Etude de la propagation par corrosion sous contrainte des aciers inoxydables austénitiques écrouis en milieu primaire de REP PDF Download
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Book Description
Certains composants des centrales nucléaires REP en aciers inoxydables austénitiques écrouis ont fissuré par CSC en milieu primaire nominal. Une première étude avait permis d'identifier les conditions de fissuration de ces aciers : dureté supérieure à 310 HV et sollicitation dynamique. La présente étude propose un cycle de sollicitation "optimal" de type trapèze, le plus proche d'un chargement statique, permettant la propagation d'une fissure en moins de 2000 heures. La recherche de ce cycle a permis d'étudier l'influence des paramètres mécaniques et du matériau sur la vitesse de propagation et de la morphologie du faciès de rupture. Les essais ont conduit à la propagation d'une fissure transgranulaire (traversée par des délaminations intergranulaires) dans les éprouvettes laminées alors qu'une fissure majoritairement intergranulaire survient dans les éprouvettes pré-écrouies par traction. Les conditions mécaniques appliquées (Kmax, rapport de charge R, temps de maintien) influent sur la vitesse de propagation et modifient la morphologie des faciès. On observe ainsi la disparition des stries de fatigue et un changement de mode de fissuration lorsque R atteint 0,8. La propagation se produit pendant le temps de maintien, pendant lequel survient un fluage significatif du fait d'un chargement cyclique. La confrontation de l'ensemble des résultats au seul modèle quantitatif disponible (Shoji) permet de conclure que la fissuration des aciers inoxydables en milieu primaire de REP ne survient pas par un processus de dissolution puis repassivation.
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Certains composants des centrales nucléaires REP en aciers inoxydables austénitiques écrouis ont fissuré par CSC en milieu primaire nominal. Une première étude avait permis d'identifier les conditions de fissuration de ces aciers : dureté supérieure à 310 HV et sollicitation dynamique. La présente étude propose un cycle de sollicitation "optimal" de type trapèze, le plus proche d'un chargement statique, permettant la propagation d'une fissure en moins de 2000 heures. La recherche de ce cycle a permis d'étudier l'influence des paramètres mécaniques et du matériau sur la vitesse de propagation et de la morphologie du faciès de rupture. Les essais ont conduit à la propagation d'une fissure transgranulaire (traversée par des délaminations intergranulaires) dans les éprouvettes laminées alors qu'une fissure majoritairement intergranulaire survient dans les éprouvettes pré-écrouies par traction. Les conditions mécaniques appliquées (Kmax, rapport de charge R, temps de maintien) influent sur la vitesse de propagation et modifient la morphologie des faciès. On observe ainsi la disparition des stries de fatigue et un changement de mode de fissuration lorsque R atteint 0,8. La propagation se produit pendant le temps de maintien, pendant lequel survient un fluage significatif du fait d'un chargement cyclique. La confrontation de l'ensemble des résultats au seul modèle quantitatif disponible (Shoji) permet de conclure que la fissuration des aciers inoxydables en milieu primaire de REP ne survient pas par un processus de dissolution puis repassivation.
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Depuis la fin des années 1990, de nombreux cas de fissuration par Corrosion Sous Contrainte (CSC) ont été constatés dans le circuit primaire des Réacteurs à Eau sous Pression (REP) sur des composants réalisés en aciers inoxydables austénitiques, et situés en dehors des zones de flux neutronique. L'écrouissage associé à la mise en oeuvre ou à l'assemblage de ces organes a été identifié comme étant à l'origine de cette sensibilité. La présente étude a pour objectif d'apporter des éléments de compréhension sur les facteurs favorisant la sensibilité de l'acier inoxydable austénitique 316L écroui par laminage (réduction d'épaisseur de 40%), par le biais de l'observation au MET de fissures de CSC et de l'étude de l'influence des teneurs en chrome et en nickel. Des essais cycliques menés en condition de fonctionnement REP (milieu, température et pression) ont été réalisés en autoclaves sur trois coulées (contenant différentes teneurs en chrome et en nickel dans l'intervalle autorisé par la spécification RCC-M 220) à des niveaux de contrainte élevés (situés entre limites d'élasticité et résistance à la rupture). Si les résultats obtenus ne suffisent pas à identifier l'influence des teneurs en chrome et en nickel, il a pu être constaté que les bandes de cisaillement persistantes (générées dans la microstructure par le laminage) constituent un facteur majeur de la sensibilité. Ce sont des zones sensibles à une forme de corrosion localisée qui se traduit par le développement d'un oxyde mixte fer/chrome conduisant à terme à une décohésion de la microstructure. L'orientation de ces bandes influence indiscutablement le développement de la fissure de CSC dans les premiers stades de l'amorçage.
