J.E.N.363Sp ISSN 0001 -3307

ACERO XeCrNi 1811 (1.4S4S)

por

R. R. Solano +

M.Schirra*M. de las Rivas +

B. Seith *

+ Junta de Energía Nuclear. España* Kernforschungszentrum, Karlsruhe. Alemania

JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

MADRID, 1977

CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES

B22SNR REACTORSTEEL-DIN-1-4948STEEL-X6CRNI-1811RUPTURESCREEPTEMPERATURE DEPENDENCEREMPERINGHIGH TEMPERAT.URETIME DEPENDENCEEXTRAPOLATION

Toda correspondencia en relación con este traba-jo debe dirigirse al Servicio de Documentación Bibliotecay Publicaciones, Junta de Energía Nuclear, Ciudad Uni-versitaria, Madrid-3, ESPAÑA.

Las solicitudes de ejemplares deben dirigirse aeste mismo Servicio.

Los descriptores se han'seleccionado del Thesaurodel INIS para describir las materias que contiene este in-forme con vistas a su recuperación. Para más detalles consúltese el informe IAE A-INIS-12 (INIS: Manual de Indiza-ción) y IAEA-INIS-13 (INIS: Thesauro) publicado por el Or-ganismo Internacional de Energía Atómica.

Se autoriza la reproducción de los resúmenes analíticos que aparecen en esta publicación.

Este trabajo se ha recibido para su impresión enNoviembre de 1976.

Depósito legal n° M-40128-1976

Í N D I C E

1. INTRODUCCIÓN

2. MATERIAL ENSAYADO

3. PROGRAMACIÓN Y REALIZACIÓN DE ENSAYOS

4. RESULTADOS

•4.1. Programa de'extrapolación

4.1.1. Tiempo de rotura y tiempo-alargamiento

4.1.2. Comportamiento a la fluencia

4.1.3. Alargamiento y extricciSn en la rotura

4.1.4. Estudio metalográfico • ..

4.2. Programa GRIM

4.3. Programa VDEH . . - . . '

5. EVALUACIÓN ACTUALIZADA DE LA PARTE I DEL PROGRAMA Y DETERMINACIÓN DELAS CONDICIONES DE LA PARTE II DEL PROGRAMA

6. RESUMEN Y CONSIDERACIONES FINALES

1.

1. INTRODUCCIÓN '

Desde.finales de la década de los años sesenta se admitió en

Alemania el acero X6CrNi 1811 para la construcción de calderas, incluso

para operar a temperaturas elevadas. A .causa de su buena soldabilidad

en piezas de grueso espesor constituye, hasta determinadas temperaturas,

una alternativa frente a los austeníticos estabilizados.

Las diferentes propiedades del acero denominado 1.4958, incluí-

do su comportamiento a corto tiempo y en ensayos de larga duración, se

conocen a través de la norma DIN (2) y por los catálogos de los fabri-

cantes (1).

Este acero es el que se ha elegido como material de. estructura

.(para la vasija, tuberías, etc.) en el reactor rápido refrigerado por

sodio, actualmente en periodo de construcción, SNR-300. Su utilización

en la construcción de reactores hace necesaria la realización de numero-

sos ensayos en relación con aplicaciones concretassri han de cumplirse

las exigencias americanas a temperaturas elevadas (3). En especial son

necesarios los ensayos en el campó de la resistencia a la rotura por

fluencia y el comportamiento a la fluencia lenta.

Así, por ejemplo, uno de los puntos.esenciales en el Programa

GRIM (*) lo-1 constituye el efecto de la irradiación en el comportamiento

de ensayos de larga duración, (4-8).. El efecto del sodio sobre las pro-

2.

piedades mecánicas será objeto de un posterior programa de colaboración

entre la Junta de Energía Nuclear española y la Gessellschaft für Kern-

forschuhg de Karlsruhe. • _ - • • .

Otro aspecto parcial de interés es el conocimiento del tiempo de

rotura y el comportamiento en fluencia lenta de los materiales de estruc-

tura para tiempos equivalentes a la vida del reactor (̂ 10^ horas). Pues-

to que esto no es posible experimentalmente, es necesario recurrir a en-

sayos a temperatura elevada y extrapolar los resultados para bajas tempe-

raturas y tiempos prolongados.

Por los motivos expuestos se concibió un programa de estudio

para el acero XBCrNi 1811 (1.49M-8), incluyéndose material soldado, en el

margen de temperaturas de 550 a 650°C y con tiempos de hasta 30.000 horas

("Programa de Extrapolación").

,'•- Este programa se realiza, desde octubre de 1.9_75, dentro del

campo de la colaboración hispano-alemán y en las instalaciones de la Di-

visión de Metalurgia' de la Junta de Energía Nuclear en Madrid. En su pri-

mera fase se dispone de los resultados de ensayos de corta y media dura- .

ción (hasta«v 4.000 horas).

GfK - RCN - IA - Metallinstitul TNO.-

3.

En esta publicación se.presentan los resultados del programa-de

Extrapolación hasta junio de 1.976 y, teniendo en cuenta los datos de

fluencia del Programa GRIM (8) sobre el mismo material, se determinan,

las tensiones'para ensayos de larga duración (hasta 30.000 horas).

También se tuvieron en cuenta los resultados de ensayos sobre

tres coladas del acero X6CrNi 1811 que, a petición de la G.f.K., se rea-

lizaron por la VDEH" en el intervalo de temperaturas de 400-800°C (9).

