Расплавы, 2024, № 6

РА С П Л А В Ы
№ 6    2024    Ноябрь–Декабрь
Журнал основан в 1987 году
Выходит 6 раз в год
Журнал издается под руководством
Отделения химии и наук о материалах РАН
Главный редактор Б.Р. Гельчинский
Е.В. Никитина (ответственный секретарь)
А.А. Ремпель (зам. главного редактора)
Ю.П. Зайков (зам. главного редактора)
Редакционная коллегия:
В.В. Бражкин, Г.П. Вяткин, К.В. Григорович, С.А. Кузнецов, Х.Б. Кушхов,
Л.И. Леонтьев, А.Г. Морачевский, П.В. Поляков, П.С. Попель, В.П. Степанов, 
С.В. Станкус, В.В. Стегайлов, В.А. Хохлов, D. Brahma, D.J. Gonzalez, F. Demmel, 
Sh. Hosokawa, PeiJie Li, S. Mladenovic, S. Mudry, A. Navrotsky, O. Ostrovski, 
W.-Ch. Pilgrim, M. Pirdashti, J.-F. Wax, M. Zinigrad
Адрес редакции: 620137 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18
Телефон: (343) 374-05-54
The Journal is issued under the supervision
of Department of chemistry and materials science of RAS
Editor-in-chief B.R. Gel’chinsky
A.A. Rempel (editor-in-chief deputy)
Yu.P. Zaykov (editor-in-chief deputy)
E.V. Nikitina (secretary-in-charge)
Editorial Board:
V.V. Brazhkin, G.P. Vyatkin, K.V. Grigorovich, S.A. Kuznetsov, Kh.B. Kushkhov, 
L.I. Leontiev, A.G. Morachevsky, P.V. Polyakov, P.S. Popel, V.P. Stepanov, S.V. Stankus, 
V.V. Stegailov, V.A. Khokhlov, D. Brahma, D.J. Gonzalez, F. Demmel, Sh. Hosokawa, 
PeiJie Li, S. Mladenovic, S. Mudry, A. Navrotsky, O. Ostrovski, W.-Ch. Pilgrim, 
M. Pirdashti, J.-F. Wax, M. Zinigrad
Москва
ФГБУ «Издательство «Наука»
© Российская академия наук, 2024
© Редколлегия журнала “Расплавы” 
     (cоставитель), 2024

РАСПЛАВЫ 
2024, № 6, с. 579–580 
С О Д Е Р Ж А Н И Е
Коррозия стали ЭП-823 (16Х12МВСФБР) в условиях высокотемпературной  
обработки ОЯТ
Карфидов Э.А., Никитина Е.В., Мазанников М.В., Потапов А.М., Дедюхин А.Е. 
581
Термическая стабильность и электрофизические свойства оксидных  
вольфрамовых бронз, полученных электролизом расплавов
Семерикова О.Л., Косов А.В., Гришенкова О.В., Щелканова М.С. 
596
Хлорированный графит как положительный электрод алюминий-ионных  
источников тока с электролитом 1-этил-3-метилимидазолхлорид/хлорид алюминия
Дружинин К.В., Кукин А.С., Балакин К.Ю. 
609
Кластерная структура никеля и его сплавов с хромом  в жидком состоянии
Тягунов А.Г., Барышев Е.Е., Тягунов Г.В., Зайцева Н.А., Мушников В.С. 
624
Исследование кинематической вязкость и удельного электросопротивления  
износостойких чугунов ИЧХ28Н2 и ИЧ300Х25Ф4 в жидком состоянии
Синицин Н.И., Чикова О.А., Потапов М.Г., Цепелев В.С., Вьюхин В.В. 
633
Кинетика электровосстановления фторцирконатов во фторидных расплавах
Филатов А.А. 
643
Кинетика электровосстановления циркония на вольфраме во фторидных расплавах
Филатов А.А. 
653
Получение разбавленных растворов трихлоридов редкоземельных металлов  
хлорированием их оксидов в расплавленной эквимольной смеси NaCl-KCl
Колобов А.Ю., Потапов А.М., Хохлов В.А. 
663
Растворимость оксидов редкоземельных элементов в хлоридных,  
хлоридно-фторидных и фторидных расплавах щелочных и щелочноземельных металлов
Жук С.И., Власов М.И. 
676
К юбилею Закирьяновой И.Д. 
695
Памяти Красикова С.А. 
697
 

