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Tesis

Determinación de la Temperatura Crítica para el inicio de Rotura diferida inducida por hidruros en aleación Excel

2018



TesistaEdgar Rolando IBAÑEZ
Ingeniero Forestal - Universidad Nacional de Misiones - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
DirectoresDr. Lucio María Emilio PONZONI. CNEA, UNTREF - Argentina
Dra. María Evangelina DE LAS HERAS. CNEA - Argentina
Lugar de realizaciónDivisión Hidrógeno en Materiales - Departamento Estructura y Comportamiento - Gerencia Materiales -  Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Fecha Defensa02/03/2018
JuradoDr. Manuel IRIBARREN.   CNEA, UNSAM - Argentina
Mag. Martín Rodolfo LEMES LAPASTA.   CNEA - Argentina
Dr. Juan Ignacio MIEZA.   CNEA, UNSAM - Argentina
CódigoITS/TM 186/18

Título completo

Determinación de la Temperatura Crítica para el inicio de Rotura diferida inducida por hidruros en aleación EXCEL

Resumen

La Rotura Diferida Inducida por Hidruros (RDIH) se produce, comúnmente, en los materiales formadores de hidruros, como el circonio y sus aleaciones. El circonio es utilizado para fabricar componentes de los reactores nucleares tipo CANDU, tales como los tubos de presión (TP). Durante el servicio, los TP son proclives a sufrir RDIH. Entre los factores empleados para evaluar este fenómeno se encuentran: Velocidad de Propagación (VP), Temperatura Crítica (Tc) y Factor Umbral de Tensión (KIH).

La aleación empleada actualmente en los TP de las centrales CANDU, entre las que se encuentra la Central Nuclear Embalse (CNE), es Zr-2,5Nb y trabaja con presiones de 10 MPa y un rango de temperaturas entre 523 K - 573 K  (250ºC-300ºC). Los futuros reactores CANDU de IV generación trabajarían con presiones y temperaturas mayores (10 MPa; 374 ºC), superando las condiciones de diseño de los actuales TP de Zr-2,5 Nb. La aleación denominada EXCEL, fue desarrollada por AECL como una aleación alternativa del Zr-2,5 Nb para condiciones más severas de trabajo. Ensayos preliminares indicarían que la aleación EXCEL posee mejores propiedades mecánicas respecto a la aleación Zr-2,5 Nb para su utilización en TP. De esta forma, la aleación EXCEL se presenta como candidata para ser empleada en los TP de los futuros reactores CANDU de IV generación.

En el presente trabajo se determinó por enfriamiento, la Temperatura crítica (TC), y la Velocidad de propagación (VP) axial y radial, en la aleación EXCEL con diferentes concentraciones de hidrógeno y tratado térmico a 750°C durante 0,5 h, a fin de evaluar su comportamiento frente al fenómeno de RDIH. Los ensayos se realizaron en una máquina de peso muerto con probetas Compact Curved Toughness (CCT) para VP axial y en una máquina de viga en voladizo con probetas Single Edge Notch (SEN) para la VP  radial. Los resultados obtenidos muestran que la aleación EXCEL tiene una TC menor y VP mayor en la condición metalúrgica estudiada respecto a la aleación Zr-2,5 Nb.

Complete Title

Determination of the critical temperature for the initiation of the hydride induced delayed cracking in the EXCEL alloy

Abstract

Delayed Hydride Cracking (DHC) is commonly produced in hydride-forming materials such as zirconium and its alloys; which are used to make components of CANDU nuclear reactors, such as pressure tubes (PT). During service, the PTs are prone to DHC, a phenomenon that is evaluated by the following parameters: Velocity of Propagation (VP), Critical Temperature (Tc) and Threshold Stress Intensity Factor Threshold (KIH)

The alloy currently used for the PTs in CANDU plants, as is the case of Central Nuclear Embalse (CNE), is Zr-2.5Nb, which works with pressures of 10 MPa and a temperature range between 523K and 573K. The future IV-generation CANDU reactors are expected to work at higher pressures and temperatures (221 atm, 374 °C), exceeding the design conditions of the current Zr-2.5 Nb PTs. The EXCEL alloy was developed by AECL as an alternative alloy of Zr-2,5 Nb for more severe working conditions. Preliminary tests have shown that EXCEL has better mechanical properties with respect to Zr-2,5Nb for its use as PT. In this way, the EXCEL alloy is regarded as a candidate to be used in the PTs of future IV-generation CANDU reactors.

In the present work, the critical temperature (TC) and the axial and radial propagation velocities (VP) were determined by cooling in EXCEL with different hydrogen concentrations and a previous heat treatment at 750 °C for 0.5 h, in order to evaluate its behavior against DHC. The tests were performed on a dead-weight machine with Compact Curved Toughness for axial VP and on a KIH solenoid valve for radial VP. The results showed that EXCEL has a lower TC and higher VP in the metallurgical condition studied with respect to Zr-2.5 Nb.

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