2. MATERIAL ENSAYADO '.

El material (Programas de Extrapolación y GRIM) fue suministrado

por las Acerías Südwestfallen en planchas de 500 x 1000 x 20 mm bajo la

. referencia n° 231861 (Denominación IA-GW 206). La colada se realizó en

horno eléctrico con la referencia Vacc. 6-12.

En la Tabla I se presenta la composición química y en ella se

dan los resultados del fabricante así como un análisis de control de

Interatom. Asimismo, se incluyen las especificaciones de los principa-

les elementos.

Por confrontación de los resultados puede comprobarse que no

hay diferencias importantes en relación con los-valores-normalizados..

Verein Deutscher Eissenhüttenleute.

Las únicas discrepancias se presentan en el contenido en Boro, entre los

análisis de Interatom y la G.f.K." En el material ensayado en el Progra-

• ma de Extrapolación se acepto el análisis de la G.f.K.., que da para el

Boro un contenido de 2-2,3 ppm. • "

El tratamiento térmico final se realizó por el proveedor y consis-

tió en un recocido de disolución entre 1000-1080°C con posterior enfria-

miento rápido. La microestructura estará representada en la Fig. 1 y es

la que, en lo sucesivo, se denominará como msferial base en estado de

recepción. ' • •

3. REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS Y PROGRAMACIÓN

Los ensayos del Programa de Extrapolación se realizaron sobre'

probetas de' cabeza roscada (Fig. 2a) en máquinas con-un factor de ampli-

ficación de peso 1:15. Las medidas de alargamiento -se realizaron fijan-

do extensimetros de inducción a-unos resaltes situados en los límites dé

la longitud ensayada de la probeta. Estos medidores permiten el regis-

tro continuo de la deformación con una sensibilidad de 1U m (¿0,004%).

El calentamiento se realizó mediante hornos con tres zonas de calefacción

independiente. Con ello .se. consiguió que la temperatura del ensayo fuera

constante a lo largo de la probeta. . Las fluctuaciones durante la duración

' del ensayo fueron +_ 2°C. La medida de la temperatura de ensayo se reali-

zó con tres termopares de Pt/Rh-Pt distribuidos a lo largo de la probeta.

En la Fig. 7 se presenta el montaje de una. posición de ensayo.

5.

El programa fue concebido de forma que, para las tres tempera-,

turas de ensayo, las tensiones den lugar a un solapamiento y los tiempos

máximos de ensayo sean del orden de 30.000 horas (Tabla .3). . Los ensayos

a 550°C, en el material de partida, deben considerarse como ensayos de

control, ya que para esta temperatura existen numerosos ensayos del "pro-

grama GRIM.

El programa de la Fig. 34- se comenzó en octubre de 1.975 con

cinco posiciones de ensayo, en las que se efectuaron los ensayos corres-

pondientes a tiempos esperados de 5.000 horas. Con estos dáDS se eli-

gieron las tensiones de trabajo para los ensayos de larga duración, para

los cuales se emplean 11 posiciones. Se espera finalizar los ensayos de

larga duración a finales de 1.979.o principios de 1.980.

RESULTADOS

H.l. Programa de Extrapolación

El acero utilizado en este trabajo, X6CrNi 1811, presenta unos

valores del límite convencional del 0,2%, en el margen de temperaturas

de 500-750°, entre 11 y 8 kp/mm^ para el material de partida y de 17 a

12 kp/mm^ en las uniones soldadas, como puede apreciarse en la Fig. 5.

Esto quiere decir que en el programa de Extrapolación las tensiones

empleadas a 550 y 600°C y en parte a 650°, conducen al principió del

ensayo a una deformación plástica superior al 0,2%, lo que se traduce

en un endurecimiento del material. .

6.

En la Fig. 8 se representan los valores de deformación instantá-

nea bajo carga E^_," en función de la tensión del ensayo para diferentes

probetas. Ambas rectas siguen la ley de Hook £ = - = — . si se tiene en

cuenta el tramo de deformación elástica y se toma un valor para el modulo

E de 15.000 a 20.000 kp/mm2. Se aprecia claramente que la deformación

instantánea bajo carga aumenta considerablemente cuando la tensión del

ensayo sobrepasa el límite de deformación.

En las probetas soldadas es necesario tener presente el efecto

de la forma de la probeta. En las probetas GRIM, la sección transversal

más pequeña corresponde al cordón de soldadura, por lo que presentan un

mayor límite de deformación. Por el contrario en las probetas de 8 x 50

mm. la longitud ensayada está fundamentalmente constituida por material

base (Fig. 3). •

4.1.1. Tiempo de rotura y tiempo-alargamiento. •

Los tiempos para alcanzar alargamientos límites (0,1 - 5% de

alargamiento en fluencia) y los tiempos de rotura en función de las ten-

siones se representan, para cada una de las temperaturas ensayadas, en

las Figs. 9 y 10, para material base, y en las Figs. 11 a 13 para probe-

tas soldadas, para poder seguir el estado de los- ensayos en un momento

dado. . . • • . • • . - : ' •

La Fig. 14 contiene, análogamente, los resultados a 500° y 700°,

obtenidos en el IMF (GfK) con probetas de 5 x 25 mm (material base).

7.

En las TAblás 4 - 6 , junto a los valores representados en'los

diagramas, se encuentran los tiempos para alargamientos de fluencia del

10%. Los valores para los. .ensayos a 550° en la JEN. con material base) en

la segunda Fase de ensayos ( a partir de junio de 1.976) se determinaron

teniendo en cuenta que, en el programa GRIM, el comportamiento del mate-

rial base ha sido ampliamente estudiado para esta temperatura (Ver Aptdo.

