The austenitic stainless steel AISI 316 L(N) IG is used as structural material for the main ITER in-vessel components. When neutron fluences increase, as in DEMO in-vessel components, it is not possible to use AISI 316, which is subject to strong activation due to its high nickel content. Ferritic/martensitic steels with reduced activation properties as Eurofer97 which keep good thermo-mechanical properties and good dimensional stability under irradiation (i.e. resistance to swelling), must be envisaged. Reduced activation 9%Cr ferritic/martensitic steels (RAFM) steels have higher thermal conductivity, lower coefficient of thermal expansion, lower susceptibility to SCC (Stress Corrosion Cracking), better resistance against neutron irradiation damage and reduced swelling under irradiation compared with austenitic stainless steels. However RAFM steels have limitation due to high corrosion rates, low creep strength at high temperatures, and radiation embrittlement at low temperature. In the present paper is showed the current status about the uniform corrosion and SCC of RAFM steels in pressurized water for fusion applications. The paper reports the weight loss because of corrosion of RAFM steels. Proper water chemistry control is able to suppress SCC in irradiated Eurofer97.

L'acciaio inossidabile austenitico AISI 316 L(N) IG è utilizzato come materiale strutturale per i principali componenti in-vessel di ITER. Quando i flussi neutronici aumentano come nei componenti in vessel di DEMO, non è possibile utilizzare l’AISI 316, in quanto è soggetto a forte attivazione a causa dell'elevata presenza di Nichel. Devono essere previsti acciai ferritici/martensitici ad attivazione ridotta come l’Eurofer97 che mantengono buone proprietà termo-meccaniche e stabilità dimensionale sotto irraggiamento (i.e. resistenza al rigonfiamento). Gli acciai ferritici/martensitici con 9%Cr a ridotta attivazione (RAFM) hanno una più elevata conducibilità termica, più basso coefficiente di espansione termica, una più bassa suscettibilità alla tensocorrosione, migliore resistenza al danneggiamento neutronico e ridotto rigonfiamento da irraggiamento rispetto agli acciai inossidabili austenitici. Tuttavia gli acciai ferritici/martensitici hanno delle limitazioni dovute agli alti tassi di corrosione, bassa resistenza al creep alle alte temperature e infragilimento da irraggiamento a basse temperature. In questo lavoro viene messo in evidenza lo stato dell’arte circa la corrosione generalizzata e la corrosione sotto tensione degli acciai ferritici/martensitici in acqua pressurizzata per applicazioni fusionistiche. Il documento riporta la perdita di peso a causa della corrosione degli acciai ferritici/martensitici RAFM. Un adeguato controllo della chimica dell'acqua è in grado di sopprimere il verificarsi della corrosione sotto tensione in un acciaio tipo Eurofer97 sottoposto ad irraggiato neutronico.

Corrosion resistance of RAFM steels in pressurized water for nuclear fusion applications

De Meis, Domenico
2017-03

Abstract

L'acciaio inossidabile austenitico AISI 316 L(N) IG è utilizzato come materiale strutturale per i principali componenti in-vessel di ITER. Quando i flussi neutronici aumentano come nei componenti in vessel di DEMO, non è possibile utilizzare l’AISI 316, in quanto è soggetto a forte attivazione a causa dell'elevata presenza di Nichel. Devono essere previsti acciai ferritici/martensitici ad attivazione ridotta come l’Eurofer97 che mantengono buone proprietà termo-meccaniche e stabilità dimensionale sotto irraggiamento (i.e. resistenza al rigonfiamento). Gli acciai ferritici/martensitici con 9%Cr a ridotta attivazione (RAFM) hanno una più elevata conducibilità termica, più basso coefficiente di espansione termica, una più bassa suscettibilità alla tensocorrosione, migliore resistenza al danneggiamento neutronico e ridotto rigonfiamento da irraggiamento rispetto agli acciai inossidabili austenitici. Tuttavia gli acciai ferritici/martensitici hanno delle limitazioni dovute agli alti tassi di corrosione, bassa resistenza al creep alle alte temperature e infragilimento da irraggiamento a basse temperature. In questo lavoro viene messo in evidenza lo stato dell’arte circa la corrosione generalizzata e la corrosione sotto tensione degli acciai ferritici/martensitici in acqua pressurizzata per applicazioni fusionistiche. Il documento riporta la perdita di peso a causa della corrosione degli acciai ferritici/martensitici RAFM. Un adeguato controllo della chimica dell'acqua è in grado di sopprimere il verificarsi della corrosione sotto tensione in un acciaio tipo Eurofer97 sottoposto ad irraggiato neutronico.
The austenitic stainless steel AISI 316 L(N) IG is used as structural material for the main ITER in-vessel components. When neutron fluences increase, as in DEMO in-vessel components, it is not possible to use AISI 316, which is subject to strong activation due to its high nickel content. Ferritic/martensitic steels with reduced activation properties as Eurofer97 which keep good thermo-mechanical properties and good dimensional stability under irradiation (i.e. resistance to swelling), must be envisaged. Reduced activation 9%Cr ferritic/martensitic steels (RAFM) steels have higher thermal conductivity, lower coefficient of thermal expansion, lower susceptibility to SCC (Stress Corrosion Cracking), better resistance against neutron irradiation damage and reduced swelling under irradiation compared with austenitic stainless steels. However RAFM steels have limitation due to high corrosion rates, low creep strength at high temperatures, and radiation embrittlement at low temperature. In the present paper is showed the current status about the uniform corrosion and SCC of RAFM steels in pressurized water for fusion applications. The paper reports the weight loss because of corrosion of RAFM steels. Proper water chemistry control is able to suppress SCC in irradiated Eurofer97.
RAFMS;SCC;Uniform corrosion;DEMO;Eurofer97
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