10.14489/td.2025.05.pp.044-055

2025, 05 май (May)

DOI: 10.14489/td.2025.05.pp.044-055

Тришкина И. А., Федосов Д. А., Сторожева Е. И.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТАНТАЛА ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ХЛОРСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ
(с. 44-55)

Аннотация. Приведены результаты исследования состава, структуры и механических свойств тантала после эксплуатации в течение 6 лет в хлорсодержащей среде химической промышленности. Сделан вывод о достаточной коррозионной стойкости, статической и циклической прочности, высокой пластичности и ударной вязкости тантала. Результаты исследования металла устройства впрыска (форсунки) показали, что повреждения танталовых труб были обусловлены перегревом металла. С помощью энергодисперсионного анализа (ЭДА) исследовано изменение химического состава тантала по толщине стенки трубы после эксплуатации. Установлено, что при перегреве увеличение содержания кислорода в исследуемом металле до 5…8 ат. % (0,56…0,82 мас. %) повлекло за собой повышение твердости в 4,4 раза, микротвердости ‒ в 4,7 раза, снижение работы удара ‒ в 9,8 раза. В результате сериальных испытаний получена немонотонная зависимость работы удара от температуры перегрева, обусловленная протеканием двух взаимно противоположных процессов – увеличением вязкости за счет температурной активации деформационных процессов и снижением вязкости в результате взаимодействия тантала с кислородом. Методами моделирования термических и механических воздействий с применением электронной фрактографии исследованы механизмы разрушения тантала. По сопоставлению соотношения элементов изломов, полученных при эксплуатации и моделировании температурносиловых воздействий в лабораторных условиях, установлено, что разрушение тантала произошло от ударной нагрузки после перегрева до температуры, близкой к 1000 °С. Экспериментальный материал, полученный при моделировании воздействия параметров эксплуатации на танталовые трубы, может быть использован при диагностике элементов технических устройств из тантала, а также определении причин их повреждений.

Ключевые слова: тантал, длительная эксплуатация, коррозионная стойкость, механические свойства, механизмы разрушения.

Trishkina I. A., Fedosov D. A., Storozheva E. I.
INVESTIGATION OF TANTALUM AFTER EXPLOITATION IN CHLORINE-CONTAINING ENVIRONMENTS
(pp. 44-55)

Abstract. The results of the study of the composition, structure and mechanical properties of tantalum after operation for 6 years in a chlorine-containing environment of the chemical industry are presented. It is concluded that tantalum has sufficient corrosion resistance, static and cyclic strength, high ductility and toughness. The results of the metal examination of the injection device (nozzle) showed that the damage to the tantalum pipes was caused by overheating of the metal. Using energy dispersion analysis (EDA), the change in the chemical composition of tantalum along the wall thickness of the pipe after operation was investigated. It was found that during overheating, an increase in the oxygen content in the metal under study to 5…8 % (atomic) / 0,56…0,82 % (weight) resulted in an increase in hardness by 4.4 times, microhardness by 4.7 times, and a decrease in impact performance by 9.8 times. As a result of serial tests, a non-monotonic dependence of the impact operation on the overheating temperature was obtained, due to the course of two mutually opposite processes ‒ an increase in viscosity due to the thermal activation of deformation processes and a decrease in viscosity as a result of the interaction of tantalum with oxygen. The mechanisms of tantalum destruction have been studied by modeling thermal and mechanical effects using electronic fractography. By comparing the ratio of fracture elements obtained during operation and during modeling of temperature and force effects in laboratory conditions, it was found that the destruction of tantalum occurred from shock load after overheating to a temperature close to 1000 °C. The experimental material obtained by modeling the effect of operation parameters on tantalum pipes can be used in the diagnosis of elements of technical devices made of tantalum, as well as determining the causes of their damage.

Keywords: tantalum, longterm operation, corrosion resistance, mechanical properties, destruction mechanisms.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

И. А. Тришкина, Д. А. Федосов, Е. И. Сторожева (АО «Всероссийский научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности» (АО «ВНИКТИнефтехим-оборудование»), Волгоград, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

