Uno de los problemas metalúrgicos más graves y una de las principales preocupaciones en la industria nuclear es el agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC). El agrietamiento por corrosión bajo tensión resulta de la acción combinada de una tensión de tracción aplicada y un entorno corrosivo., ambas influencias son necesarias. El SCC es un tipo de corrosión por ataque intergranular que se produce en los límites del grano bajo tensión de tracción. Tiende a propagarse a medida que la tensión abre grietas que están sujetas a corrosión, que luego se corroen aún más, debilitando el metal al agrietarse aún más. Las grietas pueden seguir trayectorias intergranulares o transgranulares y, a menudo, existe una tendencia a la ramificación de las grietas. El comportamiento de falla es característico del de un material frágil, aunque la aleación de metal es intrínsecamente dúctil. El SCC puede provocar una falla repentina inesperada de las aleaciones de metales normalmente dúctiles sometidas a un esfuerzo de tracción, especialmente a temperaturas elevadas. El SCC es químicamente muy específico en el sentido de que es probable que ciertas aleaciones se sometan a SCC solo cuando se exponen a una pequeña cantidad de entornos químicos.
Ver también: Dureza a la fractura
Los medios más eficaces para prevenir el SCC en los sistemas de reactores son:
- diseñando correctamente
- reduciendo estrés
- eliminar especies ambientales críticas como hidróxidos, cloruros y oxígeno
- evitando áreas estancadas y grietas en intercambiadores de calor donde el cloruro y el hidróxido pueden concentrarse.
El agrietamiento por corrosión bajo tensión puede causar, por ejemplo, una falla de la barra de combustible nuclear después de cambios de potencia inapropiados, movimiento de la barra y arranque de la planta . Ciertos aceros inoxidables austeníticos y aleaciones de aluminio se agrietan en presencia de cloruros y grietas de acero dulce en presencia de álcalis (agrietamiento en caldera). Los aceros de baja aleación son menos susceptibles que los aceros de alta aleación, pero están sujetos a SCC en agua que contiene iones de cloruro. Sin embargo, las aleaciones a base de níquel no se ven afectadas por los iones cloruro o hidróxido. Un ejemplo de una aleación a base de níquel que es resistente al agrietamiento por corrosión bajo tensión es inconel.
Referencia especial: Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Agrietamiento por corrosión bajo tensión como mecanismo de falla de combustible
El revestimiento evita que los productos de fisión radiactivos escapen de la matriz de combustible al refrigerante del reactor y lo contaminen. Hay varias causas fundamentales de las fallas de combustible , que se han identificado en el pasado. En las primeras fechas de las operaciones de PWR y BWR, estas causas eran predominantemente defectos de fabricación o desgaste. Una de las posibles causas es también la interacción entre pellets y revestimiento (PCI), que puede ser causada por el agrietamiento por corrosión bajo tensión. El agrietamiento por corrosión bajo tensión puede causar, por ejemplo, una falla de la barra de combustible nuclear después de cambios inapropiados de potencia, movimiento de la barra y arranque de la planta.
En condiciones de funcionamiento nominales, la temperatura de los pellets se sitúa en unos 1000 ° C en el centro y entre 400 y 500 ° C en la periferia. En caso de un aumento importante de la potencia, la temperatura en el centro del pellet aumenta bruscamente (> 1.500 ° C, o incluso> 2.000 ° C). En este caso, una diferencia en las expansiones térmicas entre la vaina de combustible y los pellets de combustible provoca un aumento de la tensión en la vaina de combustible. La falla del combustible PCI es causada por el agrietamiento por corrosión bajo tensión en la superficie interior del revestimiento, que resulta de los efectos combinados de la expansión de los pellets de combustible (especialmente en las grietas radiales de los pellets y la presencia de un ambiente de producto de fisión agresivo (especialmente yodo gaseoso).). Se encuentra que tal falla ocurre, experimentalmente, después de un tiempo de retención de uno a unos pocos minutos, a niveles altos de potencia sostenidos.
Referencia especial: CEA, División de Energía Nuclear. Combustibles nucleares, ISBN 978-2-281-11345-7
- Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
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