DE2516296B2 - Verfahren zum beschichten eines gegenstandes aus stahl mit einer vor korrosion durch eine bleihaltige metallschmelze schuetzenden zirkoniumnitridschicht - Google Patents
Verfahren zum beschichten eines gegenstandes aus stahl mit einer vor korrosion durch eine bleihaltige metallschmelze schuetzenden zirkoniumnitridschichtInfo
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Description
E £ mit einer Lösung von
Zirkonium in geschmolzenem Blei bei einer Tem-
peratur von 800= C oder höher in Berührung ge-Γ . . d
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten eines Gegenstands aus Stahl, dessen Teile
beim Gebrauch mit einer Metallschmelze in Beruhrung kommen, die völlig oder teilweise aus Blei besteht,
wobei diese Teile des Gegenstands, die wenigttens an der Oberfläche Stickstoff enthalten, zur Vermeldung
von Korrosion durch die Metallschmelze mittels Behandlung mit einer zirkoniumhaltigen Melallschmelze
mit einer Zirkoniumnitndschicht überzogen werden.
Derartige Gegenstände, z. B. Rohre, Behälter oder Teile von Pumpen, finden in Wärmetransportsystemen,
ζ. B. zur Kühlung von Kernreaktoren, Anwendung,
bei denen das wärmebefördernde Medium aus Blei oder einer Legierung von Blei mit Wismut und/
oder Zinn besteht.
Es ist bekannt, daß Blei und Legierungen von Blei im geschmolzenen Zustand im Stande sind, Nickel
und in geringerem Maße Chrom zu lösen. Dadurch ist es z. B. nahezu unmöglich, Gegenstände, die beim
Gebrauch mit Blei oder Bleilegierungen in Berührung kommen, aus nickelhaltigen Stählen herzustellen. Es
«teilt sich heraus, daß Eisen nur in geringerem Maße in geschmolzenem Blei und geschmolzenen Bleilegierungen
löslich ist. Ein mit Massentransport einhergehender Angriff erfolgt insbesondere in Vorrichtungen,
bei denen geschmolzenes Blei oder geschmolzene Bleilegierungen umgepumpt werden und dabei einen
Temperaturgradienten durchlaufen. Der Angriff erfolgt in der Zone mit der höchsten Temperatur, während
das dabei gelöste Material in der Zone mit der niedrigsten Temperatur abgelagert wird. Dies kann
tu Verstopfungen des Rohrsystems führen; wenn es sich um ein Kühlsystem eines Kernreaktors handelt,
kann dies naturgemäß ernste Folgen haben. Bei der Anwendung von Stählen, die kein oder nur eine geringe
Menge Nickel (im allgemeinen weniger als 5 Gewichtsprozent) enthalten (es handelt sich hier
also im allgemeinen um ferritische Stähle), genügt es bei der Anwendung von Wismut und Wismutlegierungen,
eine Schutzschicht aus Zirkoniumnitrid auf denjenigen Oberflächen anzubringen, die beim Gebrauch
mit geschmolzenem Wismut oder geschmolzenen Wismutlegierungen in Berührung kommen. Derartige
Schutzschichten können dadurch erhalten werden daß die zu überziehenden «"»«' ™;· <*;"°- ' -"
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Zirkoniumnitridschicht und ^ ^
Metalls herbeigeführt werden tonnen zu
Anlaß geben können. Auf den bei der B !dung von
Rissen in der Zirkoniumnitndschicht freigelegten Teilen
der Metalloberfläche bildet das im geschmolzenen Metall gelöste Zirkonium nämlich sofort eine neue
Zirkoniumnitndschicht.
Aus der Veröffentlichung von J. R. Weeks
»Lead, Bismuth, Tin and Their Alloys as Nuclear Coolants« in »Nuclear Engineering and Design« 15
(1971), S. 363 bis 372, insbesondere der rechten Spalte von S. 366, geht hervor, daß auf die beschnebene
Weise keine Schutzschichten auf nickelhaltigen Legierungen, wie austenitischen Stählen, erhalten werden
können (siehe auch die USA.-Patentschriften 28 40 467 und 29 26 111).
Dies ist ein wesentlicher Nachteil, weil ferritische Stähle im allgemeinen nur bis zu Temperaturen von
etwa 650" C verwendet werden können. Außerdem ist es auch vom Gesichtspunkt einer hohen Temperaturbeständigkeit
und der strukturellen Stabilität (eine etwaige Umwandlung der körperzentrierten kubischen
Struktur in die flächenzentrierte kubische Struktur kann eine Volumenänderung von 1% zur Folge haben)
erwünscht, austenitische Stähle oder Metalllegierungen
anzuwenden, die eine größere Beständigkeit gegen hohe Temperaturen aufweisen.
