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Em um estudo previamente demonstrado no Journal of Nuclear Materials, aço inoxidável austenítico recém-fabricado com precipitados de NbC em nanoescala uniformemente distribuídos (ARES-6) e aço inoxidável 316 convencional foram examinados sob irradiação de íons pesados. O comportamento pós-inchaço foi analisado para comparar os benefícios do ARES-6.
Estudo: Resistência ao inchamento do aço inoxidável austenítico com precipitados de NbC em nanoescala uniformemente distribuídos sob irradiação de íons pesados. Crédito da imagem: Parilov/Shutterstock.com
Os aços inoxidáveis ​​austeníticos (SS) são comumente usados ​​como componentes internos fabricados em reatores de água leve modernos, onde são expostos a altos fluxos de radiação.
A alteração na morfologia dos aços inoxidáveis ​​austeníticos após a captura de nêutrons afeta negativamente parâmetros físicos como o endurecimento por radiação e a decomposição térmica. Ciclos de deformação, porosidade e excitação são exemplos de evolução microestrutural induzida por radiação comumente encontrados em aços inoxidáveis ​​austeníticos.
Além disso, o aço inoxidável austenítico está sujeito à expansão a vácuo induzida por radiação, o que pode levar à destruição potencialmente letal de componentes do núcleo do reator. Portanto, inovações em reatores nucleares modernos com maior vida útil e produtividade exigem o uso de conjuntos complexos que possam suportar níveis mais elevados de radiação.
Desde o início da década de 1970, muitos métodos têm sido propostos para o desenvolvimento de materiais radioativos. Como parte dos esforços para melhorar a eficiência da radiação, o papel dos principais aspectos da elasticidade de expansão no vácuo tem sido estudado. Mesmo assim, como os aços inoxidáveis ​​austeníticos com alto teor de níquel são muito suscetíveis à fragilização por radiação devido à deformação das gotículas de hélio, os aços inoxidáveis ​​com baixo teor de austenita não conseguem garantir proteção adequada contra corrosão em condições corrosivas. Existem também algumas limitações para melhorar a eficiência da radiação ajustando a configuração da liga.
Outra abordagem consiste em incluir diversas características microestruturais que podem atuar como pontos de drenagem para falhas pontuais. O sumidouro pode contribuir para a absorção de defeitos intrínsecos induzidos por radiação, retardando a formação de buracos e círculos de deslocamento criados pelo agrupamento de vacâncias e lacunas.
Numerosas discordâncias, minúsculos precipitados e estruturas granulares têm sido propostos como absorvedores que poderiam melhorar a eficiência da radiação. O projeto conceitual de velocidade dinâmica e diversos estudos observacionais revelaram os benefícios dessas características microestruturais na supressão da expansão de vazios e na redução da separação de componentes induzida por radiação. No entanto, a lacuna se fecha gradualmente sob a influência da radiação e não desempenha completamente a função de um ponto de drenagem.
Os pesquisadores produziram recentemente aço inoxidável austenítico com uma proporção comparável de precipitados de carboneto de nióbio em nanoescala uniformemente dispersos na matriz, utilizando um processo industrial de fabricação de aço que mais tarde foi denominado ARES-6.
Espera-se que a maioria dos precipitados forneça sítios de absorção suficientes para defeitos intrínsecos à radiação, aumentando assim a eficiência de radiação das ligas ARES-6. No entanto, a presença de precipitados microscópicos de carbeto de nióbio não proporciona as propriedades de resistência à radiação esperadas com base na estrutura.
Portanto, o objetivo deste estudo foi testar o efeito positivo de pequenas partículas de carbeto de nióbio na resistência à expansão. Os efeitos da taxa de dose relacionados à longevidade de patógenos em nanoescala durante o bombardeio com íons pesados ​​também foram investigados.
Para investigar o aumento da lacuna, uma liga ARES-6 recém-produzida, com nanocarbetos de nióbio uniformemente dispersos, foi submetida a um bombardeio de íons de níquel de 5 MeV em aço industrial. As conclusões a seguir são baseadas em medições de inchamento, estudos de microestrutura por microscopia eletrônica nanométrica e cálculos de resistência a quedas.
Dentre as propriedades microestruturais do ARES-6P, a alta concentração de precipitados de carbeto de nióbio nanoestruturado é o principal fator responsável pelo aumento da elasticidade durante o inchamento, embora a alta concentração de níquel também contribua. Devido à alta frequência de deslocamentos, o ARES-6HR apresentou uma expansão comparável à do ARES-6SA, sugerindo que, apesar do aumento da resistência da estrutura do tanque, o deslocamento no ARES-6HR, por si só, não é suficiente para proporcionar um local de drenagem eficaz.
Após o bombardeio com íons pesados, a natureza quase-cristalina em nanoescala dos precipitados de carbeto de nióbio é destruída. Como resultado, ao utilizar a instalação de bombardeio com íons pesados ​​empregada neste trabalho, a maioria dos patógenos preexistentes em amostras não irradiadas se dissipou gradualmente na matriz.
Embora se espere que a capacidade de drenagem do ARES-6P seja três vezes maior que a da chapa de aço inoxidável 316, o aumento medido na expansão é de aproximadamente sete vezes.
A dissolução dos precipitados de nanocarbeto de nióbio após a exposição à luz explica a grande discrepância entre a resistência ao inchamento esperada e a real do ARES-6P. No entanto, espera-se que os nanocristais de carbeto de nióbio sejam mais duráveis ​​em taxas de dose mais baixas, e a elasticidade de expansão do ARES-6P deverá ser significativamente melhorada no futuro, em condições normais de usina nuclear.
Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., & AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., & AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Chon, K., Eom, HJ, Jang, K., & Al-Musa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., & AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., & AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Chon, K., Eom, HJ, Jang, K., & Al-Musa, N. (2022).Resistência ao inchamento do aço inoxidável austenítico com precipitados de NbC de tamanho nanométrico uniformemente distribuídos sob irradiação com íons pesados. Journal of Nuclear Materials. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311522001714?via%3Dihub.
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