This work focuses on mechanical properties, susceptibility to liquid metal embrittlement (LME), and erosion-corrosion of alumina-forming steels using a Slow Strain rate testing rig (SSRT) and an Erosion Corrosion-rig (ECO) developed at KTH. The environments investigatedare liquid lead and lead-bismuth eutectic (LBE) intended for use in high-temperature energy applications such as generation IV nuclear power or fast nuclear reactors. The lead and LBEare intended to serve as a heat-transfer medium in the reactor. These higher temperature sand harsher environments put new demands on the construction materials used. The work has been mainly focused on mechanical testing using slow strain rate testing (SSRT) to evaluate susceptibility to LME. However, since other properties, such as oxidation, are intimately intertwined with the LME phenomenon, liquid metal corrosion and erosion are also part of this work. The tested materials include a ferritic FeCrAl steel designated EF100, three alumina-forming austenitic (AFA) steels and an alumina-forming martensitic (AFM) steel. The temperature range of the tests in liquid Pb was 340-600 °C and in LBE 140-600 °C with varying oxygen activities. Microstructure analyses were performed to underst and theunderlying mechanisms responsible for LME. The ferritic EF100 showed excellent performance in liquid Pb, exhibiting no signs of being affected by LME. However, in liquid LBE, it was severely affected by LME. The effects of Bi were investigated by stepwise additions of Bi to pure Pb, and signs of LME were observed already at 3-5 wt.% Bi. The AFM alloy suffered from severe LME in both liquid Pb and LBE, starting at the melting point of the liquid metal. The AFA alloys showed no signs of LME in either liquid Pb or LBE in the temperature range of 350-550 °C and 140-550 °C, respectively. However, above 570 °C, signs of LME were observed in all three alloys. Erosion-corrosion was found to have the largest impact on steels containing Ni (e.g., 316L and AFA 3), while the steels with a higher hardness and that were able to form a protective oxide scale remained largely unaffected (Kanthal AF, APMT, EF100, Alkrothal 14, coated 316L PC/DG, and AFM).

Denna avhandling fokuserar på aluminiumoxidbildande ståls mekaniska egenskaper och deras påverkan av flytande metallförsprödning (LME) i smält bly och bly-vismut eutectiska (LBE) miljöer. Dessa smälta metaller är tänkta att kunnas användning som värmetransportertmedium inom högtemperatur- energiapplikationer så som generation IV kärnkraftsreaktorer. Dessa höga temperaturer och miljöer ställer nya krav på dekonstruktionsmaterial som ska användas. Avhandlingsarbetet har framför allt gått ut på att utvärdera de olika ståltypernas mekaniska egenskaper genom ”Slow strain rate testing” föratt utvärdera effekter av LME- påverkan. Eftersom även andra materialegenskaper spelar också stor roll för hur de de olika ståltyperna beter sig, är både oxidation och erosionskorrosion en del av detta arbete. De undersökta stålen inkluderade ett ferritiskt stål-EF100, tre olika typer av aluminiumoxidbildande autentiska stål-AFA, samt ett martensitiskt stål benämnt AFM. Dessa stål undersöktes inom temperaturintervallet 350-600 °C för blysamt 150-600 °C för LBE. Stålens mikrostrukturer analyserades för att öka förståelsen för de mekanismer som styr LME. Det ferritiska EF100-stålet visade inga tecken av att påverkas av LME i flytande Pb men var dock påverkat av LME in LBE. AFM-stålet betedde sig på ett liknande sätt som AF100-stålet men var påverkat av LME i både flytande Pb och LBE. AFA stålen påverkades varken av LME i Pb eller LBE men visade tecken på LME vid entemperatur av 570 °C. Omfattningen av erosions-korrosion undersöktes också vilken visade sig hastor påverkan hos stål innehållande nickel - Ni (316L och AFA3). Stål med en högre hårdhet och som bilade skyddande ytoxider påverkades väldigt lite (Kanthal AF, APMT, EF100,Alkrothal 14, aluminiumoxid belagd 316L, och AFM).