*+• 2.).

Los valores del programa de extrapolación,.correspondientes a

tiempo para alcanzar un alargamiento'límite (0,1 - 10%) corresponden a

fluencia pura, sin contar con el alargamiento instantáneo bajo carga.

Los valores para el alargamiento instantáneo bajo carga£;sel se tratan

separadamente.

Por el contrario, en los resultados de los ensayos de la VDEH,

debido a la técnica empleada, no puede deducirse la parte correspondiente

al alargamiento instantáneo bajo carga de la debida fluencia.-

4.1.2. Comportamiento a la fluencia

El registro continuo, del proceso de fluencia, hasta la fluencia

terciaria, permite estimar con seguridad la velocidad secundaria de fluen-

cia £ S e . Esta magnitud:es significativa, en primera aproximación, en

la aplicación de la ecuación de Norton de forma £ =K.C ,

En las Figs. 15 y 16 se representan,en escala doble logarísmica.»

las velocidades secundarias de fluencia en función de las correspondien-

tes tensiones. En ellas se representan, junto a los valores del programa

de extrapolación, los correspondientes al programa GRIM.• Debido a la .

concepción del programa GRIM sólo una pequeña parte de los ensayos sirve

para la determinación de £ sec.

El estado actual del programa de extrapolación no permite unir

ios valores medidos a cada temperatura mediante una recta de cuya pendien-

te y posición se pudieran determinar las constantes n y K-.

Análogamente, de los datos representados en las Figs. 17 y 18, no

puede obtenerse una consecuencia clara en relación con la dependencia del

tiempo a la rotura tg con la velocidad de fluencia£sec. Ambas magnitu-

des pueden relacionarse, según Monkman y Grant. (10) por medio de la ecua-

ción empírica log tg + m. log g = k. Las constantes m y k pueden obtener-

se de la representación doble logarítmica de las Figs. 17-y 18.

1+.1.3. Alargamiento y estricción en la rotura

En las.Figs. 19 y 20 se representan los valores de alargamiento

y -estricción en función del tiempo a la rotura correspondientes a las

probetas ensayadas. . :. " . ' • . •

Para una estimación de los valores absolutos hay que tener en cuen-

ta siempre la-forma y dimensiones de las probetas, por lo que no son compa-

ratfes los valores con los del programa GRIM. ' • -

9.

Comparando los valores.de alargamiento a la rotura en probetas

soldadas y sin soldar, se aprecia que, a 600° y 650°, los alargamientos

a la rotura de probetas sin soldar.son superiores a los de probetas sol-

dadas. . •

En la Fig. 19 puede comprobarse como el alargamiento a la rotura

es inferior a 700° que a 650° y a 600°. Una posible justificación de'

este deficiente comportamiento a la deformación .a 700° lo proporcionan

los resultados de ensayos de tracción representados en la Fig. 5, en

donde se presenta, a 700°, un mínimo en los valores de estricción a la

rotura.

En las probetas soldadas se aprecia que, generalmente, el alarga-

miento no se produce én la zona soldada sino que, en la longitud'ensayada»

una- parte del alargamiento corresponde al máerial" base más dúctil". Como

se comprueba en la Tabla 5 las probetas soldadas presentan' una estricción.

a ambos lados del cordón de soldadura. • .

•+.1.4. Estudio metalográfico

Los estudios metalográficos realizados hasta el momento, en tanto

lo permite el examen por microscopía óptica,"muestran cambios en la estruc-

tura y él comportamiento de la fractura.

10.

En material base se examinaron probetas ensayadas a 600° y 650°,

algunas de las cuales llegaron a alcanzar .2.200 horas de ensayo. Las

fotomicrografías correspondientes a .la cabeza de la. probeta (Fig. 21)

muestran que no tiene lugar ningún cambio significativo de la estructura-,

como se comprueba comparándolas con las fotomicrografías de la estructura

inicial de la Fig. 1. A mayores aumentos, la probeta ensayada a 650°

durante unas 2.200 horas, muestra la iniciación de precipitación preferen-

temente en bordes de grano (Fig. 22).' Tanto en la longitud ensayada,

como -en la zona de fractura, se observan precipitaciones con mayor- abun-

'dancia,.donde la tensión está más acentuada, {Fig. 23). En estas foto-

micrografías se aprecian grietas intercristalinas en la zona de fractura.•

La cantidad y distribución se aprecia mejor en probetas no atacadas y a

bajos aumentos (Fig. 24-). La.fractura es preferentemente traíiscristalina.

(Fig. 25). . •

En probetas soldadas se realizó el estudio metalográfico de los

ensayos a 550°. La fractura tiene lugar, preferentemente en la zona de

transición, comprendida entre la zona fundida y el material base, así

como en la zona térmicamente afectada, formada por granos gruesos.

En la próxima-publicación sobre este mismo trabajo se espera haber

realizado el estudio metalográfico por microscopía electrónica de trans-

misión. • • . • . . .

11.

L)"'2' P r o g r a m a G R I M ' • • • '

En el programa GRIM se han estudiado, por los cuatro miembros -

componentes GfK, RCN, IA, TNO (Mi), numerosas probetas sin irradiar-

del mismo material que en el programa de extrapolación, en ensayos de

fluencia a 550° tanto en material soldado como sin soldar. A 600° los

resultados son menos numerosos. La forma de las probetas utilizadas es

la correspondiente a ensayos de fatiga a bajo número de ciclos de ca-

beza roscada norma DIN B6 x 30 mm. .