Die Erfindung hat die Aufgabe, Gegenstände aus
Die Erfindung hat die Aufgabe, Gegenstände aus
austenitischen nickelhaltigen Eisenlegierungen zu schaffen, die gegen geschmolzenes Blei und geschmolzene
Bleilegierungen beständig sind und bis zu einer Temperatur von etwa 1000C C verwendet werden
können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem der Gegenstand aus einem austenitischen Stahl, der mehr als 5 Gewichtsprozent Nickel enthält, hergestellt
wird, wonach die Oberfläche des Gegenstands mit einer Lösung von Zirkonium in geschmolzenem
Blei bei einer Temperatur von 800° C oder höher in Berührung gebracht wird.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß für den durch die Erfindung angestrebten Zweck die Zirkoniummenge,
die in geschmolzenem Blei bei einer Temperatur oberhalb 800° C gelöst werden kann,
genügt.
Wenn der Stickstoffgehalt der zu behandelnden Metallegierung weniger als etwa 100 ppm beträgt,
empfiehlt es sich, die mit Zirkoniumnitrid zu überziehende Oberfläche zuvor zu nitrieren. Dies kann
durch in der Technik übliche Verfahren, z. B. durch Behandlung mit Ammoniak, erfolgen.
Günstige Ergebnisse wurden mit Zirkoniumnitridschichten
mit einer Dicke von etwa 1 /<m erzielt. Eine derartige Schicht kann durch Behandlung mit geschmolzenem
Blei mit 0,1 Gewichtsprozent Zirkonium erhalten werden. Eine derartige Schicht kann
bei Temperaturen zwischen 850 und 11)00° C in einigen
Stunden erhalten werden.
Es wurde gefunden, daß eine durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Zirkoniumnitridschicht,
wenn das geschmolzene Metall, das als Wärmt transportmittel verwendet wird, Zirkonium enthält, selbstheilend
ist.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Gegenstände weisen, auch nach langem Gebrauch
bei Temperaturen bis zu 1000° C, keine Korrosion auf.
Geeignete Metallegierungen zur Anwendung bei dem Verfahren nach der Erfindung sind z. B. die der
AISI-300-Reihe stickstoffhaltiger Stähle.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Zeichnung näher erläutert, deren Figur einen schematischen Schnitt durch einen Versuchsreaktor
darstellt.
Der Versuchsreaktor 1 besteht aus einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 30 mm, einer Wanddicke von 2 mm und einer (äußeren) Länge Lx von
200 mm aus dem zu erprobenden Metall. Die Unterseite ist mit einem geschlossenen Rohrteil 2 versehen,
das durchgesägt wird, wenn die Metallschmelze 6 aus dem Reaktor 1 entfernt werden soll. Die Oberseite
des Reaktors ist mit einem Deckel S mit einem Verschlußteil 3 und einem Manometer 4 versehen. Der
Reaktor 1 wird über das Füllrohr 7 mit der Metallschmelze 6 gefüllt, wonach das Verschlußteil 3 und
das Manometer 4 auf dem Füllrohr 7 z. B. durch Hartlöten befestigt werden. Es wird stets eine derartige
Menge der Metallschmelze 6 in den Reaktor gegossen, daß ein freier Raum mit einer (inneren)
Länge Li von etwa 20 mm verbleibt. Mittels des Verschlußteils
3 kann dieser freie Raum evakuiert und mit Edelgas gefüllt werden.
Es wurde ein Reaktor aus einem austenitischen Stahl vom 18-8-Typ mit der folgenden Zusammensetzung
hergestellt:
18,00 Gewichtsprozent Cr
11,00 Gewichtsprozent Ni
11,00 Gewichtsprozent Ni
0,03 Gewichtsprozent C
0,2 Gewichtsprozent N
Rest Eisen
Rest Eisen
Der Reaktor wurde mit geschmolzenem Blei gefüllt. Dem geschmolzenen Blei wurden uann 5 g Zirkonium
in Form kleiner Stücke zugesetzt, wonach der Reaktor vollständig auf eine Temperatur von 900° C
gebracht und 24 h lang auf dieser Temperatur gehalten wurde. Nach dieser Behandlung wurde das flüssige
Blei bei einer Temperatur von etwa 800° C über das Abflußrohr 2 aus dem Reaktor 1 entfernt. Auf
der Innenwand des Reaktors hatte sich nun eine dichte, einige Mikrometer dicke Zirkoniumnitridschicht 8
gebildet.
