Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

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Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

fungiert damit als Barriere gegen den Austritt von

Radioaktivität an die Umgebung. Die Integritätsbewertung

hat vor allem die Sicherheit gegen katastrophales

Versagen des RDB nachzuweisen. Der

Sprödbruch-Sicherheitsnachweis eines RDB ist für

einen postulierten oder gemessenen Anriss bei Belastung

durch den sogenannten Thermoschock zu

führen. Dieser ist eine Transiente bei einem Kühlmittelverlust-Störfall,

die infolge der Einleitung von

kaltem Notkühlwasser bei gleichzeitigem hohen Innendruck

abläuft. In der Richtlinie zur Alterungsüberwachung

der schweizerischen Kernanlagen

ENSI-B01 sind die behördlichen Anforderungen für

den Nachweis der Sprödbruch-Sicherheit der Reaktordruckbehälter

(RDB) festgelegt. Die Regelungen

der Richtlinie enthalten auch die Option, die nach

dem Prüfstandard ASTM E1921 1 ermittelte Referenztemperatur

T 0 als Referenztemperatur der

ASME K IC -Grenzkurve 2 zu verwenden. Damit wird

einem internationalen Trend entsprochen, die für

eine Sprödbruch-Sicherheitsbewertung notwendige

Bruchzähigkeit der RDB-Werkstoffe nicht mit

einer indirekten und korrelativen Verfahrensweise

zu bestimmen, sondern direkt mit den Voreilproben

zu messen.

Projektziele des Berichtjahres

und deren Umsetzung

Die vorliegenden Untersuchungen betrafen die Anwendbarkeit

des Prüfstandards ASTM E1921 auf

Mehrlagenschweissnähte des Reaktordruckbehälters.

Das verwendete Material einer Umfangsschweiss

naht des nicht in Betrieb genommenen

Biblis-C-RDB eröffnet die Möglichkeit, eine bruchmechanische

Charakterisierung von Schweiss gut

durchzuführen, welches repräsentativ für die Kernkraftwerke

in der Schweiz ist.

Dem Prüfstandard ASTM E1921 liegt das Master-

Curve-(MC)-Konzept 3 zugrunde. Die Voreilproben

aus Schweissgut im RDB sind überwiegend T-L-orientiert,

d. h. die Rissfortschrittsrichtung ist die

Schweiss richtung. Bei dieser Probenorientierung

umfasst die Rissfront mehrere Schweisslagen mit

einem makroskopisch inhomogenen Gefüge, für

welches das MC-Konzept gemäss Definition nicht

gilt. Es wurde geprüft, ob T-L-orientierte Proben für

die bruchmechanische Prüfung von Schweissgut

nach dem Prüfstandard ASTM E1921 geeignet sind.

In diesem Zusammenhang wurde der Einfluss der

Probenorientierung auf die Streuung der Bruchzähigkeit

und die daraus berechnete Referenztemperatur

T 0 untersucht. Es ergab sich, dass die

Streuung der Bruchzähigkeitswerte bei den T-Lorien

tierten Proben deutlich geringer ausfiel als bei

den T-S-Proben. Das Ergebnis lässt die Schlussfolgerung

zu, dass auch die T-L-orientierten Proben nach

ASTM E1921 auswertbar sind.

Im Jahre 2012 wurden zusätzliche angerissene

Kerbschlagproben verschiedener Orientierung geprüft.

Damit wurden die bisher vorgestellten Ergebnisse

zur Verteilung der Rissinitiierungsorte in T-Lbzw.

T-S-orientierten Proben ergänzt und der

Einfluss der Prüftemperatur auf die Spaltbruchinitiierung

untersucht. Weitere Tests mit gekerbten Proben

aus verschiedenen Dickenpositionen wurden

mit der Zielstellung durchgeführt, die damit ermittelten

mechanisch-technologischen Kennwerte

und die mit angerissenen Kerbschlagproben ermittelten

bruchmechanischen Parameter zu vergleichen.

Mit fraktographischen und metallograpischen

Untersuchungen konnten die bisherigen

Ergebnisse bestätigt werden, dass sich die Variation

des Gefüges nicht wesentlich auf die Verteilung der

Rissinitiierungsorte auswirkt. Mit diesen Untersuchungen

wurde das experimentelle Versuchsprogramm

abgeschlossen.

Bedeutung des Projekts,

Beitrag zur nuklearen Sicherheit

Die Richtlinie zur Alterungsüberwachung ENSI-B01

hat grosse praktische Bedeutung für den Langzeitbetreib

der Schweizer Kernanlagen, denn der Versprödungsgrad

des nicht austauschbaren RDB ist

einer der wichtigsten Faktoren für die Lebensdauer

eines Kernkraftwerks.

Die Richtlinie erlaubt die Festlegung der Referenztemperatur

(RT ref ) für die ASME-K IC -Grenzkurve auf

Basis der nach ASTM E1921 ermittelten T 0 . Die Formel

zur Bestimmung der Referenztemperatur

wurde aus den Ergebnissen des Projektes abgeleitet.

Insbesondere wurden folgende Grösseneffekte

und Streuungseinflüsse quantifiziert:

Temperaturverschiebung von 12.4K, um die

Äquivalenz der (grössenabhängigen) Kurve

K Jc-1T (T) für 5% Bruchwahrscheinlichkeit nach

ASTM E1921 und der (grössenunabhängigen)

unteren Grenzkurve K Ic (T) herzustellen;

1

ASTM E 1921–09, 10, 11: «Standard test method for determination

of reference temperature, T0, for ferritic steels in

the transition range». Annual Book of ASTM Standards, Vol.

03.01, Metals Test Methods and Analytical Methods, ASTM

International, West Conshohocken, PA, 2009, 2010 and 2011.

2

ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section XI, Division 1,

Paragraph NB 2331, American Society of Mechanical Engineers,

New York, 2004.

3

Wallin, K.: «The Master Curve: A New Method for Brittle

Fracture». Int. J. of Materials and Product Technology, Vol. 14,

No. 2/3/4, pp. 342, 1999.

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