I. A. Trishkina, D. A. Fedosov, E. I. Storozheva (All-Russian Scientific Research and Design and Technological Institute of Equipment of the Oil Refining and Oil Chemical Industry, Volgograd, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Батраков В. В., Батраков В. П., Пивоварова Л. Н., Соболь В. В. Коррозия конструкционных материалов. Газы и неорганические кислоты: справ. изд.: в 2 кн. Кн. 1. Газы и фреоны. М.: Металлургия, 1990. 344 с.
2. Коррозия и защита химической аппаратуры: справ. Руководство. Т. 6. Производство хлора и его неорганических соединений / под ред. А. М. Сухотина, А. Л. Ла¬бутина. Л.: Химия, 1972. 374 с.
3. Батраков В. В., Батраков В. П., Пововарова Л. Н., Соболь В. В. Коррозия конструкционных материалов. Газы и неорганические кислоты: справ. изд.: в 2 кн. Кн. 2. Неорганические кислоты. М.: Металлургия, 1990. 320 с.
4. Филянд М. А., Семенова Е. И. Свойства редких элементов: справ. изд. М.: Металлургия, 1964. 912 с.
5. Ларионов Р. Е., Масленников О. О. Исследование по усовершенствованию технологии производства слитков тантала методом вакуумно-дуговой плавки // Молодой ученый. 2020. № 18(308). С. 32 ‒ 35.
6. Аниськин М. В., Игнатова О. Н., Каганова И. И. и др. Механические свойства тантала с различной микроструктурой при высокоскоростном деформировании // Физическая механика. 2010. Т. 13, № 4. С. 65 ‒ 71.
7. Шилов В. А. Размерная зависимость электронных свойств нанокластеров тантала // Ядерная физика и инжиниринг. 2024. Т. 15, Вып. 1. С. 98 ‒ 104.
8. Шилов В. А., Бортко Д. В., Борисюк П. В., Васильев О. С. Исследование электронных свойств нанокластеров тантала на кремнии // IX Междунар. конф. «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз-2023: сб. науч. тр. Москва, 28 – 31 марта 2023 г. М.: НИЯУ МИФИ, 2023. С. 420.
9. Шилов В. А., Бортко Д. В., Балахнёв К. М. и др. Эволюция электронных свойств нанокластеров тантала и оксидов тантала различных размеров // X Междунар. конф. «Лазерные, плазменные исследования и технологии» (ЛаПлаз-2024): сб. науч. тр. Москва, 26 – 29 марта 2024 г. М.: НИЯУ МИФИ, 2024. C. 445.
10. Руководство по безопасности «Методические рекомендации о порядке проведения визуального и измерительного контроля»: Утверждено приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) № 8 от 16 января 2024 г. М., 2024.
11. Зеликман А. Н., Коршунов Б. Г., Елютин А. В., Захаров А. М. Ниобий и тантал. М.: Металлургия, 1990. 296 с.
12. Тодт Ф. Коррозия и защита от коррозии: пер. с нем. М.: Химия, 1966. 847 c.
13. Мальцев М. В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1970. 368 с.
14. Карпачев Д. Г., Доронькин Е. Д., Цукерман С. А. и др. Тугоплавкие и редкие металлы и сплавы. М.: Металлургия, 1977. 200 с.

Eng

1. Batrakov V. V., Batrakov V. P., Pivovarova L. N., Sobol' V. V. (1990). Corrosion of structural materials. Gases and inorganic acids: handbook: in 2 books. Book 1. Gases and freons. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]
2. Suhotin A. M., Labutin A. L. (1972). Corrosion and protection of chemical equipment: reference manual. Vol. 6. Production of chlorine and its inorganic compounds. Leningrad: Himiya. [in Russian language]
3. Batrakov V. V., Batrakov V. P., Povovarova L. N., Sobol' V. V. (1990). Corrosion of structural materials. Gases and inorganic acids: handbook: in 2 books. Book 2. Inorganic acids. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]
4. Filyand M. A., Semenova E. I. (1964). Properties of rare elements: handbook. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]
5. Larionov R. E., Maslennikov O. O. (2020). Research on improving the technology of producing tantalum ingots using the vacuum arc melting method. Molodoy uchenyy, 308(18), 32 ‒ 35. [in Russian language]
6. Anis'kin M. V., Ignatova O. N., Kaganova I. I. et al. (2010). Mechanical properties of tantalum with different microstructure under highspeed deformation. Fizicheskaya mekhanika, 13(4), 65 ‒ 71. [in Russian language]
7. Shilov V. A. (2024). Size dependence of electronic properties of tantalum nanoclusters. Yadernaya fizika i inzhiniring, 15(1), 98 ‒ 104. [in Russian language]
8. Shilov V. A., Bortko D. V., Borisyuk P. V., Vasil'ev O. S. (2023). Study of Electronic Properties of Tantalum Nanoclusters on Silicon. IX International Conference "Laser, Plasma Research and Technologies" (LaPlas-2023). Moscow: NIYaU MIFI. [in Russian language]
9. Shilov V. A., Bortko D. V., Balahnev K. M. et al. (2024). Evolution of Electronic Properties of Tantalum and Tantalum Oxide Nanoclusters of Different Sizes. X International Conference "Laser, Plasma Research and Technologies" (LaPlas-2024). Moscow: NIYAU MIFI. [in Russian language]
10. Safety Guide "Methodological recommendations on the procedure for conducting visual and measuring control": Approved by order of the Federal Service for Environmental, Technological and Nuclear Supervision (Rostekhnadzor) No. 8. (2024). Moscow. [in Russian language]
11. Zelikman A. N., Korshunov B. G., Elyutin A. V., Zaharov A. M. (1990). Niobium and tantalum. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]
12. Todt F. (1996). Corrosion and corrosion protection: trans. from German. Moscow: Himiya. [in Russian language]
13. Mal'tsev M. V. (1970). Metallography of industrial non-ferrous metals and alloys. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]
14. Karpachev D. G., Doron'kin E. D., Tsukerman S. A. et al. (1977). Refractory and rare metals and alloys. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/td.2025.05.pp.044-055

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/td.2025.05.pp.044-055

and fill out the form