Junto a las probetas de material base, a las que se había dado

un recocido de•disolución, y a las correspondientes a uniones soldadas,

se ensayaron también probetas que habían sido sometidas a un recocido

de eliminación de tensiones (900°, 3 horas) así como a un recodio de

homogeneizacion, similares a las establecidas en las condiciones de irra-

diación de este programa. Los resultados correspondientes a ensayos de •

fluencia se encuentran tabulados en la referencia (8) en el informe remi-

tido por el IMF a la ERDA (Energy Research and Development Administra- •

tion). ' . • .

4.3. Programa VDEH .

Por encargo de la GfK,' la VDEH estudió tres coladas del acero.

X6CrNi 1811. (l.i*9H8) procedentes de acerías alemanas, para averiguar el •

comportamiento en ensayos de fluencia de larga duración. La composición

química corresponde a la norma DIN y a la especificación SNR, para este

material. El material se controló dimensionalmente, se le sometió á un- re

12.-

cocido de disolución y se midió su tamaño de grano (Tabla I).

Se eligieron probetas cilindricas con unas proporciones de

(3 - 5) x do.

El cordón de soldadura de las probetas es del tipo a tope según '

la norma DIN 8551, en contraposición a las probetas soldadas del progra-

ma de extrapolación, en las que se realizaron soldaduras en X.

• .Las-determinaciones de alargamiento durante el ensayo de fluen-

cia se efectuaron interrumpiendo .el ensayo y realizando medidas directas,

de tiempo en tiempo. En consecuencia no es posible seguir con exactitud-

la velocidad secundaria de fluencia y los límites de .deformación están '

siempre afectados por la acción de la deformación instantánea bajo carga

sobre la variación total de longitud (Ver Aptdo 4.1.1.).

De este programa de ensayos los únicos datos interesantes para

el programa de extrapolación son los tiempos de rotura en fluencia. En .

el margen de temperaturas comprendido entre 500° y 800°, los tiempos má-

ximos de rotura fueron de 50.000 horas. :

Para la determinación de los tiempos extrapolados se emplea el

parámetro de Larsqn Miller (11). En su forma P = TO£. (c +• log tg) se

relacionan la temperatura y el tiempo del ensayo con la constante c, de-'

pendiente del material, a la ques para aceros y aleaciones austeníticas

13.

puede aplicarse el valor de 20. La dispersión de valores en la repre-

sentación de los resultados de los ensayos se atenúa,, si a partir de

los resultados se optimiza el valor de la constante c, para los corres-

pondientes aceros y estados (12). Utilizando un programa de cálculo de-

sarrollado por M. Guyette (13) el valor de c más adecuado para el acero

XSCrNi 1811 es el de 18.

En la Fig. 27 se representan los resultados de tiempos de rotu-

ra a la fluencia, en el"margen de temperaturas de 500°-800°C en la for-

ma parámetros L + M frente a tensiones de ensayo.

La figura parcial superior a contiene los valores de probetas

no soldadas correspondientes al material -de partida de las tres coladas

ensayadas. La banda de. dispersión está limitada por la parte inferior

mediante los valores del lote 65890 y por la parte superior por .los va-

lores del lote 27971. El mejor comportamiento del lote 27671-permite

relacionar los valores elevados de la temperatura de recocido de diso-

lución con el tamaño de grano elevado resultante. ' (Ver Tabla I).

El papel que desempeña la geometría no puede aún ser dilucida-

do. Los trabajos realizados sobre material de vaina muestran que los

procesos de fabricación no afectan sustancialmente' a los resultados de.

los ensayos, ya sea en probetas cilindricas, planas o tubos.

En el diagrama parcial b se representan los valores de probetas

• soldadas. Dichas probetas soldadas procedían de dos coladas.

14.

5. EVALUACIÓN' ACTUALIZADA DE LA -PRIMERA PARTE DEL PROGRAMA Y DETERMINA- •

CION DE LAS CONDICIONES DE LA SEGUNDA PARTE.

En la siguiente evaluación de los tiempos de rotura en fluencia,

correspondientes al programa de extrapolación, se incluyen también los

resultados, en forma de nube de puntos, correspondientes a los progra-

mas GRIM y VDEH como representación de los parámetros de Larson-Miller.

Como se dijo ya en H.3. el valor óptimo de c para las. tres co-« • . • .

ladas estudiadas por la VDEH (soldadas y sin' soldar) es de 18. De lost

valores del programa GRIM, el valor óptimo de c-es de 20. Con el fin

de establecer relaciones se toma con carácter general para c un valor de

20. '

En la Fig. 28 se representan los valores obtenidos en material

base, hasta el momento, junto a las bandas de resultados de los progra-

mas GRIN y VDEH, obtenidos de los valores representados en las Figs. 27

y 31 a. Las tensiones de los ensayos comprendidos entre 10 - 30.000- se

orientan en las partes de curva rayadas. Las tensiones de ensayo se re-

dondearon en 0,5 kp/mm^. De los' resultados de los ensayos a 700° se

obtuvo el margen de parámetros a emplear en los ensayos a 550° - 650°

para tiempos de 3.101* horas.

Comparando con los resultados de la VDEH, los valores del mate-

rial base, GW206, a temperatura y de 650° son algo menores. •

Para probetas soldadas los datos correspondientes a.la Fig.' 29

15.

obtenida con los valores de las Figs. 28 y 27b, tanto correspondientes

al programa GRIM como al de extrapolación, caen dentro de la banda de

dispersión de resultados-de la VDEH. . La determinación de las tensiones

en ensayos de larga duración corresponde a la parte de curva rayada.