CONTENTS
Corrosion of EP-823 steel (16Kh12MVSFBR) under conditions of high-temperature  
processing of spent fuel
Karfidov E.A., Nikitina E.V., Mazannikov M.V., Potapov A.M., Dedyukhin A.E. 
581
Thermal stability and electrophysical properties of oxide tungsten bronzes produced  
by electrolysis of melts
Semerikova O.L., Kosov A.V., Grishenkova O.V., Shchelkanova M.S. 
596
Chlorinated graphite as positive electrode for aluminium-ion batteries with  
1-ethyl-3-methylimidazolium chloride/aluminium chloride electrolyte
Druzhinin K.V., Kukin A.S., Balakin K.Yu. 
609
Cluster structure of nickel and its alloys with chromium in the liquid state
Tyagunov A.G., Baryshev E.E., Tyagunov G.V., Zaitseva N.A., Mushnikov V.S. 
624
Study of kinematic viscosity and specific electrical resistance of wear-resistant  
cast irons IChKh28N2 and ICh300Kh25F4 in liquid state
Sinitsyn N.I., Chikova O.A., Potapov M.G., Tsepelev V.S., Vyukhin V.V. 
633
Kinetics of electroreduction of fluorozirconates in fluoride melts
Filatov A.A. 
643
Kinetics of electroreduction of zirconates on tungsten in fluoride melts
Filatov A.A. 
653
Preparation of dilute solutions of rare earth metal trichlorides by chlorination  
of their oxides in a molten NaCl-KCl equimolar mixture
Kolobov A.Yu., Potapov A.M., Khokhlov V.A. 
663
Solubility of rare earth oxides in chloride, chloride-fluoride and fluoride melts of alkali  
and alkaline earth metals
Zhuk S.I., Vlasov M.I. 
676
On the anniversary of Zakiryanova I.D. 
695
In memory of Krasikov S.A. 
697
 

РАСПЛАВЫ 
2024, № 6, с. 581–595 
УДК 620.193.5
КОРРОЗИЯ СТАЛИ ЭП823 (16Х12МВСФБР)  
В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ ОЯТ
© 2024 Э. А. Карфидов, Е. В. Никитина, М. В. Мазанников,  
А. М. Потапов, А. Е. Дедюхин
Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, Екатеринбург, Россия
*E-mail: neekeetina@mail.ru
Поступила в редакцию 16.08.2023 г.
После доработки 06.04.2024 г.
Принята к публикации 01.08.2024 г.
Изучено коррозионное поведение стали ЭП-823 при высокотемпературной 
обработке (ВТО) азотом. Установлено, что в азоте при температурах 650–800°С 
сталь подвергается лишь незначительной поверхностной коррозии. Показано, 
что происходит незначительное изменение поверхностного состава и структуры 
стали, не оказывающее существенного влияния на процессы переработки модельного отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Показано, что на поверхности материала протекают процессы взаимодействия некоторых электроотрицательных компонентов ферритно-мартенситной стали с компонентами газовой фазы – азотом 
и примесным кислородом с образованием включений нитридных и оксидных соединений хрома и марганца различного стехиометрического состава. Процесс лимитируется диффузией этих компонентов из объема сплава на поверхность. Скорости 
коррозии стали ЭП-823 при температурах 650 и 800°С составили при 12 –часовой 
выдержке 0.104 и 0.241 мм/год, а при 84-часовой выдержке 0.013 и 0.02 мм/год 
соответственно. Характер разрушения поверхности образцов сплошной неравномерный, отчетливо наблюдается локализация коррозии на границах зерен стали, 
что связано с образованием вторичных фаз вдоль границ зерен. В процессе  ВТО 
происходит значительная сенсибилизация стали, по границам зерен наблюдается 
цепочечное выделение вторичных фаз, что приводит к развитию межкристаллитной коррозии. Сделаны выводы об изменении структуры материала в ходе высокотемпературного воздействия и определен характер коррозионного поражения 
материала; на основании результатов рентгенофлуоресцентного анализа сделаны 
выводы о составе продуктов коррозии стали ЭП-823.
Ключевые слова: сталь ЭП-823, высокотемпературная обработка азотом, коррозия, нитриды марганца и хрома
DOI: 10.31857/S0235010624060014
Существенная проблема процесса высокотемпературной обработки (ВТО) ОЯТ –
возможное взаимодействие с газовой фазой не только нитрида урана, но и оболочки ТВЭЛа, для которой используется сталь ЭП 823. Необходимо изучить взаимодействие данного материала с газовой фазой, а также проанализировать, влияют 
ли образующиеся продукты взаимодействия компонентов оболочки с газовой фазой 
на состав ОЯТ, что может усложнить его переработку.
Тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) в реакторах на быстрых нейтронах изготовлены из жаропрочной, высоколегированной стали ЭП-823, которая обладает 

