High resolution dilatometry and differential scanning calorimetry studies in a low activation steel neutronic F82H for nuclear fusion applications
- 1. Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), General San Martín, Buenos Aires (Argentina) Centro Atómico Constituyentes (CAC) Gerencia de Materiales
Description
One of the most promising, and at the same time, challenging group of technologies in the field of power generation is that related to controlled nuclear fusion. In a fusion reactor operated by magnetic confinement (of which the first tested model was known as Tokamak), deuterium-tritium plasmas at millions of degree C must be produced and controlled by using intense magnetic fields, within toroidal shaped, high vacuum chambers that act as a first containment barrier. From the standpoint of physical metallurgy and materials science, the experimental development of fusion devices implies a strong challenge for structural materials, due to the very hostile environmental conditions they are forced to cope with. The so-called reduced activation ferritic-martensitic steels (R.A.F.M's) are the first candidates foreseen for manufacturing some structural components of these reactors (first wall and breeding blanket). In this contribution we analyze samples of the R.A.F.M. F82H steel. The as-received metallurgical state of the material was normalized at 1040 ºC, 38' and tempered at 740 ºC, 60'. Specimens were tested by two different dynamical techniques, i.e., differential scanning calorimetry (DSC) and high-resolution dilatometry. In both cases, the same thermal cycles were applied in order to detect the austenite-martensite phase transformation under continuous cooling at different rates. Starting from the experimental data and with the aid of simple mathematical models, curves of transformed phase fraction and their respective temporal derivatives were obtained as a function of temperature for this particular alloy. On the other hand, a metallographic characterization of the samples obtained after tests was carried out in both cases using optical and scanning electron microscopy techniques. The experimental curves and the calculated ones as for transformed fraction evidenced, with both techniques, the martensite transformation splitting phenomenon at low cooling rates. (author)
Abstract (Spanish)
Uno de los grupos de tecnologías más prometedoras y, al mismo tiempo, ambiciosas en el campo de la generación de energía, es el de las relacionadas con el control de la fusión nuclear y el aprovechamiento de la energía liberada en este proceso. En los reactores de fusión por confinamiento magnético (de los cuales el primer modelo ensayado fue el conocido como Tokamak) deben producirse y controlarse plasmas de deuterio/tritio calentados a millones de grados centígrados y campos magnéticos intensos generados por imanes superconductores, dentro de cámaras de alto vacío de forma toroidal actuando como primera barrera de contención. Desde el punto de vista de la metalurgia física y de la ciencia de los materiales, este desarrollo experimental pone a prueba las características físicas y las propiedades de los materiales involucrados en la construcción de los componentes de estos dispositivos, debido a las condiciones hostiles de trabajo de los mismos. En particular, los aceros martensíticos-ferríticos de activación reducida (R.A.F.M.´s por sus siglas en inglés) son fuertes candidatos para la construcción de algunos componentes de estos reactores (primera pared de confinamiento y manto reproductor). En esta contribución se analizan muestras de la aleación F82H, un acero perteneciente al grupo R.A.F.M. Las mismas fueron extraídas de una placa previamente normalizada a una temperatura de 1040ºC por 38 minutos y revenida a 750ºC por 60 minutos (condición de recepción). Los especímenes fueron ensayados mediante dos técnicas dinámicas diferentes, dilatometría de alta resolución -con un dilatómetro Bähr modelo DIL 805-A- y calorimetría diferencial de barrido (DSC) mediante un calorímetro Setaram LABSYS-EVO. Se aplicaron sobre los especímenes ciclos térmicos específicamente diseñados para detectar la transformación de fase (austenita-martensita) bajo enfriamiento continuo a diversas velocidades. A partir de las curvas experimentales y con ayuda de modelos matemáticos simples se obtuvieron curvas de fracción de fase transformada y sus respectivas derivadas temporales en función de la temperatura para esta aleación en particular. Por otra parte, se realizó una caracterización metalográfica de las muestras obtenidas en los ensayos a partir de técnicas de microscopía óptica y electrónica de barrido. Las curvas experimentales obtenidas luego de los ensayos y las calculadas en cuanto a fracción de fase transformada evidenciaron, con ambas técnicas, el fenómeno de desdoblamiento de la transformación martensitica a bajas velocidades de enfriamiento. (author)Files
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Additional titles
- Original title (Spanish)
- Estudios de dilatometría de alta resolución y calorimetría diferencial de barrido en un acero de baja activación neutrónica F82H para aplicaciones en fusion nuclear
Publishing Information
- Publisher
- AATN
- Imprint Place
- Buenos Aires (Argentina)
- Imprint Title
- XLIII Annual meeting of the Argentine Association of Nuclear Technology (AATN 2016)
- Imprint Pagination
- vp.
- Journal Page Range
- 11 p.
- Report number
- INIS-AR-C--1909
Conference
- Title
- 43. Annual meeting of the Argentine Association of Nuclear Technology: Nuclear Energy in the Climate Change. Before It's too late
- Original Conference Title
- AATN 2016: 43. Reunión Anual de la Asociación Argentina de Tecnología Nuclear: La Energía Nuclear en el Cambio Climático. Antes de que sea tarde
- Acronym
- AATN 2016
- Dates
- 21-25 Nov 2016
- Place
- Buenos Aires (Argentina)
INIS
- Country of Publication
- Argentina
- Country of Input or Organization
- Argentina
- INIS RN
- 51100313
- Subject category
- S36: MATERIALS SCIENCE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Conference
- Descriptors DEI
- AUSTENITE; CALORIMETRY; DEUTERIUM; DILATOMETRY; FERRITIC STEELS; MAGNETIC CONFINEMENT; MARTENSITE; MARTENSITIC STEELS; METALLOGRAPHY; PHYSICAL METALLURGY; POWER GENERATION; TOKAMAK DEVICES; TRITIUM
- Descriptors DEC
- ALLOYS; BETA DECAY RADIOISOTOPES; BETA-MINUS DECAY RADIOISOTOPES; CARBON ADDITIONS; CLOSED PLASMA DEVICES; CONFINEMENT; HYDROGEN ISOTOPES; IRON ALLOYS; IRON BASE ALLOYS; ISOTOPES; LIGHT NUCLEI; METALLURGY; NUCLEI; ODD-EVEN NUCLEI; ODD-ODD NUCLEI; PLASMA CONFINEMENT; RADIOISOTOPES; STABLE ISOTOPES; STEELS; THERMAL ANALYSIS; THERMONUCLEAR DEVICES; TRANSITION ELEMENT ALLOYS; YEARS LIVING RADIOISOTOPES
Optional Information
- Notes
- 6 refs., 7 figs., 1 tab. Imprint:XLIII Reuni#Latin Small Letter O With Acute#n Anual de la Asociaci#Latin Small Letter O With Acute#n Argentina de Tecnolog#Latin Small Letter I With Acute#a Nuclear (AATN 2016)