Se presenta una cierta inseguridad, ya que a 650° entre 10 - 30.000

no se dispone todavía de resultados experimentales para temperaturas

elevadas y para ello debería haberse extrapolado con un valor del pará-

metro c de 21,6.

Las tensiones de ensayo de las Figs, 29 y 28 referentes a ensa-

yos de larga duración, hasta aproximadamente 30.000 horas, corresponden

a datos de la Tabla 3. En relación con la planificación de ensayos ori-

ginal, de octubre.de 1.975, se han producido variaciones en las tensio-

nes de ensayo, especialmente en probetas soldadas, basándose en los re-

sultados obtebidos hasta ahora.

El curso actual y previsto para el programa de extrapolación

sigue el esquema representado én la Fig. 30. La parte I del programa

debe desarrollarse en el periodo comprendido entre octubre de 1.975 y

junio de 1.976,. empleando 5 secciones de ensayo. Las experiencias de

larga duración se realizarán con un total de 11 unidades de ensayo. El

programa de fluencia deberá finalizarse a finales de 1.979 o principios

d e 1 . 9 8 0 . •••-.

16.

6. RESUMEN Y CONSIDERACIONES FINALES.

Desde el punto de vista del tiempo de rotura-en fluencia a las ..

temperaturas de trabajo así como a los tiempos de utilizaci-on en ser-

vicio, el -material de estructura del SNR-300 ha sido estudiado experi-

mentalmente en los programas GRIM y VDEH, lo que ha contribuido a su

mejor conocimiento.

Las uniones soldadas de este material se estudian en el Programa

de Extrapolación, actualmente en marcha, en el margen de temperaturas

de 550° - 650°. En este sentido también la VDEH ha realizado ensayos

entre 500° y 800°, si bien con otro tipo de uni5n soHada.

En relación con el comportamiento a la fluencia, los resulta-

dos del programa de Extrapolación en los•ensayos de larga duración

actualmente en curso, constituirán una importante aportación. Mediante •

este programa se logrará un conocimiento más completo de la dependen-

cia entre la velocidad secundaria de fluencia con la tensión (Norton)

o bien con él tiempo de rotura (Monkman y Grant).

Un especial significado tienen los datos tiempo-limite convencio-

nal de alargamiento, que proporcionan.las bases para el cálculo. Los

datos de cálculo definidos hasta ahora (7) proceden parcialmente de .los

resultados de la VDEHj si bien puede ahora preverse que los valores del

. material sin soldar GW 206 son inferiores a los de la VDEH.

17,

El aspecto fundamental de la evaluación del Programa de Extra- • •

polación la constituirá•en el próximo futuro la presentación del compor-

tamiento a la fluencia lenta, mediante el registro continuo, lo que-

permitirá la valoración sistemática de los tramos parciales de fluencia.

Mediante el examen metalográfico por microscopía electrónica, que

se realizará en la J.E.N., podrá completarse el conocimiento sobre los

cambios, de estructura y el comportamiento.de los precipitados. Estos

trabajos deben permitir llegar a una conclusión sobre la relación exis-

tente entre subestructura, alargamiento bajo carga y endurecimiento re-'

sultante y su efecto sobre el exponénte de la tensión n.

El Programa.de Extrapolación se estableció de forma que los're-

sultados de los ensayos en material sin soldar permiten un estudio com-

parativo' directo con los ensayos que se realizarán en el circuito de

sodio ML3 de la J.E.N. y en su caso, con los resultados en probetas •"

soldadas. .. . .

Los autores agradecen al Dr. Anderko sus directrices, a la sra.

Schlenker, al Sr. Simón (ambos de'la GfK) y al Sr. Barroso (J.E.N.), la

realización de los ensayos metalograficos; a los Sres. K. Dinforf,

E-. Weis (GfK),.F. Aldea, G. de las Roces, M. Medina, J. Sánchez y

J. Rut (J.E.N.) las medidas en los ensayos de fluencia.

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ColadaNr

C• S i •

MnPSCrNiMoTiAlNCu •

-. V. Co

w --—Ta/Nb

B

GW 206. 231861

I A

0,0530,392,250,0180,032

17,810,6

0,065

0,08-0,0410,0430,020,069

-_ . -

2,0 - 2

Dimensiones

Fabri-cante.

0,0520,441,810,0190,012

17,4511,0

,3 ppm

Especifi-caciones .

• 0,04-0,07SO,7532,0SO,03SO,02

17. - 1910 - 12

SO,50

(GfK)

VDEH - Coladas65890 '

0,0460,261,420,0330,019

17,1210,040,39

<0,02 .<0,005

0,0270,230,06Ó,16

--

9 ppm

233417

0,0410,461,870,0300,017

17,5810,480,470,040,0010,0300,260,040,160,10

-2,5 ppm

27671

0,0530,391,65 .0,0110,003

18,3011,700,19

-¿0,030,0070,0310,070,070,09

-<0,03

AISI

max.max.max.max.max.

188

. 304

0,081,02 , 00,0450,03

- 20- 12

500x20x1000 mm

Tratamiento térmico

1000 - 108Ó°C

90x20mm 90x20mm 0 400 mm

1050°l/2 h/W 1050°l/2 h/W 1070°l/2 h/W

Dureza HV30

147-15-7/134-140

Tamaño de grano ASTM

3-5

HB30/5

145-156 140-150

3 - ' 5 -.3-.- 5 • . • 1 •- 3

25% = 2 ' 20% = 2

• II

Ficha de soldadura del 14.2.1.973

Dimensiones: . Chapa de 20 mm x 1000 mm x 165 mm .'

