Nuevos aceros ferriticos ODS para aplicaciones nucleares
En el marco del proyecto del Plan Nacional «Desarrollo de aleaciones Fe-Cr aleadas mecánicamente con óxido de itrio para su aplicación en la ventana de reactores subcríticos guiados por acelerador (ADS)» (ref. ENE2009-13766) , coordinado por el CENIM, y en el que participan el CIEMAT y el CEIT, el Grupo de Tecnología de Polvos (GTP) de la Universidad Carlos III de Madrid está desarrollando nuevos aceros ferriticos ODS para la fabricación de ventanas de los reactores subcríticos guiados por acelerador (ADS). Las ventanas de los reactores subcriticos están expuestas constantemente al objetivo de espalación que actúa a la vez de refrigerante. Esto hace que el material estructural sufra daños por irradiación produciendo fragilización. Como consecuencia, estas ventanas deben ser sustituidas cada 6 meses. Los aceros ODS surgen como alternativa a los aceros ferritico-martensíticos que se llevan utilizando desde hace mas de 25 años en la fabricación de dichas ventanas, ya que estos aceros tienen un comportamiento a fluencia y una temperatura de operación limitados.
En los aceros ODS la incorporación de Y2O3 permite una mayor temperatura en servicio, y la introducción de otros elementos de aleación puede además mejorar considerablemente ciertas propiedades mecánicas requeridas para este tipo de aceros. Para poder desarrollar estos acero ferriticos ODS, el GTP parte de un prealeado base Fe al cual se van a ir introduciendo elementos de aleación mediante molienda de alta energía. Los elementos introducidos de forma elemental y los ya incluidos en el prealeado base se han elegido realizando un estudio previo a través de software Thermocalc, el cual nos ayuda a elegir la composición de la aleación que mas se va ajustar a nuestros requerimientos. La aleación a desarrollar es de una composición distinta a las aleaciones que ya existen en el mercado, lo que representa una novedad del proyecto.
La utilización de molienda de alta energía (molino de atricción) asegura la obtención de un material nanoestructurado, donde sucesivos mecanismos de deformación plástica, soldadura y fractura, permiten conseguir finalmente un polvo completamente aleado. Una vez producido el polvo de acero ODS se realiza la consolidación por la técnica de “spark plasma sintering” (SPS) que resulta muy adecuada para mantener los sistemas nanoestrucutrados obtenidos durante el proceso de molienda, ya que esta técnica utiliza tiempos de calentamiento muy cortos y procesos de enfriamiento rápido.
Algunos resultados obtenidos tras la consolidación del polvo por esta técnica van a ser presentados en diversos congresos nacionales e internacionales a lo largo de este año.