol.%LiOH.

Download (182KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Corrosion rates of 29NA alloy samples in salt compositions based on LiCl–KCl.

Download (92KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. SEM of the surface and cross–sectional sections of 29NA alloy samples aged at a temperature of 500 ° C in melts: a LiCl–KCl; b LiCl–KCl–2%Li2O; c LiCl–KCl-2%LiOH.

Download (729KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. XRD of the surface of 29NA alloy samples aged at a temperature of 500 ° C in melts: a LiCl–KCl; b LiCl-KCl–2%Li2O; c LiCl–KCl–2%LiON compositions based on LiCl–KCl.

Download (199KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».