Material : X6CrNi 1811 (DIN 1.4948). Denominación interna deInteratom DEW .206.

Preparación para la soldadura: Corte de flejes por soplete de plasma. Me-• - canizado de limpieza de 5 mm para eliminar

la zona de corte. Preparación de los can-tos en X con ángulo de 30°.

Soldeo: Método: TIGAporte manual

Electrodo: WIG: CN1811 IG, 2 mm0E - Manual: FOK CN 1811, 4 mm 0

Corriente: . 125 - 140 A

TEnsión: ' .. 22 V

Gas: . Argón

Numero de pasadas: 7 . •

N° puntos-de fijación: 5 .

Sentido: Hacia la derecha

Tratamiento: Precalentamiento: noPostcalentamiento: "no'

Realización: Interatom ( Cosar, Büchel, Krahpohl)

T A B L

PROGRAMA DE EXTRAPOLACIÓN

Estado'en Junio de

A

•

1.

• III

JEN-GfK

976

X6CrNi 1811 (1.4948) G.W. = Sin soldar

S.V. = Soldado

o•T C G. W. S. V.

previsto Exp.

kp/mm • t.B

previstoB

Exp.

550 2522.20' '17

90030009000

. 20000

242220191817

7000100002000030000

8602346

600 2220181513,51210,5

100002000030000

66187-4602165

20171513121110

6000100002000030000

19410601960

650 151311..9,58,57,56,5'

100002000030000

85250945

2290

13119876

80002000030000

390.3604180

Reserva: 6 Probetas' 1 Probeta2 Probetas

defectos en soldadura

IV

ENSAYOS DE FLUENCIA. PROGRAMA DE EXTRAPOLACIÓN.

X 6 Cr Ni 1811 DIN 1.4948. Sin soldar GW Probetas 0 8x50 mm (doxlo)

NrEnsayo

EP 4

EP 6

EP 8

EP 12

EP 16

EP 1

EP 7

EP 10

EP 15

EP 19

ol

600

ii

ii

•i

ii .

650

•i

ii

ii

ii

kp/mm

22

20

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15

10,5

15

13

11

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h

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187

460

2165

85

250

945

2290

5,92

4,8

3,73

2,30

0,60

2,52

1,31

0,78

0,29 .

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55

150

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60,0

62,0

41,0

.Tt47,4

41,9

47,4

47,4

60,9

56,1

57,7

43,7

Observaciones

• • -

T A B L A V_ • .

ENSAYOS DE FLUENCIA. PROGRAMA DE EXTRAPOLACIÓN

X 6 Cr Ni 1811 DIN 1.4948. GW 206 Soldadas P robe ta s 8 x 50 min (doxlo)

Vers.Nr

EP 2

EP 13

EP 18

EP 20

EP 3

EP 14

EP 17

EP 5

EP 9

EP 11

T°C

550

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600

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650

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1960

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2,45

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0,19

0,26

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1350

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21,3

23,8

36,0

45,6

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60,9

62,5

25,9

Observaciones

Rotura dúctil en lasoldadura

Doble estriccion

Doble estriccion

ii . '

Doble estriccion

ii .

ii

T VI

ENSAYOS DE FLUENCIA, PROGRAMA DE EXTRAPOLACIÓN

X 6 Cr Ni 1811 DIN 1.4948 Sin soldar GW 206 Probeta: 0 5 x 25 mm (doxlo)

Vers.Nr. •

zsv1197 •

1195

1199

1200

1204

1222

1210

1214

1211

1215 •

1212

1216

T°C

550'

ii

ti

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it

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700

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146

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1080

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407

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2023

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6,92

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0,20

0,14

0,08

0,08

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45,2

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26,8

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26,0

26,0

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30

29

59

53,7

42,2 '.

33,0 .

29,5

X 6 CrNi 181.1. (1.4948)

Colada Nr. 231861

Material sin soldarGW 206

Figura 1

Transversal

28572 Z " 1 5 7 X100

Longitudinal

28573 HV3Q

= 134-140 XI00

PROGRAMA . DE. EXTRAPOLACIÓN

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Cordón de SoldaduraCorte . .- •

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28572 x|00Material Base

28647 . xlOOZona Térmicamente Afectada

Fig.3 X6Cr Ni 1811 (1.4948) Probetas Soldadas

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Dureza HV,

150 200 250 300

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1001

Distribución de Durezas en la Soldadura

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10

100 200 300 400 500 600 700 800

Temperatura de ensayo (°C)

Fig. 5 Ensayos de Traccio'n

900

Estrlcció'nLímite convencional

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BAJO CARGA EN FUNCIÓN DE LA TENSIÓN

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| 7 : Tiempo de roturo an función de la velocidad secundario de fluencia ¿ o h a

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Fig. 18: Tiempo de roturo «n función d> lo velocidad secundario de fluencia gofe»t n tsmasm - " " //^i-T-r-r^¡1ir-/?T<^-.T-l.y,- • " Bmi» Admn logir. s«"*t von 1 bii 10000, EnMt SO mm

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Cabeza de probeta

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X6CrNi 1811 (1 .4948) Material sin soldar Figura 23

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Exp. 4-A-28

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Junta de Energía Nuclear» División de Metalurgia. Madrid.

