Irradiation programme HFR phase IIb - SPICE. Impact testing on up to 16.3 dpa irradiated RAFM steels. Final report for task TW2-TTMS 001b-D05

Bestrahlungsprogramm HFR Phase IIb – SPICE: Kerbschlagbiegeuntersuchungen an bis 16.3 dpa bestrahlten RAFM Stahlen Die Untersuchung des bestrahlungsinduzierten Versprodungsverhaltens von niedrigaktivierbaren ferritisch-martensitischen (RAFM) Stahlen bildet das Ziel der vorliegenden Arbeit. Die Neutronenbestrahlung bei verschiedenen Bestrahlungstemperaturen (250-450 °C) bis zu einer Schadigung von 16,3 dpa (nominell) wurde im Hoch Fluss Reaktor („High Flux Reactor“) Petten im Rahmen des HFR Phase IIb (SPICE) Bestrahlungsprogramms durchgefuhrt. Die Kerbschlageigenschaften wurden an miniaturisierten Charpy-V Proben (des KLST Typs) mittels der instrumentierten Kerbschlagbiegeversuche ermittelt. Der Hauptschwerpunkt des Bestrahlungsprogramms liegt in der Untersuchung des Einflusses der Neutronenbestrahlung auf die mechanischen Eigenschaften von einem europaischen RAFM Referenzstahl fur die Erste Wand des Demonstrationsreaktors (DEMO), EUROFER97, bei zwei verschiedenen Warmebehandlungen. Die mechanischen Eigenschaften von EUROFER97 wurden mit denen von internationalen Referenzmaterialien (F82H-mod, OPTIFER-Ia, GA3X und MANET-I), welche im SPICE Projekt untersucht wurden, verglichen. Die Bestrahlungsresistenz von bis 16,3 dpa bei 250-450 °C bestrahltem EUROFER97 ist vergleichbar mit der von besten Referenz-Strukturmaterialien. Es wurde fur alle untersuchten RAFM Stahle eine erhebliche Tieftemperaturversprodung (Tirr ≤ 300 °C) beobachtet. Die Warmebehandlung von EUROFER97 bei hoherer Austenisierungstemperatur fuhrt zur wesentlichen Verbesserung des Versprodungsverhaltens bei niedrigen Bestrahlungstemperaturen (Tirr ≤ 350 °C). Bei Tirr ≥ 350 °C liegen die Sprodbruchubergangstemperaturen (DBTT) von untersuchten niedrigaktivierbaren Stahlen unterhalb von -20 °C und damit weit unterhalb der Anwendungstemperatur. Die Analyse des Verfestigungs- vs. Versprodungs- Verhaltens deutet auf die verfestigungsdominierte Versprodung unterhalb von Tirr ≤ 350 °C mit 0,17≤ C100 ≤ 0,53 °C/MPa. Oxiddispersionsgeharteter ODS EUROFER Stahl mit 0,5 wt.% Y2O3 wurde bei ausgewahlten Temperaturen bestrahlt. Bereits im unbestrahlten Zustand zeigte ODS EUROFER keine be- friedigende Kerbschlagbiegeeigenschaften, gekennzeichnet durch eine niedrige USE = 2,54 J und durch eine grose DBTT = 135 °C. Die Zunahme von USE fur Bestrahlungstemperaturen unterhalb von Tirr ≤ 350°C deutet auserdem auf ein nicht optimiertes Herstellungsverfahren. Bei Tirr = 250 °C ist die bestrahlungsinduzierte Verschiebung der Ubergangstemperatur vergleichbar mit der vom EUROFER97. Bei hoheren Bestrahlungstemperaturen zeigt hingegen ODS EUROFER grosere Versprodung im Vergleich zum Referenzmetall. Die Rolle des Heliums in der Materialversprodung wurde an EUROFER97 basierten Stahlen untersucht, welche mit verschiedenem Bor Gehalt (0,008-0,112 wt.%) dotiert wurden. Bor dotierte Proben zeigen zunehmende Versprodung und Abnahme der Zahigkeit mit der Zunahme des generierten Helium Gehalts. Bis zu einem Helium Gehalt von 84 appm ist bei Tirr = 250 °C Helium induzierte Versprodung auf Helium induzierte Verfestigung zuruckzufuhren. Hohere Helium Konzentrationen fuhrten zu weiteren Versprodungsmechanismen zusatzlich zur Helium induzierten Verfestigung.