PROBLEMAS DE MATERIAIS NA ÁREA NUCLEAR

ABNER DA COSTA ASSIS

ENGENHEIRO DE PRODUTO

27/08/2013

PROBLEMAS DE MATERIAIS NA ÁREA NUCLEAR

ABNER DA COSTA ASSIS

ENGENHEIRO DE PRODUTO

27/08/2013

PROPRIEDADES GERAIS E ESPECIAIS NA SELEÇÃO DEMATERIAIS 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 lâminasBocal Superior: Material: AISI 304Conexão 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: AparafusadoBocal Inferior: Material: AISI 304

ANGRA 2/3

Dispositivo de Retenção: 8 molas helicoidaisBocal Superior: Material: DIN 1.4541Conexão com o TG: Aparafusado

Grade Superior: Material: HPA-4

Tubo Guia: Material: PCAm-MTampão Terminal, Material: Zry-4

Vareta Combustível: Tubo, Material: M5Tampão Terminal, Material: Zry-4

Grades Espaçadora 2-8: Material: HPA-4

Grade Inferior: Material: Inconel 718

Conexão com o TG: AparafusadoBocal Inferior: Material: AISI 304L

AÇO INOXIDÁVEL

AÇO INOXIDÁVEL

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

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.

AÇO INOXIDÁVEL

AÇO INOXIDÁVEL

CONTROLE EM AÇOS INOXIDÁVEIS:

1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA

2. PROPRIEDADES MECÂNICAS

3. FERRITA DELTA (δ)

4. TAMANHO DE GRÃO

5. RESISTÊNCIA À CORROSÃO INTERCRISTALINA

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 - -

AÇO INOXIDÁVEL

1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA

SPACER GRIDS AÇO INOXIDÁVEL

COBALTO 60

SPACER GRIDS AÇO INOXIDÁVEL

% de Co ≤0,03 – Reduzir a formação do Isótopo Cobalto 60

Razão:

Saúde ocupacional – Reduzir a dose de radiação dostrabalhadores

COBALTO 60

304 304L CF3 1.4541

Limite de Resistência a Tração Mínimo

515 MPa

Mínimo

485 MPa

Mínimo

448 MPa

500 - 750

N/mm2

Limite de Escoamento Mínimo

205 MPa

Mínimo

170 MPa

Mínimo

207 MPa

Mínimo 200

N/mm2

Alongamento Mínimo

40%

Mínimo

40%

Mínimo

35%

Mínimo

35%

2. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS INOXIDÁVEIS

AÇO INOXIDÁVEL

AÇO INOXIDÁVEL

3. FERRITA DELTA – (δ)

Diagrama pseudobinário da liga Fe-Cr-Ni, com teor de Fe fixado em 70%

AÇO INOXIDÁVEL

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

AÇO INOXIDÁVEL

TESTE PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE FERRITA DELTA

Avaliação qualitativa: através de micrografia e comparação comfoto 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 1000xCritérios: 4 a 8 %

SPACER GRIDS AÇO INOXIDÁVEL

Determinação metalográfica da % de ferrita delta

AÇO INOXIDÁVEL

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

AÇO INOXIDÁVEL

Padrões ASTM para tamanho de grão dos aços

AÇO INOXIDÁVEL

5. SENSITIZAÇÃO ↔ CORROSÃO INTERGRANULAR

Faixa de Temperatura: 420 e 870ºC

AÇO INOXIDÁVEL

Curvas de sensitização relacionando temperatura, tempo e teor de carbono

AÇO INOXIDÁVEL

Aço 304 – Estrutura Solubilizada Estrutura Sensitizada

AÇO INOXIDÁVEL

SOLUÇÃO:

• Regenerando um aço sensitizado;

• Utilizando aços com baixo teor de carbono (“L”);

• Utilizando aços estabilizados ao Ti (AISI 321) ou Nb (AISI 347).

AÇO INOXIDÁVEL

ENSAIO DE RESISTÊNCIA À CORROSÃO INTERCRISTALINA –

verificar suscetibilidade à corrosão intergranular

1 Confecção do Corpo

de Prova

AÇO INOXIDÁVEL

2 Limpeza do CP

3 Atacar o CP eletroliticamente

4 Dobramento do CP

5 Verificação do aparecimento de trincas ou outras descontinuidades

AÇO INOXIDÁVEL

CP após ensaio de resistência à corrosão intercristalina

abner@inb.gov.br

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