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Tesis

Caracterización del comportamiento de aleaciones de Zr en función de distintos tratamientos termo-mecánicos

2013



Tesista Vanesa Tamara LUPORI
Ingeniera Química - Universidad Nacional de La Plata - Argentina
Especialista en Inspectoría de Hidrocarburos - UTN FR Buenos Aires/YPF - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Directores Dra. Norma MINGOLO, CNEA, UNSAM - Argentina
Dr. Juan Ignacio MIEZA, UNSAM, CNEA - Argentina
Lugar de realizaciónGerencia Materiales - Centro Atómico Constituyentes - Argentina
Fecha Defensa 22/05/2013
Jurado Dr. Ricardo Fortunato BAGGIO, CNEA - Argentina
Lic. Roberto Elías HADDAD ANDALAF, CNEA - Argentina
Ing. Marcelo Fabián LIENDO, CONUAR S.A., UBA - Argentina
Código IS/T 141/13

Título completo

Caracterización del comportamiento de aleaciones de Zr en función de distintos tratamientos termo-mecánicos

Resumen

Los tubos de presión (TP) de las centrales nucleares tipo CANDU, de Zr-2,5Nb, se caracterizan por presentar una microestructura de granos alargados en la fase α-Zr (hcp) según la dirección longitudinal del tubo, los cuales están rodeados por una fase delgada β-Zr (bcc - metaestable). La anisotropía cristalográfica (textura) se evidencia en la orientación preferencial de los cristales con sus polos basales (0002) de la matriz α-Zr mayoritariamente orientados según la dirección tangencial del tubo. Estas características, sumadas a las condiciones de operación (tensiones mecánicas, temperatura y flujo neutrónico) producen cambios dimensionales y en las propiedades mecánico-metalúrgicas del material que pueden reducir la vida útil del componente a través de mecanismos como la Rotura Diferida Inducida por Hidruros (RDIH), el crecimiento por irradiación y el creep (térmico, o por irradiación). Con el objetivo de mejorar el comportamiento de los tubos en servicio, se planteó la modificación de la textura original de los TP con la aplicación de tratamientos termo-mecánicos. Se logró modificar la textura original (mayoritaria en la dirección tangencial) hacia un incremento de la textura en la dirección radial mediante laminación en frío (hasta un 40% de deformación), y hacia un notable incremento en la dirección longitudinal mediante tratamientos térmicos de alta temperatura que involucra un cambio de fase α-β-α, lográndose una distribución prácticamente isótropa de los polos basales en las tres direcciones del tubo (verificando la relación orientación de Burguers entre las fases β bcc y α hcp del Zr). Finalmente se realizaron ensayos de caracterización de los parámetros de interés para la Rotura Diferida Inducida por Hidruros, que son la velocidad de propagación y el factor umbral de intensidad de tensiones KIH, en el tubo en su estado original y el tubo sometido al tratamiento térmico con transformación α->β->α. Los resultados parciales obtenidos indicarían que el cambio de la textura tiene un efecto positivo para disminuir la suceptibilidad a la rotura diferida inducida por hidruros.

Complete Title

Characterization of an Zr-2,5Nb alloys with different thermo-mechanical treatments

Abstract

The microstructure of CANDU pressure tubes (PT) of Zr-2.5Nb alloy, used currently in the nuclear reactors, consist of elongated α-Zr (hcp) phase in longitudinal direction surrounded by a continuous layer of β-Zr (bcc - metastable) phase network. During the fabrication route, PT develops a strong texture, measured by X-ray diffraction, with the normal direction of the (0002) basal plane mainly oriented towards the transverse direction. The anisotropic microstructural characteristics and the service conditions of the PT (temperature, neutron flux, mechanical stress) induce dimensional and mechanical properties changes that may reduce the component life trough Delayed Hydride Cracking (DHC), irradiation growth and creep (thermal or irradiation induced). The objective of this work is to improve the behavior of in service PT modifying the original texture by applying thermo-mechanical treatments. The change of the original PT texture (mainly in the tangential direction) was observed as an increase in the radial direction by cold rolling and important increase in the longitudinal direction by high temperature thermal treatment with a phase change α-β-α. Finally, the materials were characterized by measuring DHC parameters, such as propagation velocity and threshold stress intensity factor KIH in as received PT and in the heat treated (α->β->α) and tempered. Up to this time results show good behavior against DHC in the changed texture material.

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