Estudo comparativo de juntas soldadas por feixe de elétrons dos aços inoxidáveis 304L e lean duplex UNS S32304 em componentes de combustível nuclear - Freire, Carlos José de Moraes (2022)
A célula de combustível nuclear é formada por uma estrutura mecânica capaz de acondicionar um conjunto de varetas herméticas e tubos contendo compostos de material físsil e elementos controladores das reações. Embora o elemento combustível de um reator de potencia seja projetado para uma vida útil relativamente curta, após sua utilização ele deverá ser estocado em condições controladas por longos períodos, devendo manter a integridade estrutural e a hermeticidade das varetas, daí a importância de preservar a estabilidade mecânica e resistência aos processos de corrosão desses componentes. Os aços inoxidáveis austeníticos tipo 304L apresentam excelente resistência à corrosão combinando baixo limite de escoamento com alta resistência a tração e bom alongamento e soldabilidade, por isso, embora tenha o nível de resistência ao escoamento, relativamente baixo no estado recozido, são amplamente utilizados por vários anos para aplicações estruturais nesses elementos. Nos últimos anos, porém, temse verificado ocorrências de acentuado aumento do risco em componentes acondicionados em piscinas de armazenamento de combustível gasto, com incidentes causados por falhas estruturais do sistema de fixação e sustentação dessas células, seja devido à corrosão ou à formação e propagação de trincas e falhas mecânicas. Os aços austeníticos 304L quando processados tem suas propriedades afetadas pelas transformações martensíticas induzidas pela deformação, além do efeito da exposição às condições de trabalho do núcleo do reator. Ultimamente, aços inoxidáveis duplex, isto é, aços cuja composição química associada a adequados processos de fabricação promovem uma microestrutura equilibrada, combinando cerca de 50% de austenita e 50% de ferrita, tem demonstrado ser uma alternativa viável e econômica aos aços austeníticos clássicos, garantindo maiores limites de resistência mecânica combinada com mais elevada resistência à corrosão em meios agressivos, sugerindo uma proposta interessante para a substituição gradativa daqueles materiais. Nesse estudo analisouse o comportamento de juntas de canto (ângulo de 90º sem preparação adicional) de chapas de aço inoxidável 304 L e Lean Duplex UNS S32304 soldadas por feixes de elétrons com taxas similares de energia em condições de alto vácuo. Os conjuntos resultantes foram submetidos a análise da estrutura metalográfica e distribuição de microcomponentes ao longo do corte transversal da região da solda, também realizouse uma avaliação das alterações no perfil de dureza da seção transversal da solda e do metal de base e do comportamento quanto à corrosão por polarização anódica para identificação do potencial de passivação e de transpassivação dos sistemas. De posse desses resultados fezse a análise comparativa dos materiais e das juntas soldadas, quando o aço Lean Duplex analisado se mostrou uma alternativa tecnicamente viável para a aplicação em componentes e instalações de centrais nucleares. Considerando as condições de fabricação, aplicação e armazenamento do combustível nuclear, o ambiente de conservação desses componentes no pós uso e em observância as normas de segurança, o aço duplex UNS S32304 demonstrou características e propriedades que o habilitam a novos estudos explorando esse material na fabricação de componentes e na montagem de instalações mecânicas de reatores e usinas termonucleares.