"Comportamiento a la fluencia lenta del aceroX6.CrNi 1811 (1.4948)". •SOLANO, R.R.; SCHIRRA, M.; DE LAS RiVAS, M.; SEITH, B. (1977) 25 pp. 30 figs. 14 refs.• Él acero X6CrNi 1811 (DIN 1.4948) que será utilizado como material de estructuraen el Reactor Reproductor Rápido'Alemán SNR-300 se ha sometido a ensayos de fluencia' ••,en el margen de temperaturas de 5Q0°-650°C, tanto en probetas soldadas como sin sol- , 'dar. Se preven ensayos hasta 30.000 horas de duración con medida continua del alarga- •miento. .• ' . '

El presente trabajo describe los resultados obtenidos en las 4,000 primeras horasde ensayo. Teniendo en cuenta resultados de otros programas realizados, sobre el' rals-.mo material entre 500° y 600°C, se establecieron las tensiones a utilizar en los ensa-yos de larga duración del presente trabajo.

J.E.N. 363

Junta de Energía Nuclear. División de Metalurgia. Madrid"Compor tamien to a l a fluencia lenta del a c e r o

X6CrNi 1811 (1 ,4948)" .SOLANO, R.R.; SCHIRRA, H.; DE US RIVAS, M.; SEITH, B. (1977) 25 pp. 30 figs. 14 refs.

El acero X6Crül 1811 (DIN 1.W48) que será utilizado como material de estructuraen el Reactor Reproductor Rápido Alemán SNR-300 se ha sometido a ensayos de fluenciaen el margen de temperaturas de 500°-650°C, tanto en probetas soldadas como sin sol-dar. Se preven ensayos hasta 30.000 horas de duración con medida continua del alarga-miento.

El presente trabajo describe los resultados obtenidos en las 4.000 primeras horas•de ensayo. Teniendo en cuenta resultados da otros programas realizados, sobre el mis-rao material entre 500° y 600°C, se establecieron las tensiones a utilizar en los ensa-yos de larga duración del presente trabajo.

J.E.N. 363

Junta de Energía Nuclear. División de Metalurgia, Madrid."Compor tamiento a la fluencia lenta del ace ro

X6CrNi 1811 (1 .4948)" .SOLANO, R.R.;'SCHIRRA, M.; .DE LAS RIVAS, H.";. SEITH, B.(1977) 25 pp. 30 figs. 14 refs.

El acero X6CrNi 1811 (DIN 1.4948) quesera utilizado como, material de estructuraen el Reactor Reproductor Rápido Alemán SNR-300 se ha sometido a ensayos de fluenciaen el margen de temperaturas de 5QQQ-65Q°C, tanto en probetas soldadas como sin sol -dar. Se preven ensayos hasta 30.000 horas de duración con medida continua del alarga-miento. • ' ' .

El presente trabajo describe los resultados obtenidos en las 4.000 primeras horasfie ensayo. Teniendo en cuenta resultados de otros programas realizados, sobre"el mis-mo material entre 500° y 600°C, se establecieron las tensiones a utilizar en los ensa-yos de larga duración del presente trabajo. '

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Junta de Energía Nuclear. División de Metalurgia, Madrid."Compor tamien to a l a fluencia lenta del ace ro

X6CrNi 1811 (1 .4948)" .SOLANO, R.R.; SCHIRRA, M.; DE LAS RIVAS, M.; SEITH, B. (1977) 25 pp. 30 figs. 14 refs.

El acero XüCrfli 1811 (DIN 1.4948) que será utilizado como material de estructuraen el Reactor Reproductor Rápido Alemán SNR-300 se ha sometido a ensayos de fluenciaen el margen de temperaturas de 500°-650°C, tanto en probetas soldadas como sin' sol-dar. Sé preven ensayos hasta 30.000 horas de duración con medida continua del alarga-miento.

El "presente trabajo describe los resultados obtenidos en las 4.000 primeras horasde ensayo. Teniendo en cuenta resultados de otros programas realizados, sobre el mis-mo material entra 500° y 600°C, se establecieron las tensiones a utilizar en los ensa-yos de larga duración del presente trabajo, :

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i. El aspecto fundamental de este programa ("programa de extrapolación") lo constitui ye el conocimiento de los tiempos de rotura así como el comportamiento a la fluenciai lenta.de este material de estructura a tiempos de 3.101' horas, a temperaturas eleva-\ . das a f i n de poder extrapolar los resultados a tiempos de 10 horas.y temperaturas de1 operación en reactor. •

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das a f i n de poder extrapolar los resultados a tiempos de Itr horas y temperaturas de• operación en reactor. . • •

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CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES: B22. SNR reactor. Steel-DIN-14948. Stee1-X6CrNi-!1811. Ruptures. Creep. Temperature dependence. Rempering. High temperature. Time -¡dependence. Extrapolation. ' ' . . • ¡

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El aspecto funcamental de este programa ("programa de extrapolación") lo constitu jye el conocimiento de los tiempos de rotura así como el comportamiento a l a fluencia ilenta de este material de estructura a tiempos de 3.1u f horas, a temperaturas eleva- ¡das a f i n de poder extrapolar los resultados a tiempos de 1Cr horas y temperaturas de 'operación en reactor. ' ' i

CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES: B22. SNR reactor. Steel-DI N-14948. Steel-X6CrNi- ¡1811. Ruptures. Creep. Temperature dependence. Rempering. High temperature. Time jdependence. Extrapolation. ]

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Junta de Energía Nuclear. División de Metalurgia. Madrid."Creep-rupture-strength and creep-behaviour of

stainless steel XÓCrNi 1811 (DIN 1.4948)"JOLANO, R.R.; SCHIRRA, M.; DE LAS RiVAS, M.; SEITH, B.(1977) 25 pp. 30 figs. 14 refs.*•. The steel X6CrNi 1811 (DIN 1.4948) that will be used as a structure material for -.the Germán Fast Breeder Reactor SNR 300 was creep-tested In a temperatura range of >

' 550-6S0°C under base material condition as well as welded material condition. Testsare foreseen up to 30.000 hours with a continuous measuring of the elongation.

