PROBLEMAS DE MATERIAIS NA ÁREA NUCLEAR

Transcrição

1 PROBLEMAS DE MATERIAIS NA ÁREA NUCLEAR 27/08/2013 ABNER DA COSTA ASSIS ENGENHEIRO DE PRODUTO

2 PROPRIEDADES GERAIS E ESPECIAIS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS NUCLEARES Propriedades Gerais: Resistência mecânica Ductilidade Integridade estrutural Conformabilidade Usinabilidade Corrosão

3 Propriedades de transferência de calor Estabilidade térmica Compatibilidade Disponibilidade e custo

4 Propriedades Especiais Propriedades neutrônicas Radioatividade induzida Estabilidade à irradiação Interação química e interdifusão de partículas

5 Propriedades de Elementos Metálicos de Aplicação Estrutural

6 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS NUCLEARES Combustível Nuclear Estruturais Moderadores Absorvedores Refrigerantes Blindagem

7 MATERIAIS ESTRUTURAIS baixa seção de choque de absorção de nêutrons; alta resistência mecânica e ductilidade; alta estabilidade térmica; alta estabilidade à irradiação; baixa radioatividade induzida; boas propriedades de transferência de calor; alta resistência à corrosão.

8 ANGRA 1 Conjunto de Retenção: 4 feixes de 3 molas de lâminas Bocal Superior: Material: AISI 304 Conexão com o TG: Soldado Grade Superior: Material: Inconel 718 Tubo de Instrumentação: Material:Zirlo Tubo Guia: Tubo, Material : Zirlo Tampão, Material: Zircaloy-4 Vareta Combustível: Tubo, Material: Zirlo Tampão, Material: Zircaloy-4 Grade Intermediaria 2-7: Inconel 718 Grade Inferior: Inconel 718 Conexão com o TG: Aparafusado Bocal Inferior: Material: AISI 304

9 ANGRA 2/3 Dispositivo de Retenção: 8 molas helicoidais Bocal Superior: Material: DIN Conexão com o TG: Aparafusado Grade Superior: Material: HPA-4 Tubo Guia: Vareta Combustível: Grades Espaçadora 2-8: Material: PCAm-M Tampão Terminal, Material: Zry-4 Tubo, Material: M5 Tampão Terminal, Material: Zry-4 Material: HPA-4 Grade Inferior: Material: Inconel 718 Conexão com o TG: Bocal Inferior: Aparafusado Material: AISI 304L

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11 Parafuso rebaixado do TG Angra 2 Luva da Grade de Angra 1

12 AÇOS INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO (AISI 304, 304L, CF3 e DIN ) podem ser endurecidos por trabalho a frio; podem ser facilmente soldados; possuem alta ductilidade; possuem elevada resistência à corrosão; são adequados para trabalho a elevadas temperaturas; são adequados para trabalho a baixas temperaturas; não são magnéticos.

13 CONTROLE EM AÇOS INOXIDÁVEIS: 1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA 2. PROPRIEDADES MECÂNICAS 3. FERRITA DELTA (δ) 4. TAMANHO DE GRÃO 5. RESISTÊNCIA À CORROSÃO INTERCRISTALINA

14 1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA L CF Carbono max. 0,08 max. 0,03 max. 0,03 max. 0,08 Manganês max. 2,00 max. 2,00 max. 1,50 max. 2,00 Fósforo max. 0,045 max. 0,045 max. 0,04 max. 0,045 Enxofre max. 0,03 max. 0,03 max. 0,04 max. 0,015 Silício max. 0,75 max. 0,75 max. 2,00 max. 1,00 Cobalto max. 0,05 max. 0,03 max. 0,05 max. 0,03 Níquel 8,00-12,00 8,00-12,00 8,00-12,00 9,00-12,00 Cromo 18,00-20,00 18,00-20,00 17,00-21,00 17,00-19,00 Ferro Remanescente Remanescente Remanescente Remanescente Titânio x %C até 0,70 Nitrogênio max. 0,10 max. 0,10 - -

15 SPACER GRIDS AÇO INOXIDÁVEL COBALTO 60

16 SPACER GRIDS AÇO INOXIDÁVEL COBALTO 60 % de Co 0,03 Reduzir a formação do Isótopo Cobalto 60 Razão: Saúde ocupacional Reduzir a dose de radiação dos trabalhadores

17 2. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS INOXIDÁVEIS Limite de Resistência a Tração Limite de Escoamento Alongamento L CF Mínimo 515 MPa Mínimo 205 MPa Mínimo 40% Mínimo 485 MPa Mínimo 170 MPa Mínimo 40% Mínimo 448 MPa Mínimo 207 MPa Mínimo 35% N/mm 2 Mínimo 200 N/mm 2 Mínimo 35%

18 3. FERRITA DELTA (δ) AÇO INOXIDÁVEL Diagrama pseudobinário da liga Fe-Cr-Ni, com teor de Fe fixado em 70%

19 Benefícios: Melhora resistência a trinca de solidificação Inconvenientes: Reduz a tenacidade Diminui as propriedades de corrosão Permeabilidade magnética da solda Formação de fases intermetálicas em trabalhos a altas temperaturas

20 TESTE PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE FERRITA DELTA Avaliação qualitativa: através de micrografia e comparação com foto padrão 1 Preparação de CP 2 Passe cego de solda (sem adição de material) 3 Preparação da amostra 4 Ataque com MURAKAMI 5 Avaliação com ampliação de 1000x Critérios: 4 a 8 %

21 SPACER GRIDS AÇO INOXIDÁVEL Determinação metalográfica da % de ferrita delta

22 4. TAMANHO DE GRÃO Critério de Aceitação Tamanho de grãos nº 4 ou grãos menores (Método Comparativo) 1 Retirada da amostra 2 Preparação da amostra 3 Ataque eletrolítico 4 Comparar através da imagem metalográfica

23 Padrões ASTM para tamanho de grão dos aços

24 5. SENSITIZAÇÃO CORROSÃO INTERGRANULAR Faixa de Temperatura: 420 e 870ºC

25 Curvas de sensitização relacionando temperatura, tempo e teor de carbono

26 Aço 304 Estrutura Solubilizada Estrutura Sensitizada

27 SOLUÇÃO: Regenerando um aço sensitizado; Utilizando aços com baixo teor de carbono ( L ); Utilizando aços estabilizados ao Ti (AISI 321) ou Nb (AISI 347).

28 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À CORROSÃO INTERCRISTALINA verificar suscetibilidade à corrosão intergranular 1 Confecção do Corpo de Prova

29 2 Limpeza do CP 3 Atacar o CP eletroliticamente 4 Dobramento do CP 5 Verificação do aparecimento de trincas ou outras descontinuidades

30 CP após ensaio de resistência à corrosão intercristalina

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