Caracterización de un acero español de activación reducida mediante el uso de probetas miniatura

Abstract

En la actualidad el desarrollo y la evolución de las tecnologías de producción energética, y en especial las de origen nuclear, han provocado la aparición de una gran variedad de materiales tanto estructurales como funcionales. Esta nueva generación debe ser capaz de operar de forma efectiva y viable en las nuevas condiciones de servicio que se plantean, debido a que en la mayoría de los diseños, estos nuevos reactores, combinan altas dosis de radiación neutrónica con elevadas temperaturas y presencia de metales líquidos. En el campo de la Fusión esta necesidad de nuevos materiales se hace aun más vital debido a la directriz, por diseño, de que los materiales empleados posean tiempos de actividad radiológica de tan solo unos pocos de cientos de años, lo que ha propiciado la aparición de los denominados Aceros Ferríticos/Martensíticos de Activación Reducida (RAFM, Reduced Activation Ferritic/Martensitic). Estos aceros deben combinar una química muy específica, de modo que puedan ser clasificados como residuos de clase C una vez terminada su exposición a radiación neutrónica, con unas óptimas propiedades mecánicas que les permitan operar en unas condiciones de servicio muy agresivas. La producción de esta nueva generación de materiales requiere procesos muy específicos y complejos lo que provoca que el coste, incluso a escala de laboratorio, sea bastante elevado. Para poder analizar a un coste razonable las propiedades mecánicas y microestructurales de las continuas evoluciones y mejoras en los materiales, han aparecido nuevas morfologías de probeta y nuevas tecnologías de ensayo que permiten reducir al máximo el volumen de material necesario. Esta línea converge con la necesidad, a su vez, de analizar los efectos de exposición a niveles de radiación neutrónica cada vez más elevados, y con la exigencia de reducción de residuos radiológicos. Todo esto ha propiciado que en las últimas décadas no solo un gran número de nuevos materiales viera la luz, sino que a su vez se han desarrollado nuevas técnicas de ensayo, como por ejemplo la nanoindentación o el ensayo por micro-punzonado (Small Punch), capaces no solo de evaluar las capacidades estructurales de dichos materiales para diferentes condiciones de operación, sino que se están intentando implantar en protocolos de análisis de servicio gracias al escaso volumen que necesitan. Con estos antecedentes esta tesis doctoral pretende caracterizar un nuevo acero 9Cr Ferrítico/Martensítico de Activación Reducida producido íntegramente en España, gracias a la colaboración de la Fundación ITMA y del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), y al amparo del proyecto TECNO_FUS CONSOLIDER-INGENIO 2010. Dicha caracterización tiene una doble intención, por un lado demostrar las capacidades de la industria acerera española para producir materiales estructurales que puedan operar en reactores de Fusión y, por otro lado, demostrar la viabilidad del uso de probetas subdimensionadas no estandarizadas para la realización de ensayos de micro-punzonado (Small Punch).