Nuclear Waste Canister : Evaluating the mechanical properties of cassette steel after casting

• Main Authors: Fager, Fredrick, Chanouian, Serg
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Materialvetenskap 2017
• Subjects: Nuclear waste canister; Steel; nodular cast iron; carbon diffusion; microstructure; chemical composition; mechanical properties; pearlite; ferrite; BWR; radioactive; Metallurgy and Metallic Materials; Metallurgi och metalliska material
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-209803

Företaget Svensk Kärnbränslehantering AB (SKB) håller på att utveckla en slutförvaringskapsel som kommer innehålla avfall från den svenska kärnkraften. Det är dock fortfarande en process under utveckling och därför undersöks olika typer av metoder och kapselmaterial för att kunna tillverka en hållbar och säker kapsel. Kapseln består av ett hölje av kopparrör med svetsad botten och lock och en insats med stållock. Insatsen är en cylindrisk konstruktion  av segjärn och innehåller en svetsad stålkassett för att skapa utrymmen till det använda kärnbränslet. Insatsen innehåller bland annat stålrör som under tillverkning får utstå en gjutprocess med segjärn och erhåller efter det icke homogena egenskaper. Målet med undersökningen är hur stor påverkan gjutningen har på stålets kemiska sammansättning samt mikrostrukturer. Det som orsakar de inhomogena egenskaperna är främst värmebehandlingen som driver diffusionen av kol från gjutjärnet till stålet, som då ger ett hårdare men sprödare material. Med hjälp av experiment och simuleringar upptäcks hur mycket kol som diffunderar in i stålet samt ändringar i den kemiska sammansättningen i de påverkade zonerna. Identifiering av fasomvandlingar, diffusion och ändringar i mikrostrukturer är stora faktorer som i sin tur ändrar de mekaniska egenskaperna i stålet. === The Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB) have developed a final storage canister that will contain waste from the Swedish nuclear power plants. However, it is still in a development phase and therefore different types of methods and canister materials are investigated to produce the most durable and safe canister. The canister is made of a copper tube with a welded bottom and lid with an insert. The insert is a cylindrical construction of nodular cast iron that contains a welded steel cassette, to make space for the spent fuel, and a steel lid. The steel tubes showed inhomogeneous properties after being exposed to a casting around them. The aim of this investigation is to clarify the impact of casting on the chemical composition of the steel as well as the microstructure. The cause to the inhomogeneous properties were the diffusion of carbon from the cast iron to the steel, which then produced a harder and more brittle material. Experiments and simulations were used to see the carbon diffusion into the steel as well as what happens with the chemical composition in the affected zones. Identification of phase changes, diffusion and microstructures contributed to changes of mechanical properties in the steel.