Anwendung des Master Curve-Konzeptes zur Charakterisierung der Zähigkeit neutronenbestrahlter Reaktordruckbehälterstähle

Die Anwendbarkeit des Master Curve-(MC-)Konzepts zur Charakterisierung des Zähigkeitszustandes bestrahlter Reaktordruck¬behälter-(RDB-)Stähle wurde an drei RDB-Stählen überprüft: IAEA-Referenzstahl 3JRQ57, 1JFL11 (vergleichbar mit 22NiMoCr3-7) sowie russischer WWER-440 Grundwerkstoff KAB-B. In Zugversuchen, Charpy-V-Tests, Risswiderstandskurven nach ASTM E1820 und Master Curve Tests zur Bestimmung der Referenztemperatur T₀ nach ASTM E1921 wurden der unbestrahlte Ausgangszustand, je drei Bestrahlungszustände bis hin zu Neutronenfluenzen von 100∙10¹⁸ n/cm² (E>1MeV) sowie bei 475°C/100h thermisch ausgeheilte Zustände untersucht. Mit zusätzlichen auf dem MC-Konzept basierenden Auswerteverfahren nach SINTAP, multimodalem MC-Ansatz (MML) sowie der Unified Curve erfolgte die Bewertung des Einflusses von Materialinhomogenitäten und möglicher MC-Formänderung bei hohen Fluenzen.
Wie erwartet geht Neutronenbestrahlung mit Verfestigung und Duktilitätsabnahme einher, d.h. Härte, Festigkeitskennwerte, Charpy-V-Übergangstemperaturen T_28J und T_41J sowie T₀ steigen mit der Neutronenfluenz, während die Bruchdehnung und Hochlagenzähigkeit abnehmen. Am bestrahlungsempfindlichsten reagiert der Stahl 3JRQ57, gefolgt von KAB-B und 1JFL11. Durch die Ausheilbehandlung von 475°C/100h erholen sich die Werkstoffkennwerte der Zugversuche, Charpy-V-Tests und MC-Versuche auf den jeweiligen unbestrahlten Ausgangszustand. Die technischen Ersatzkennwerte für duktile Rissinitiierung bleiben relativ unbeeinflusst von der Neutronenbestrahlung. Die MC nach ASTM E1921 beschreibt die Bruchzähigkeits-Temperaturverläufe für alle drei RDB-Stähle in allen Bestrahlungs- und Ausheilzuständen gut. Bei den niedrig und mittel bestrahlten Zuständen liegen meist mehr als 5% der K_Jc(1T)-Werte unterhalb der MC-Kurve für 5% Versagenswahrscheinlichkeit. Die MC beschreibt den hoch bestrahlte Zustand (ca. 100∙10¹⁸ n/cm², E>1MeV) aller drei RDB-Stähle sehr gut, auch für Daten außerhalb des Gültigkeitsbereiches T₀±50K, und auch für den bestrahlungsempfindlichen 3JRQ57 mit inhomogenem Gefüge. Die Unified Curve überbewertet den Einfluss der Neutronenbestrahlung auf die MC-Kurvenform. Eine mögliche Formänderung der MC durch Neutronenbestrahlung konnte bei keinem der drei untersuchten RDB-Stähle nachgewiesen werden.