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L'objectif de cette étude est de déterminer si l'utilisation d'azote dans l'élaboration d'aciers inoxydables austénitiques influence leur résistance à la Corrosion Sous Contrainte (CSC) en milieu chloruré. Dans ce but, il a été effectué d'une part un travail expérimental sur des aciers industriels modèles et, d'autre part, un travail de simulation numérique basé sur le Corrosion Enhanced Plasticity Model. L'étude de la résistance à la CSC des aciers d'étude sollicités en traction lente et sous charge constante nous a permis de montrer qu'à vitesse de déformation donnée, l'azote permet d'accroître la contrainte critique d'amorçage des fissures sans altérer leur vitesse de propagation. Nous montrons aussi que la teneur en azote influence la vitesse de fluage. Ceci a pour conséquence de modifier le comportement de l'acier en CSC (densité de fissures propagées, vitesse de propagation). Nous confirmons ainsi que l'azote intervient dans ce phénomène d'interaction corrosion déformation par l'intermédiaire de son effet durcisseur. Les simulations numériques nous permettent de retrouver semi quantitativement les résultats expérimentaux, apportant ainsi des réponses quant au mécanisme par lequel l'azote peut intervenir dans la propagation des fissures. Nous montrons que l'azote intervient dans la dynamique d'écrantage de la fissure par un empilement de dislocations via une force de friction. Nous concluons que l'utilisation de l'azote dans la composition d'aciers inoxydables austénitiques permet de bénéficier des avantages liés à l'accroissement des caractéristiques mécaniques sans altérer la propagation des fissures de Corrosion Sous Contrainte.
Author: Morgane Le Millier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Cette étude porte sur l'évolution de la microstructure des aciers inoxydables austénitiques sous irradiation et les conséquences de cette évolution sur leur comportement en milieu REP. Un acier 304L a été irradié aux protons à 360°C à 5 et 10 dpa. Suite à ces irradiations, la sensibilité du matériau à l'IASCC a été étudiée en milieu primaire simulé à 350°C, avec suivi par microextensométrie des champs locaux de déformation. Parallèlement à ce travail, des lames minces ont été irradiées in situ aux ions Ni++ à 500°C jusqu'à 2 dpa avec implantation simultanée d'hélium. Ces expérimentations nous ont permis (i) grâce au couplage microstructure /champs mécaniques /fissuration de mieux comprendre les paramètres responsables de l'amorçage de l'IASCC en milieu réducteur (ii) de définir le rôle joué par l'hélium sur l'évolution des défauts d'irradiation. Il s'avère que, dans les conditions d'étude, l'implantation d'hélium n'a qu'un effet limité sur les populations de boucles de dislocation et de cavités pour des rapports inférieurs à 800 appm He/dpa. Des cavités ont été observées avec et sans implantation d'hélium, y compris dans les joints de grains ce qui pourrait être un facteur de fragilisation. L'ensemble des essais de corrosion sous contrainte ont validé que la densité de fissures augmente avec l'augmentation du taux de déformation et qu'un chargement séquentiel conduit à une plus grande ouverture et propagation en surface des fissures. Ces fissures se propagent en profondeur dans la couche irradiée notamment du fait de la surcontrainte générée par le fort gradient de propriétés entre la zone irradiée et non irradiée du matériau. Les mécanismes de déformation activés sont complexes et du maclage a été observé après 2 et 10% de déformation macroscopique. La déformation après irradiation est fortement localisée sous forme de bandes intragranulaires et autour de certains joints de grains, mais la déformation de ces joints ne semble pas constituer un critère d'amorçage. L'absence de transmission de la déformation de part et d'autre des joints fissurés est par contre systématiquement observée et la connaissance de l'état de contrainte local s'avère indispensable pour décrire l'amorçage de l'IASCC en milieu réducteur. Une méthodologie basée sur l'exploitation des résultats expérimentaux (champs d'orientation cristallographique, champs cinématique) appliquée à une simulation aux éléments finis permet d'estimer l'état local de contrainte, seul à même de discriminer un critère d'ouverture de fissure.