The present report describes the test results up to about 4-000 hours. Taking intoaccount the results of other programs carried out with the same material between 550 .and 600°C at similar rupture time, were defined the stresses for the longterm tests.

The main point of this program (" Ext rapo! ation Program") lies 1n the knowledge ofthe creep-rupture-strength and creep behaviour of the structure materials up to 3.1(r hat high temperature in order to extrapólate up to 1Q5 h. for reactor operating tempe-ratures.

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Junta de Energía Nuclear. División de Metalurgia. Madrid."Creep-rupture-strength and creep-behaviour of

stainless steel X6CrNi 1811 (DIN 1.4948)"..SOLANO, R.R.; SCHIRRA, H.; DE US RiVAS, H.; SEÍTH, B.(1977) 25 pp. 30 figs. 14 refs.

The steel X6CrNi 1811 (DIN 1.4948) that will be used as a structure material forthe Germán Fast Breeder Reactor SNR 300 was creep-tested in a temperature range of550-650°C under base material'condition as well as welded material condition. Testsare foreseeh up to 30.000 hours with a continuous measuring of the elongation.

The present report describes the test results up to about 4,000 hours. Taking intoaccount the results of other programs carried out with the same material between 550and 600°C at similar rupture time, were defined the stresses for the longterm tests .

The main point of this program (Extrapolaron Program") lies in the knowledge ofthe creep-rupture-strength and creep behaviour of the structure materials up to 3.10TIat high-temperature in order to extrapólate up to 1CP h. for reactor operating tempe-raturas.

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Junta de Energía Nuclear. División de Metalurgia, Madrid.

"Creep-rupture-strength and creep-behaviour ofstainless steel X6CrNi 1811 (DIN 1.4948)". ,SOLANO, RiR.; SCKIRRA, M.; DE US RIVAS, MÍ; SEITH, 8.(1977) 25 pp. 30 f i g s . 14 r e f s .

The steel XBCrNi 1811 (DIN 1.4948) that will be used as a structure material forthe Germán Fast Breder Reactor SNR 300 was creep-tested in a temperature range of550-650°C under base material condition as well as welded material condition. Tests,are foreseen up to 30.000 hours with a continuous measuring of the elongation.

The present report describes the test results up to about 4.000 hours. Taking intoaccount the results of other.programs carried out with the same material between 550arid 600°C at similar rupture time, were defined the stresses for the lonaterm tests.

The main point of this program ("Extrapolaron Program11) lies in the knowledge ofthe..creep.rupture-strength and creen behaviour of therstructuré materials up to 3.10^hat^high temperature in order to extrapólate up to iQP'.h. for reactor operating tempe-

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Junta de Energía Nuclear. División de Metalurgia, Madrid.

"Creep-rupture-strength and creep-behaviour ofstainless steel X6CrNi 1811 (DIN 1.4948)".SOLANO, RiR.; SCHIRRA, M.; DE LAS RIVAS, M.; SEITH, B.(1977) 25 pp. 30 f i g s . 1 4 r e f s .

The steel X6CrNi 1811 (DIN 1.4948) that will be used as a structure material forthe Germán Fast Breder Reactor SNR 300 was creep-tested 1n a temperature range of550-650°C under base material condition as well as welded material condition. Testsare foressen up to 30.000 hours with a continuous measuring of the elongation.

The present report describes the test results up to about 4.000 hours. Taking intoaccount ihe results of other programs carried'out with the same material between 550and 600°C at similar rupture time, were defined the stresses for the longterm tests.

The main point of this program ("Extrapolation Program") lies in the knowledge ofthe creep-mpture-strength and creep behaviour of ihetstructure materials up to 3.10'tiat high temperature ih order to extrapólate up to 10D h. for reactor operating tempe-raturas.

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! INIS CLASSIFICATION AND DESCRIPTORS: 622. SNR reactor. .Steel-DIN-149W; Steel-¡ X6CrNi-1811. Ruptures. Creep. Temperatura dependence. Rempering. High temperature.•. .Time dependence. Ext rapolaron.

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! INIS CUSSIFICATION AND DESCRIPTORS: B22. SNR reactor. Steel -DI IM4948. Steel-i X6CrNi-1811. Ruptures. Creep. Temperature dependence. Rempering. High temperature.• Time dependence. Ext rapolaron.

INIS CLASS1FICATION AND DESCRIPTORS: B22. SNR reactor. Steel -DI N-14948. Steel-X6CrNi-1811. Ruptures. Creep. Temperature dependence. Rempering. High temperature.Time dependence. Extrapolat ion.

INIS CLASSIFICATION AND DESCRIPTORS: B22. SNR reactor. Steel -DIN-14948. Steel-. X6CrNi-1811. Ruptures. Creep. Temperature dependence. Rempering. High temperature.

Time dependence. Extrapolat ion.•

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