Learnings from EDF investigations on SG divider plates and vessel head nozzles: evidence of prior deformation effect on stress corrosion cracking
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EDF Engineering Division, CEIDRE
2
EDF R&D
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(EDF Nuclear Operation Division, UNIE (France)
Nickel Based alloys Stress Corrosion Cracking (SCC) has been a major concern for all the Nuclear Power Plants (NPP) utilities since the beginning of the 1970’s. At EDF, the 1990’s were marked by the occurrence of cracks on vessel head nozzles. These cracks were responsible for a leak at Bugey 3 vessel head, which was the precursor leading to the replacement of all vessel heads. From 2002, new cases of Stress Corrosion Cracking were reported on Steam Generator (SG) Divider Plates (SGDP) welded junctions. These cracks are periodically inspected in-service and reparations could be performed in case of a significant evolution of the phenomenon even if the safety issue is less relevant than for the vessel head nozzles. Both issues have lead to an important non-destructive testing (NDT) program and to destructive investigations campaigns. NDT were performed on an exhaustive basis for all vessel head nozzles and for all the divider plates of 900 MWe plants. Destructive investigations were performed on more than 30 vessel head nozzles and on 6 divider plates. The last investigations were performed on samples from two decommissioned Steam Generators of Chinon B1 which present SCC cracks.
In this article, the main conclusions driven from the analysis of both NDT and destructive investigation results are reported and a comparison of the behaviours of divider plates and vessel head nozzles is given.
Results give evidence that prior plastic deformation of the components before operation is fundamental for the further environmental behaviour of the material. Analysis of field experience based on parameters characteristics of prior deformation and parameters characteristics of material microstructure can be used to account for the components which are the most sensitive to SCC cracking. Some perspectives on SCC predictive models are also presented.
Résumé
La corrosion sous contrainte des alliages base Nickel a été un problème majeur de l’ensemble des exploitants de centrales à eau sous pression depuis le début des années 1970. Pour les tranches françaises, les années 1990 ont été marquées par le problème générique de fissuration des adaptateurs de couvercles de cuve en alliage 600. Ce phénomène a conduit à une maintenance exceptionnelle par remplacement des 54 couvercles de ce type entre 1991 et 2009.
A partir de 2002, des nouveaux cas de corrosion sous contrainte ont été rapportés au niveau des jonctions soudées des cloisons de générateurs de vapeurs (GV). Ces fissures, peu profondes, font aujourd’hui l’objet d’un suivi en service adapté et pourraient être réparées en cas d’évolution du phénomène, même si l’enjeu de sureté est moindre que pour les adaptateurs de couvercle. Les deux problèmes ont conduit à d’importantes campagnes d’Examens Non Destructifs (END) et d’expertises destructives en laboratoire. Les END ont concerné la quasi-totalité des adaptateurs de couvercles et des cloisons de GV des tranches 900 MWe. Les expertises destructives ont été réalisées sur plus de 30 adaptateurs de couvercle et sur 6 cloisons de GV. Les dernières investigations ont été réalisées sur deux cloisons de GV déposés, choisies pour leur sensibilité supposée à la CSC.
Dans cet article, les principales conclusions issues des analyses des END et des expertises destructives sont présentées, les comportements des cloisons de GV et des adaptateurs de couvercle sont comparés. Les résultats montrent clairement que les déformations plastiques des composants préalablement à la mise en service jouent un rôle prépondérant dans le comportement en exploitation. Le retour d’expérience peut être explicité sur la base de paramètres influents relatifs aux déformations subies et aux microstructures. Ces éléments de compréhension sont des clés essentielles pour améliorer les modèles prédictifs de la CSC et consolider les stratégies de maintenance.
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