Author: Marie Dumerval Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La majorité des composants internes de la cuve des réacteurs à eau pressurisée (REP) est fabriquée en acier inoxydable austénitique (304L ou 316L). Ces matériaux sont exposés à un milieu oxydant sous irradiation et subissent des contraintes mécaniques. Dans ces conditions, ils sont susceptibles de subir un endommagement par corrosion sous contrainte assistée par irradiation (IASCC ). La première étape des phénomènes de fissuration par IASCC est l'amorçage qui implique une rupture du film passif. La nature et la structure de l'oxyde formé sur ces aciers sont donc des paramètres clés vis-à-vis de l'amorçage de la fissuration par IASCC. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est d'une part de mieux appréhender les mécanismes d'oxydation des aciers inoxydables en milieu primaire et d'autre part d'étudier les effets des défauts créés par irradiation sur le film d'oxyde formé sur ces aciers. Des ions xénon ou des protons ont été implantés dans des échantillons d'acier inoxydable austénitique de type 316L, respectivement à une énergie de 240 et 230 keV, afin de simuler les défauts d'irradiation. Ces échantillons ainsi que des échantillons non implantés ont été exposés dans une boucle de corrosion, à 325°C en milieu aqueux, contenant 1000 ppm de Bore, 2 ppm de Lithium, et 1,19.10-3 mol.L-1 d'hydrogène dissous. Les échantillons ont été analysés par MET avant et après exposition en milieu primaire afin de caractériser, d'une part les défauts engendrés par l'implantation et d'autre part la nature, la structure et la morphologie de l'oxyde formé. La comparaison des échantillons implantés et non implantés a permis de montrer que la nature et la densité de défauts en sub-surface de l'alliage jouent un rôle sur la composition (principalement sur la teneur en Cr et en Mo) et l'épaisseur de la couche d'oxyde interne. L'étude de la cinétique d'oxydation par couplage de deux techniques d'analyse par faisceau d'ions (NRA et RBS) a permis de révéler des comportement différents entre les deux catégories d'échantillons : non implantés et implantés. Des essais de traçage isotopique (D et 18O) ont été menés afin d'étudier le mécanisme de formation de la couche interne ainsi que les mécanismes de transports associés. L'étude du transport de l'oxygène et de l'hydrogène à travers la couche interne et dans l'alliage sous-jacent (par SIMS et SDL) a permis d'aboutir à l'écriture d'un mécanisme de corrosion des aciers inoxydables austénitiques en milieu primaire. De plus, l'impact des défauts d'implantation sur ces phénomènes de transport a été étudié, mettant en évidence le rôle des défauts sur les propriétés de l'oxyde formé engendrant des modifications de transport de l'oxygène au sein de cette couche d'oxyde. Ces études de traçage isotopiques ont également permis de mettre en évidence une accumulation d'hydrogène dans l'alliage sous-jacent à l'oxyde. L'ensemble de ces résultats a permis d'apporter de nouveaux éléments de compréhension relatifs à la formation de la couche d'oxyde et à l'absorption d'hydrogène dans les aciers inoxydables austénitiques exposés en milieu primaire, et de mettre en avant l'effet des défauts d'implantation sur les propriétés de l'oxyde formé.
