PROBLEMAS DE MATERIAIS NA ÁREA NUCLEAR 27/08/2013 ABNER DA COSTA ASSIS ENGENHEIRO DE PRODUTO
PROPRIEDADES GERAIS E ESPECIAIS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS NUCLEARES Propriedades Gerais: Resistência mecânica Ductilidade Integridade estrutural Conformabilidade Usinabilidade Corrosão
Propriedades de transferência de calor Estabilidade térmica Compatibilidade Disponibilidade e custo
Propriedades Especiais Propriedades neutrônicas Radioatividade induzida Estabilidade à irradiação Interação química e interdifusão de partículas
Propriedades de Elementos Metálicos de Aplicação Estrutural
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS NUCLEARES Combustível Nuclear Estruturais Moderadores Absorvedores Refrigerantes Blindagem
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.
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
ANGRA 2/3 Dispositivo de Retenção: 8 molas helicoidais Bocal Superior: Material: DIN 1.4541 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
Parafuso rebaixado do TG Angra 2 Luva da Grade de Angra 1
AÇOS INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO (AISI 304, 304L, CF3 e DIN 1.4541) 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.
CONTROLE EM AÇOS INOXIDÁVEIS: 1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA 2. PROPRIEDADES MECÂNICAS 3. FERRITA DELTA (δ) 4. TAMANHO DE GRÃO 5. RESISTÊNCIA À CORROSÃO INTERCRISTALINA
1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA 304 304L CF3 1.4541 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 - - - 5 x %C até 0,70 Nitrogênio max. 0,10 max. 0,10 - -
SPACER GRIDS AÇO INOXIDÁVEL COBALTO 60
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
2. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS INOXIDÁVEIS Limite de Resistência a Tração Limite de Escoamento Alongamento 304 304L CF3 1.4541 Mínimo 515 MPa Mínimo 205 MPa Mínimo 40% Mínimo 485 MPa Mínimo 170 MPa Mínimo 40% Mínimo 448 MPa Mínimo 207 MPa Mínimo 35% 500-750 N/mm 2 Mínimo 200 N/mm 2 Mínimo 35%
3. FERRITA DELTA (δ) AÇO INOXIDÁVEL Diagrama pseudobinário da liga Fe-Cr-Ni, com teor de Fe fixado em 70%
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
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 %
SPACER GRIDS AÇO INOXIDÁVEL Determinação metalográfica da % de ferrita delta
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
Padrões ASTM para tamanho de grão dos aços
5. SENSITIZAÇÃO CORROSÃO INTERGRANULAR Faixa de Temperatura: 420 e 870ºC
Curvas de sensitização relacionando temperatura, tempo e teor de carbono
Aço 304 Estrutura Solubilizada Estrutura Sensitizada
SOLUÇÃO: Regenerando um aço sensitizado; Utilizando aços com baixo teor de carbono ( L ); Utilizando aços estabilizados ao Ti (AISI 321) ou Nb (AISI 347).
ENSAIO DE RESISTÊNCIA À CORROSÃO INTERCRISTALINA verificar suscetibilidade à corrosão intergranular 1 Confecção do Corpo de Prova
2 Limpeza do CP 3 Atacar o CP eletroliticamente 4 Dobramento do CP 5 Verificação do aparecimento de trincas ou outras descontinuidades
CP após ensaio de resistência à corrosão intercristalina
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