КАРФИДОВ и др.
Таблица 1. Химический состав стали ЭП-823 (TУ 14-131-1126-2013), мас. %.
C
S
P
Mn
Сr
Si
Ni
Fe
0.14–0.18
≤0.01
≤0.015
0.5–0.8
10–12
1.0–1.3
0.5–0.8
остаток
V
B
Mo
Nb
Ti
W
Ce
Al
0.2–0.4
≤0.006
0.6–0.9
0.2–0.4
0.01
0.5–0.8
≤0.10
≤0.02
ферритно-мартенситной структурой твердого раствора и является стойкой к радиационному распуханию.
Согласно TУ 14-131-1126-2013, сталь ЭП-823 (16Х12МВСФБР) имеет химический состав, приведенный в таблице 1. Содержание титана, азота и алюминия 
должно составлять не более 0.05%. При условии соответствия всем требованиям 
ТУ допускаются отклонения по химическому составу – по сере и фосфору ± 0.005%, 
по никелю ±0.05%.
Сортамент исследуемой стали – труба особо тонкостенная, типоразмер 9×0.8 
(диаметр 9 мм, толщина стенки трубы 0.8 мм). Образцы для коррозионных 
исследований представляли собой кольца высотой 3–4 мм, нарезка осуществлялась холодным механическим способом, площадь образцов составляла от 2.0 
до 2.5 см2, как рекомендовано в [2–3]. Каждый образец шлифовали и полировали до достижения шероховатости поверхности не более 0.4 мкм по параметру Ra 
с использованием системы пробоподготовки Struers. Перед ВТО образцы были 
обезжирены, промыты дистиллированной водой, этиловым спиртом, высушены 
и взвешены [1–3].
Образцы в исходном состоянии имеют блестящую полированную поверхность 
серого цвета без рисок и царапин (рис. 1а).
Эксперименты по изучению взаимодействия стали ЭП-823 с газовой средой [4] 
и продуктов их взаимодействия применительно к технологической операции извлечения уран-нитридного топлива были проведены при температурах 650 и 800 °С. 
Время испытаний составило 12 и 84 часа. При испытаниях длительностью 12 часов 
в ряде экспериментов внутрь кольца из стали была помещена таблетка прессованного мононитрида урана (UN). В ходе эксперимента происходило взаимодействие 
образца с непрерывно подаваемым в систему газообразным азотом, таблетка нитрида 
частично осыпалась сквозь отверстие в алундовой подставке (рис. 2). Конструкция 
помещена в защитный чехол из диоксида циркония, стабилизированного оксидом 
иттрия (рис. 2).
(а)
(б)
(в)
Рис. 1. Внешний вид образцов: а) до испытаний, б) после выдержки 12 часов при температуре 650○С 
в атмосфере азота, в) после выдержки 12 часов при температуре 800○С в атмосфере азота.

 
КОРРОЗИЯ СТАЛИ ЭП-823 (16Х12МВСФБР)  
583
1
4
2
3
5
Рис. 2. Изображение конфигурации расположения исследуемого образца.
1 – Исследуемый цилиндрический образец стали ЭП-823; 2 – таблетка из мононитрида урана; 3 – сквозное 
отверстие в алундовой подставке; 4 – защитный чехол из стабилизированного оксидом иттрия диоксида 
циркония; 5 – алундовая подставка цилиндрической формы.
Время эксперимента начинали отсчитывать с момента нагрева печи до рабочей 
температуры.
Для изучения механизма взаимодействия стали ЭП-823 с исследуемой газовой 
фазой использовали микрорентгеноспектральный анализ поверхности и шлифов, 
рентгенофлуоресцентный, термогравиметрический и металлографический анализы, 
также была определена микротвердость.
КОРРОЗИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ СТАЛИ ЭП-823
Термогравиметрический анализ
Для оценки скорости коррозии выполнены термогравиметрические испытания 
коррозионной устойчивости стали в атмосфере азота в течение 12 и 84 ч.
Результаты гравиметрического анализа представлены в таблицах 2 и 3.
По результатам данных гравиметрического взвешивания (табл. 2 и 3), можно 
отметить, что скорость коррозии при 800°C выше в 1.5–2 раза, чем при 650°С.
Состояние поверхности исследуемых образцов после коррозионных испытаний 
существенно изменяется [5–6]. Несмотря на то, что образец после экспериментов 
в атмосфере азота при температуре 650°С сохранил металлический блеск, на его 
поверхности появились очаги локальной коррозии в виде пятен округлой формы 
с размером от десятых долей мм до ~2 мм и цветом, изменяющимся от светло-серого 
до темного серого оттенка.
На образцах, выдержанных при температуре 800°С, обнаружена сплошная пленка 
продуктов коррозии, закономерно, что поверхностная пленка с увеличением температуры формируется более активно [5–8].