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LES ACIERS INOXYDABLES AUSTENITIQUES, DUCTILES A L'AIR, PRESENTENT EN MILIEU CHLORURE A CHAUD UNE RUPTURE MACROSCOPIQUEMENT FRAGILE, DISCONTINUE ET COMPOSEE DE FACETTES CRISTALLOGRAPHIQUES. L'INTERPRETATION DU CARACTERE CRISTALLOGRAPHIQUE DE CES FACIES CONSTITUE UNE DES CLES DE LA COMPREHENSION DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT EN CORROSION SOUS CONTRAINTE (CSC). AUSSI LE PREMIER OBJECTIF EST D'ETUDIER EN DETAILS LA MICROFRACTOGRAPHIE SUR MONO ET POLYCRISTAUX D'ACIERS DE TYPE 316L SOLLICITES EN MILIEU MGCL#2 A 117C A POTENTIEL LIBRE ( = 4.10#-#7 S#-#1). DEUX GRANDS TYPES DE RUPTURE SONT OBSERVES : UNE RUPTURE TRES FRAGILE QUI SOULIGNE LA POSSIBILITE DE L'AFFAIBLISSEMENT DES LIAISONS INTERATOMIQUES PAR LE MILIEU CORROSIF ET UNE RUPTURE DISCONTINUE A L'ECHELLE DU MICRON SUR LES PLANS DE GLISSEMENT, REPRESENTATIVE DE LA FRACTOGRAPHIE OBSERVEE SUR POLYCRISTAUX ET QUI EST EN BON ACCORD AVEC LE CORROSION ENHANCED PLASTICITY MODEL. A PARTIR DES IDEES DE CE MODELE, LE DEUXIEME OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST LA RECHERCHE D'UNE PARADE A LA CSC PAR LE BIAIS D'UN PREECROUISSAGE AVANT CSC. DEUX TYPES DE PREECROUISSAGE SONT TESTES. LE ROLE NEGATIF D'UN PREECROUISSAGE EN DEFORMATION MONOTONE EST REAFFIRME : LES PREMIERES FISSURES S'AMORCENT TRES TOT ET LA VITESSE DE PROPAGATION DES FISSURES EST AUGMENTEE. CECI S'EXPLIQUE PAR LE CORROSION ENHANCED PLASTICITY MODEL, AU TRAVERS DE L'INTENSIFICATION DES INTERACTIONS CORROSION-DEFORMATION LOCALES. A L'INVERSE, UN PREECROUISSAGE CYCLIQUE EST PARTICULIEREMENT BENEFIQUE. LES PREMIERES MICROFISSURES S'AMORCENT BEAUCOUP PLUS TARD ET LES NIVEAUX DE CONTRAINTE A RUPTURE SONT AUGMENTES. LE RETARD DE L'AMORCAGE DES PREMIERES FISSURES S'EXPLIQUE PAR UNE STRUCTURE DE DEFORMATION DE SURFACE TRES HOMOGENE QUI S'OPPOSE A UNE FORTE LOCALISATION DE LA DISSOLUTION ANODIQUE. ENFIN LA STRUCTURE DE DISLOCATIONS CREEE EN FATIGUE A SATURATION EST UNE STRUCTURE PLANAIRE DE BASSE ENERGIE QUI MINIMISE LES INTERACTIONS CORROSION-DEFORMATION A L'ORIGINE DE LA MICROFISSURATION.
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LA FISSURATION PAR CORROSION SOUS CONTRAINTE DES ADAPTATEURS DE COUVERCLE DE CUVE DES REP EST UN PROBLEME MAJEUR POUR L'INDUSTRIE ELECTRONUCLEAIRE. DANS L'OBJECTIF D'UNE MEILLEURE CONNAISSANCE DE L'INFLUENCE DES PARAMETRES MECANIQUES SUR LES PHENOMENES DE FISSURATION DE L'ALLIAGE 600 EN MILIEU PRIMAIRE DES REP, PAR CORROSION SOUS CONTRAINTE (CSC) ET FATIGUE CORROSION (FC), UNE ETUDE PARAMETRIQUE EST MENEE. DES ESSAIS DE PROPAGATION DE FISSURE SUR EPROUVETTES CT ONT ETE EFFECTUES SOUS CHARGEMENTS STATIQUES (ESSAIS DE CSC) ET CYCLIQUES DE BASSES FREQUENCES (ESSAIS DE FC). L'ANALYSE DES RESULTATS A PORTE SUR L'INFLUENCE DE LA FREQUENCE, DE LA FORME DES CYCLES, ET DU RAPPORT DE CHARGE SUR LES VITESSES ET LES MODES DE PROPAGATION DES FISSURES. ELLE A PERMIS DE CARACTERISER LE DOMAINE DE TRANSITION ENTRE LES PHENOMENES DE FISSURATION PAR CSC ET PAR FC. LES RESULTATS PERMETTENT DE DISTINGUER LES EFFETS DEPENDANTS DE FACTEURS ENVIRONNEMENTAUX DES EFFETS DEPENDANTS DE FACTEURS MECANIQUES, EN FONCTION DE LA FREQUENCE ET DE L'AMPLITUDE DU FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE DES ESSAIS, SUR LES VITESSES ET LES MODES DE PROPAGATION DES FISSURES. UNE ETUDE FRACTOGRAPHIQUE QUANTITATIVE ET DES OBSERVATIONS DE LA MICROSTRUCTURE EN POINTE DE FISSURE ONT CONDUIT A UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES TRANSITIONS DE MODE DE PROPAGATION DE LA FISSURE ENTRE LA CSC ET LA FC.
Author: Laure Tribouilloy
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