O termo recozimento térmico refere-se a um tratamento térmico no qual um material é exposto a uma temperatura elevada por um período de tempo prolongado e depois resfriado lentamente. Este processo altera as propriedades físicas e às vezes químicas de um material para aumentar sua ductilidade e reduzir sua dureza, tornando-o mais trabalhável. Nesse processo, os átomos migram na rede cristalina e o número de discordâncias diminui, levando a uma mudança na ductilidade e dureza. O metal se livra das tensões e torna a estrutura do grão grande e com bordas macias, de modo que, quando o metal é atingido ou estressado, ele amassa ou talvez entorta, em vez de quebrar. Normalmente, o recozimento é realizado para aliviar tensões, aumentar a maciez, a ductilidade e a tenacidade; e/ou produzir uma microestrutura específica.
Geralmente, em aços carbono simples, o recozimento produz uma microestrutura ferrita-perlita. Os aços podem ser recozidos para facilitar o trabalho ou usinagem a frio, para melhorar as propriedades mecânicas ou elétricas ou para promover a estabilidade dimensional. Os aços estruturais mais comuns produzidos possuem uma microestrutura mista ferrita-perlita. Suas aplicações incluem vigas para pontes e arranha-céus, placas para navios e barras de reforço para estradas. Esses aços são relativamente baratos e são produzidos em grandes tonelagens.
Qualquer ciclo de recozimento consiste em três estágios:
- aquecimento à temperatura desejada,
- segurando ou “embebendo” nessa temperatura,
- resfriamento, geralmente à temperatura ambiente.
O tempo e a temperatura de recozimento são parâmetros importantes nesses procedimentos. Especialmente a temperatura alvo define o ciclo térmico de recozimento.
Recozimento de vaso de pressão do reator
O corpo do vaso do reator é construído em aço carbono de baixa liga de alta qualidade e todas as superfícies que entram em contato com o refrigerante do reator são revestidas com um mínimo de cerca de 3 a 10 mm de aço inoxidável austenítico para minimizar a corrosão.
Durante a operação de uma usina nuclear, o material do vaso de pressão do reator e o material de outros componentes internos do reator são expostos à radiação de nêutrons (especialmente a nêutrons rápidos > 0,5 MeV), o que resulta em fragilização localizada do aço e soldas no área do núcleo do reator. Esse fenômeno, conhecido como fragilização por irradiação, resulta em:
- Aumente constantemente o DBTT. Não é provável que o DBTT se aproxime da temperatura operacional normal do aço. No entanto, existe a possibilidade de que, quando o reator estiver sendo desligado ou durante um resfriamento anormal, a temperatura caia abaixo do valor DBTT enquanto a pressão interna ainda estiver alta.
- Queda na energia de fratura da prateleira superior. Os efeitos da radiação também se manifestam por uma queda na energia de fratura da prateleira superior e diminuição da tenacidade à fratura.
Todos esses efeitos devem ser monitorados pelos operadores da planta. Portanto, os reguladores nucleares exigem que um programa de vigilância do material do vaso do reator seja conduzido em reatores de potência refrigerados a água.
Uma vez que um material de RPV é degradado por fragilização por radiação (por exemplo, aumento significativo na temperatura de transição dúctil-frágil Charpy ou redução da tenacidade à fratura), o recozimento térmico do RPV é a única maneira de recuperar as propriedades de tenacidade do material RPV.
De acordo com 10 CFR 50.66 – Requisitos para recozimento térmico do vaso de pressão do reator:
“Para os reatores de energia nuclear de água leve onde a radiação de nêutrons reduziu a tenacidade à fratura dos materiais do vaso do reator, um recozimento térmico pode ser aplicado ao vaso do reator para recuperar a tenacidade à fratura do material.”
O recozimento térmico (método “seco”) do vaso de pressão do reator é um método pelo qual o vaso de pressão (com todos os internos do reator removidos) é aquecido até uma certa temperatura (geralmente entre 420 – 460 °C) pelo uso de uma fonte de calor externa ( aquecedores elétricos, ar quente), mantidos por um determinado período (por exemplo, 100 – 200 horas) e depois resfriados lentamente. O equipamento de recozimento é geralmente um forno em forma de anel com elementos de aquecimento em sua superfície externa. A potência de saída dos aquecedores instalados pode atingir até 1 MWe. Foi demonstrado que, para os materiais especialmente fabricados, a prateleira superior recuperou 100% após 24 horas de recozimento e mais rapidamente do que a temperatura de transição. O recozimento por 168 horas recuperou 90% da mudança de temperatura de transição.
Recozimento úmido
Existe também a possibilidade do chamado método de recozimento “úmido” que foi aplicado nos EUA e na Bélgica. O recozimento nessa temperatura ~340 °C foi alcançado sem aquecimento externo, mas pelo aumento da temperatura do líquido de arrefecimento obtido pela energia das bombas de circulação do circuito primário. Este tipo de recozimento proporciona apenas uma recuperação parcial do material devido à limitação da temperatura máxima.
Referência Especial: Recozimento e re-fragilização de materiais de vasos de pressão do reator. relatório AMES N.19; ISSN 1018-5593. Comunidades Européias, 2008.
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