КАРФИДОВ и др.
Таблица 2. Гравиметрические показатели образцов стали ЭП-823 после 12-ти часовой выдержки 
Начальная 
масса, г
Т, оС
Скорость 
коррозии, 
 
г/(м2ч)
Глубинные 
показатели, 
мм/год
Среднее значение 
глубинного 
показателя,  
мм/год
Масса 
после 
обработки 
азотом, г
Среднее 
значение 
скорости 
коррозии, г/(м2ч)
1.0030
1.0040
0.180
0.225
1.0125
1.0133
0.153
0.192
1.0887
1.0898
0.174
0.218
1.0288
1.0298
0.171
0.214
800
0.192±0.004
0.241±0.005
1.0689
1.0698
0.141
0.177
1.0019
1.0028
0.144
0.181
0.7971
0.7988
0.380
0.476
1.0636
1.0639
0.056
0.071
0.9605
0.9609
0.074
0.093
1.0425
1.0429
0.089
0.112
650
0.083±0.002
0.104±0.002
1.1788
1.1795
0.102
0.127
1.0023
1.0027
0.087
0.108
0.9787
0.9794
0.122
0.153
1.0138
1.0141
0.049
0.062
Таблица 3. Гравиметрические показатели образцов стали ЭП-823 после 84-часовой выдержки
Температура, 
оС
Скорость 
коррозии,  
г/(м2ч)
Глубинные 
показатели, 
мм/год
Среднее значение 
скорости коррозии, 
г/(м2ч)
Среднее значение 
глубинного 
показателя, мм/год
0.0165
0.0206
800
0.0160±0.0008
0.020±0.001
0.0159
0.0199
0.0157
0.0196
0.0101
0.0126
650
0.0103±0.0005
0.013±0.006
0.0111
0.0139
0.0097
0.0121
На рис. 3 представлены СЭМ-изображения поверхности образцов стали ЭП-823 
после 12-часовой выдержки при 650 и 800°С.
На основании данных микрорентгеноспектрального анализа можно сделать вывод 
о том, что на поверхности стали формируется слой, состоящий в основном из соединений марганца и хрома. Поверхность образца, выдержанного при 800°С, имеет ярко 
выраженную развитую равномерно распределенную структуру, а также большее содержание марганца и хрома на поверхности, относительно стали, испытанной при 650 °С.

 
КОРРОЗИЯ СТАЛИ ЭП-823 (16Х12МВСФБР)  
585
(а)
(б)
10 мкм
10 мкм
Рис. 3. Морфология поверхности образцов ЭП-823 после выдержки 12 ч: а – при 650°С, б – при 800°С.
Микрорентгеноспектральный анализ шлифов поперечного сечения
На рис. 4 представлены СЭМ-изображения и элементное картирование поперечного шлифа образцов, выдержанных 12 часов при температуре 650 и 800°С. 
Оксидный слой образца, испытанного при 650°С, имеет очаговый вид, хаотично 
распределенный по поверхности с толщиной до 3 мкм (рис. 4а).
(а)
O
Zn
0.31
Mn
17.93
1.99
Спектр
1
2
3
14.68
0.76
0.00
0.00
0.00
0.00
0.35
Si
0.18
0.77 
2.53
3.26
2.47
2.49
2.57
2.34
2.74
2.39
2.63
2.67
2.56
V
0.20
0.79
0.79
0.46
0.49
0.42
0.22
0.44
0.35
0.26
0.38
0.32
0.36
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Cr
13.48
39.20
19.46
11.71
11.10
10.95
11.05
10.74
10.79
11.02
10.94
10.90
10.93
0.34
0.66
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0.00
0.00
0.00
0.00
Ni
0.00
0.00
0.00
0.00
0.72
0.65
0.56
0.90
0.74
0.70
0.58
0.58
0.51
Fe
12.17
1.20
11.91
76.43
84.16
83.75
84.08
83.95
83.05
84.64
84.52
84.49
84.43
55.73
55.71
49.96
7.38
1.05
1.74
1.52
1.63
1.99
1.00
0.95
1.04
1.22
4 мкм
(б)
13.12
20.54 2.17
1.73
2.59
O
Zn
Mn
Fe
Si
V
Cr
Ni
50.31 0.24
0.54 21.02 24.72
2.87
0.00
0.00 0.00
0.00
0.00
10.15
10.71
0.39
0.37
0.36
0.39
0.30
52.92 0.50
0.41 23.83 17.43
4.90
2.02
 61.24
0.51
0.41
84.21
0.54
85.62
84.60
0.52
0.71
85.30
0.74
0.00
0.00
10.49
0.28
0.68
0.66
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
84.12
10.60
10.22
10.68
84.70
0.61
85.15
0.46
82.83
84.57
0.48
2.54
0.00
0.00
83.61
0.37
10.49
10.31
10.25
10.29
10.37
10.71
10.77
10.47
10.34
10.43
83.86
83.43
0.72
0.74
0.70
0.39
2.60
2.38
2.44
1.51
1.30
1.50
2.50
1.15
2.45
3.59
2.53
1.35
2.43
2.39
1.76
2.35
1.99
2.44
2.72
2.34
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Спектр
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
5 мкм
Рис. 4. Морфология шлифов образцов, выдержанных 12 часов при: а – 650°С, б – 800°С.

