Деградация железа и сплавов на его основе под влиянием водородной плазмы

Abstract

В обзоре рассмотрены растворимость и диффузионная подвижность водорода в железе и сталях, его взаимодействие с несовершенствами решетки металла, а также деградация свойств материалов под действием имплантированного водорода. Обсуждены процессы, приводящие к развитию блистеров и подповерхностных трещин в ферритно-мартенситной стали ЭП-450 и α-железе при воздействии водородной (дейтериевой) плазмы тлеющего разряда с энергией ионов ~ 1 кэВ. Рассмотрены температурная зависимость параметров блистеров, влияния исходного состояния материала, а также предварительного внедрения инертных газов на развитие индуцированных водородом трещин и блистеров. Показано, что в периоды остановки термоядерного реактора, когда температура первой стенки снижается до ~ 350 К, можно ожидать значительные скорости роста трещин. Отмечена необходимость рассмотрения всей совокупности отрицательных явлений, обусловленных повышенным содержанием водорода в металле, при решении проблем разрушения деталей энергетических установок.

В огляді розглянуті розчинність і дифузійна рухливість водню в залізі і сталях, його взаємодія з недосконалостями решітки металу, а також деградація властивостей матеріалів під дією імплантованого водню. Обговорено процеси, що призводять до розвитку блістерів і підповерхневих тріщин у феритно-мартенситній сталі ЕП-450 і α-залізі під впливом водневої (дейтерієвої) плазми тліючого розряду з енергією іонів ~ 1 кеВ. Розглянуто температурна залежність параметрів блістерів, вплив вихідного стану матеріалу, а також попереднього впровадження інертних газів на розвиток індукованих воднем тріщин і блістерів. Показано, що в періоди зупинки термоядерного реактора, коли температура першої стінки знижується до ~ 350 К, можна очікувати значні швидкості росту тріщин. Наголошено на необхідність розгляду всієї сукупності негативних явищ, зумовлених підвищеним вмістом водню в металі, при вирішенні проблем руйнування деталей енергетичних установок.

The review considers the solubility and diffusivity of hydrogen in iron and steels, its interaction with imperfections of the metal lattice, and the degradation of materials properties under the influence of implanted hydrogen. The processes leading to the development of blisters and subsurface cracks in EP-450 ferritic-martensitic steel and α-Fe under the influence of hydrogen (deuterium) glow discharge plasma with ion energy of ~ 1 keV are discussed. The temperature dependence of blister parameters, the impact of the initial state of material as well as the pre-irradiation of inert gases on the development of hydrogen-induced cracks and blisters are considered. It is shown that in the periods of fusion reactor discontinuances, when the temperature of the first wall decreases to ~ 350 K, significant crack growth rates can be expected. The necessity to consider the entire set of negative phenomena caused by increased hydrogen content in the metal was noted, when solving problems of the destruction of power plants.