Studio della interazione acciaio-idrogeno nell’ambito di impianti energetici avanzati

L’impiantistica energetica è tra i campi applicativi più difficili per i materiali strutturali. Le sollecitazioni, di qualsiasi natura (termica, meccanica) e l’ambiente di lavoro delle strutture, costituiscono un inviluppo operativo estremamente severo.
La ricerca di prestazioni sempre più spinte delle macchine o le particolari condizioni di lavoro delle strutture “calde” di una macchina nucleare restringono la scelta dei materiali strutturali a leghe che presentino nel contempo elevate caratteristiche meccaniche a caldo, buona resistenza ambientale unite, per l’impiego in campo nucleare, ad elevata stabilità strutturale nelle condizioni di esercizio.
E’ stato studiato l’acciaio l’F82H (derivante dalla colata N° 42W-19), un ferritico a struttura fine, messo appunto in Giappone in base ad un programma europeo di sviluppo di materiali in campo nucleare, e fornitoci dall’Enea.
Questo materiale è stato progettato per costituire la prima parete di macchine nucleari a fusione; possiede gran parte delle caratteristiche necessarie a tale impiego, come:

• grande stabilità strutturale sotto irraggiamento, perchè dotato di un’eccellente resistenza allo “swelling”;
• caratteristiche meccaniche che presentano il giusto compromesso tra resistenza a medio e breve termine (trazione, creep, fatica termica, e proprietà di resistenza all’urto);
• bassa attivazione per la sostituzione di elementi fortemente indesiderabili quali Mo, Nb, Ni, con Ti, Ta, W, che danno effetto indurente per la formazione di carburi del tipo M23C6, M6C, M2C e MC.

Lo scopo della presente tesi è di determinare il comportamento del materiale in presenza dell’idrogeno.
Questo lavoro è stato realizzato usando 4 diverse metodologie sperimentali:
• frattura prematurata (con analisi dei diagrammi di trazione);
• misura del contenuto di idrogeno;
• analisi frattografica (SEM);
• analisi di microscopia elettronica in trasmissione (TEM).

Sono stati esaminati numerosi campioni.
Si è ottenuta un’ottima congruenza dei dati, che hanno dimostrato come questa lega non sia adatta per frenare la fragilizzazione da idrogeno.
La fase carburo, che ha lo scopo di conferire durezza al materiale e nello stesso tempo di sottrarre il carbonio che potrebbe dar luogo alla formazione di metano (CH4) con conseguente formazione di blistering , in realtà funge da trappola alta-energetica per l’idrogeno e quindi da innesco.