Wenn statt geschmolzenen Bleis eine geschmolzene eutektische Blei-Wismut-Legierung (43,5 Gewichtsprozent
Pb, 56,5 Gewichtsprozent Bi) oder eine ge-
*o schmolzene Blei-Wismul-Zinii-Legierung (32,0 Gewichtsprozent
Pb, 52,5 Gewichtsprozent Bi, 15,5 Gewichtsprozent Sn) verwendet wurde, wurde keine
dichte Zirkoniumnitridschicht erhalten, sondern es trat Korrosion auf, die nur wenig langsamer als bei
Anwendung der gleichen Legierungen, aber ohne Zusatz von Zirkonium, fortschritt. Wurde dem Blei kein
Zirkonium zugesetzt, so wurde die Wand des Reaktorgefäßes ebenfalls korrodiert. Auf der Innenseite
mit einer Zirkoniumnitridschicht überzogene Reaktorgefäße wurden nun mit Blei, das 0,1 Gewichtsprozent
Zirkonium enthielt, einer eutektischen Blei-Wismut-Legierung mit 0,1 Gewichtsprozent Zirkonium
bzw. einer eutektischen Blei-Wismut-Zinn-Legierung mit 0,1 Gewichtsprozent Zirkonium gefüllt.
Der Reaktor wurde nun derart erhitzt, daß auf der Unterseite die Temperatur 850° C (TA) und auf der
Oberseite 10000C (Tn) betrug. Massentransport erfolgte
dabei im wesentlichen durch Diffusion. In keinem der Reaktionsgefäße wurde, nachdem sie auf
diese Weise 4 Wochen lang erhitzt worden waren, Korrosion festgestellt. Daraus ergibt sich, daß die
Zirkoniumnitridschicht in genügendem Maße schützt und selbstheilend ist.
Rohre aus einer Legierung mit einer Zusammensetzung, die nicht exakt bekannt war, die aber vom
Lieferanten wie folgt angegeben wurde:
19,00 bis 20,00 Gewichtsprozent Ni, 18,50 bis 21,00 Gewichtsprozent Co, 20,00 bis 22,50 Gewichtsprozent
Cr, 2,50 bis 3,50 Gewichtsprozent Mo, 2.00 bis 3,00 Gewichtsprozent W, 0,08 bis 0,16 Gewichtsprozent C, 0,10 bis 0,20 Gewichtsprozent
N, Nb+ Ta: 0,75 bis 1,25 Gewichtsprozent, maximal 1,00 Gewichtsprozent
Si, 1,00 bis 2,00 Gewichtsprozent Mn, Rest Eisen,
wurden in einer Bleischmelze angeordnet, der ein Überschuß an Zirkonium zugesetzt worden war. Nach
24stündiger Erhitzung auf 900° C hatte sich auf der Innen- und Außenwand der Rohre eine Zirkoniumnitridschicht
mit einer Dicke von 1 /<m gebildet.
Wenn die Rohre 4 Wochen lang in einer Schmelze aus zirkoniumhaltigcm Blei angeordnet wurden, trat
keine Korrosion auf. Die Rohre wurden senkrecht angeordnet, wobei der obere Teil eine Temperatur
von 1000° C und der untere Teil eine Temperatur von 850r C aufwies.
Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Beschichten eines Gegenstands aus Stahl, dessen Teile beim Gebrauch nutzer Metallschmelze in Beruhrung kommen die vol g oder te.lwe.se aus Bei besteht wöbe, diese Jede des Gegenstands, die wenigstens an der Oberfläche Stickstoff enthalten, zur Vermeidung von Korrosion durch die Metallschmelze mittels Be- ,. handlung mit einer zirkoniumhaltigen Metallschmelze8 mit einer Zirkon^mnitridschid.t über-
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL7405069 | 1974-04-16 | ||
NL7405069A NL7405069A (nl) | 1974-04-16 | 1974-04-16 | Werkwijze voor de vervaardiging van voorwerpen uit metaal voorzien van een korrosie door een lood bevattende metaalsmelt werende laag uit zirkoonnitride en voorwerp verkregen volgens deze werkwijze. |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2516296A1 DE2516296A1 (de) | 1975-10-23 |
DE2516296B2 true DE2516296B2 (de) | 1976-12-23 |
DE2516296C3 DE2516296C3 (de) | 1977-08-11 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9271383B2 (en) | 2009-07-29 | 2016-02-23 | General Fusion, Inc. | Systems and methods for plasma compression with recycling of projectiles |
US9424955B2 (en) | 2009-02-04 | 2016-08-23 | General Fusion Inc. | Systems and methods for compressing plasma |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9424955B2 (en) | 2009-02-04 | 2016-08-23 | General Fusion Inc. | Systems and methods for compressing plasma |
US9271383B2 (en) | 2009-07-29 | 2016-02-23 | General Fusion, Inc. | Systems and methods for plasma compression with recycling of projectiles |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2268086A1 (de) | 1975-11-14 |
DE2516296A1 (de) | 1975-10-23 |
IT1037240B (it) | 1979-11-10 |
NL7405069A (nl) | 1975-10-20 |
US3983303A (en) | 1976-09-28 |
SE7504259L (sv) | 1975-10-17 |
FR2268086B1 (de) | 1978-06-30 |
JPS50139031A (de) | 1975-11-06 |
GB1463427A (en) | 1977-02-02 |
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