КАРФИДОВ и др.
При этом слой, образующийся при температуре 800 °С, формируется равномерно 
по поверхности и имеет толщину 1.5—1.7 мкм. (рис. 4б).
Из полученных данных можно сделать вывод, что исходный почти инертный 
газ – азот, несмотря на свою высокую чистоту 99.9998%, приводит к образованию 
на поверхности слоя продуктов коррозии.
Наиболее активно поверхность обогащается марганцем, наличие которого в поверхностном (оксидном) слое становится в среднем 16.3 ат. %, в то время как в подповерхностном слое (как и в исходном материале) его содержание составляет не более 2 ат. %.
Также поверхность обогащается хромом, содержание которого в среднем 22 ат. %, 
в то время как в исходном материале его концентрация 10.7 ат. % (табл. 4).
Основные процессы, протекающие на поверхности образца, можно описать 
уравнениями следующих реакций:
 
Mn + 1/2O2 = MnO 
(1)
 
Cr + 1/2O2 = CrO 
(2)
На изображениях поверхности образцов после взаимодействия с газовой 
фазой нет видимых изменений. На рис. 5 и 6 представлено распределение элементов по объему оксидного слоя для образцов, выдержанных при 650 и 800 °С, 
соответственно.
В приповерхностном слое наблюдается резкое увеличение концентрации таких 
элементов как кислород, хром и марганец. В свою очередь, образующийся поверхТаблица 4. Результаты микрорентгеноспектрального анализа образцов ЭП-823 после выдержки 
в течение 12 ч
650°С
800°С
Элемент
Мас. %
Ат. %
Элемент
Мас. %
Ат. %
C 
3.38
9.82
O 
17.71
41.16
O 
15.95
34.77
Na 
1.48
2.40
F 
1.33
2.44
Al 
0.36
0.49
Na 
1.14
1.73
Si 
0.35
0.46
Al 
0.45
0.59
Cl 
0.87
0.91
Si 
0.45
0.56
K 
0.21
0.20
Cl 
0.69
0.68
V 
0.56
0.41
V 
4.96
3.39
Cr 
29.11
20.82
Cr 
21.85
14.66
Mn 
25.83
17.48
Mn 
24.48
15.55
Fe 
23.53
15.67
Fe 
25.32
15.81
Общее
100.00
Общее
100.00

 
КОРРОЗИЯ СТАЛИ ЭП-823 (16Х12МВСФБР)  
587
Наложение
5 мкм
5 мкм
Наложение
5 мкм
5 мкм
O Ka1
Mn Ka1
5 мкм
5 мкм
O Ka1
Mn Ka1
5 мкм
5 мкм
Fe Ka1
Cr Ka1
5 мкм
5 мкм
Fe Ka1
Cr Ka1
5 мкм
5 мкм
Si Ka1
C Ka2
5 мкм
5 мкм
Si Ka1
C Ka2
50 мкм
5 мкм
Рис. 5. Распределение элементов у поверхности 
образца стали ЭП-823, выдержанного при температуре 650оС в течение 12 часов.
Рис. 6. Распределение элементов на шлифе по 
- 
перечного сечения образца стали ЭП-823, выдержанного при температуре 800оС в течение 12 часов.
ностный слой не содержит железа, и в нем практически отсутствует кремний. Присутствие кремния и углерода обусловлено составом применяемой токопроводящей 
смолы для создания шлифов.
Результаты данных ренгенофлуоресцентного анализа не противоречат сделанной 
ранее гипотезе о составе формирующегося слоя продуктов коррозии.
Кроме того, в ряде снятых рентгенофлуоресцентных спектров образцов, 
выдержанных при 800 °С, присутствовали стехиометрические пики U и с увеличенным содержанием кремния.