Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7327

Assessment of Impact Test Experiments on Irradiated EUROFER97 and other RAFM Steels

E. Gaganidze

Abstract
This report summarizes assessment of Charpy impact experiments carried out by different worldwide institutions on irradiated European RAFM steel EUROFER97 and other RAFM steels (F82H, OPTIFER). The assessment was carried out under the contract of the European Fusion Development Agreement (EFDA), subtask TW5-TTMS-001-D11. Irradiation resistance of EUROFER97 is not satisfactory at low irradiation temperatures Tirr ≤ 330 °C, i.e. large, non-saturating low temperature embrittlement is seen up to 32 dpa. Heat treatment of EUROFER97 at higher austenization temperature (1040°C) leads to the reduction of the embrittlement at low irradiation temperatures Tirr ≤ 330 °C. Irradiation performance of EUROFER97 is comparable to that of international RAFM (F82H, OPTIFER) steels. A close corre¬lation between irradiation induced embrittlement and hardening found at Tirr ≤ 350 °C for RAFM steels indicates displacement damage nature of low temperature embrittlement. Irradiation performance of EUROFER97 and international reference RAFM steels is satisfactory at Tirr ≥ 350 °C up to 16.3 dpa.

The influence of boron-to-helium transformation on embrittlement cannot be resolved for 16.3 dpa irradiated RAFM steels with boron contents between 4 and 62 wppm. Boron doped steels (boron content between 82-1120 wppm) show progressive embrittlement and reduction of toughness with increasing helium amount. He induced embrittlement is of hardening nature for helium content of 84 appm. Larger helium concentrations lead to non-hardening embrittlement mechanisms beyond that of hardening embrittlement.

Bewertung von Kerbschlagbiegeuntersuchungen an bestrahlten EUROFER97 und anderen RAFM Stählen

Zusammenfassung
Der vorliegende Bericht fasst die Bewertung von Kerbschlagbiegeuntersuchungen zusammen, die weltweit an unterschiedlichen Institutionen am bestrahlten europäischen niedrigaktivierbaren Stahl EUROFER97 sowie an weiteren bestrahlten niedrigaktivierbaren Stählen (F82H, OPTIFER) durchgeführt wurden. Die Arbeit wurde im Rahmen des europäischen Abkommens zur Entwicklung der Fusionsforschung (EFDA), Subtask TW5-TTMS-001-D11, vorgenommen. Die Auswertung der Kerbschlagbiegentersuchungen zeigt bei Bestrahlungstemperaturen unterhalb von Tirr ≤ 330 °C eine zunehmende Versprödung von EUROFER97 mit zunehmender Bestrahlungsdosis (bis 32 dpa). Austenisierung von EUROFER97 bei einer höheren Temperatur (1040 °C) im Vergleich zu Anlieferzustand führt zur Versprödungsabnahme bei Bestrahlungstemperaturen unterhalb von Tirr ≤ 330 °C. Internationale RAFM (F82H, OPTIFER) Stähle zeigen ein mit dem EUROFER97 vergleichbares Bestrahlungsverhalten. Die beobachtete deutliche Korrelation zwischen der bestrahlungsinduzierten Versprödung und der Verfestigung niedrigaktivierbarer Stähle bei Bestrahlungstemperaturen unterhalb von Tirr ≤ 350 °C deutet auf den Verlagerungsschädigungsmechanismus der Tieftemperaturversprödung. EUROFER97 und weitere niedrigaktivierbare Stähle zeigen eine ausreichende Resistenz gegen Neutronenbestrahlung bei Bestrahlungstemperaturen oberhalb von Tirr ≥ 350 °C bis zu 16.3 dpa.  

Ein Einfluss der Bohr-Helium-Umwandlung auf Versprödung von niedrigaktivierbaren Stählen ist bei 16.3 dpa @300 °C Bestrahlung für den Bohr-Gehalt zwischen 4 und 62 wppm nicht erkennbar. Bohrdotierte Proben (Bohrgehalt zwischen 82-1120 wppm) zeigen dagegen zunehmende Versprödung und eine Abnahme der Zähigkeit bei Zunahme des generierten Heliumgehalts. Bei einem Heliumgehalt von 84 appm ist die Helium induzierte Versprödung auf Helium induzierte Verfestigung zurückzuführen. Höhere Heliumkonzentrationen führen neben Helium induzierter Verfestigung zu weiteren Versprödungsmechanismen.

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