ETUDE METALLURGIQUE DE LA CORROSION SOUS CONTRAINTE EN MILIEUX AQUEUX DE L'ALLIAGE 600 (NC15FE) PDF Download
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LA FISSURATION PAR CORROSION SOUS CONTRAINTE DANS L'EAU AFFECTE LE COMPORTEMENT DES TUBES EN ALLIAGE 600 UTILISES POUR LA FABRICATION DES GENERATEURS DE VAPEUR DES REACTEURS NUCLEAIRES A EAU SOUS PRESSION. LA SENSIBILITE A LA FISSURATION DE L'ALLIAGE DEPEND DE SON ETAT MICROSTRUCTURAL. TOUT D'ABORD, NOUS AVONS CARACTERISE LES DIFFERENTES STRUCTURES METALLURGIQUES DES TUBES (REPARTITION DES CARBURES DE CHROME, TAILLES DE GRAINS, ECROUISSAGE SUPERFICIEL, ...) ET EXAMINE L'EFFET DES PRINCIPAUX PARAMETRES DE LEUR GAMME DE FABRICATION. NOUS AVONS MONTRE QUE LA CONNAISSANCE DE LA TENEUR EN CARBONE ET DE LA TAILLE DE GRAINS ETAIT SUFFISANTE POUR PREVOIR LA REPARTITION DES CARBURES AU SEIN DES TUBES. ENSUITE, NOUS AVONS ETABLI LES RELATIONS ENTRE LA SENSIBILITE A LA CORROSION SOUS CONTRAINTE DES TUBES ET LEUR STRUCTURE METALLURGIQUE. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LE ROLE NEFASTE DES FAIBLES TAILLES DE GRAINS ET DE LA PRECIPITATION INTRAGRANULAIRE SUR LA RESISTANCE A LA CORROSION SOUS CONTRAINTE DES TUBES. LE ROLE FAVORABLE DE LA PRECIPITATION INTERGRANULAIRE N'A PAS PU ETRE CLAIREMENT DISSOCIE DE CELUI DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DANS NOS ESSAIS OU LA DEFORMATION ETAIT IMPOSEE. ENFIN, NOUS AVONS MONTRE QUE LE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE ETAIT UN MECANISME DE DEFORMATION ACTIF A 360C ET EMIS L'HYPOTHESE QUE CELUI-CI POUVAIT PARTICIPER AU MECANISME DE FISSURATION PAR CORROSION SOUS CONTRAINTE EN FAVORISANT, PAR EXEMPLE, LA RUPTURE DU FILM PROTECTEUR. LA SENSIBILITE A LA FISSURATION DE L'ALLIAGE PEUT ETRE AINSI ETROITEMENT LIEE A LA VITESSE DE FLUAGE INTERGRANULAIRE: PLUS CETTE DERNIERE EST ELEVEE, PLUS LA RESISTANCE A LA FISSURATION DE L'ALLIAGE EST FAIBLE. PAR L'ETUDE DE LA PLASTICITE A TEMPERATURE AMBIANTE ET DU FLUAGE A 360C, NOUS AVONS DETERMINE L'INFLUENCE DES PRINCIPAUX PARAMETRES METALLURGIQUES SUR LE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE DE L'ALLIAGE 600: LES FAIBLES TAILLES DE GRAINS (G>9) ET LES CARBURES INTRAGRANULAIRES FAVORISENT LES CONCENTRATIONS DE CONTRAINTES ELEVEES PRES DES JOINTS DE GRAINS AU COURS DE LA DEFORMATION PLASTIQUE A TEMPERATURE AMBIANTE; LE CARBONE EN SOLUTION SOLIDE, EN BLOQUANT LE FLUAGE INTRAGRANULAIRE A 360C PEUT RENFORCER LE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE; LES CARBURES INTERGRANULAIRES FREINENT LE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE MAIS NE LE SUPPRIMENT PAS NECESSAIREMENT
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LA FISSURATION PAR CORROSION SOUS CONTRAINTE DANS L'EAU AFFECTE LE COMPORTEMENT DES TUBES EN ALLIAGE 600 UTILISES POUR LA FABRICATION DES GENERATEURS DE VAPEUR DES REACTEURS NUCLEAIRES A EAU SOUS PRESSION. LA SENSIBILITE A LA FISSURATION DE L'ALLIAGE DEPEND DE SON ETAT MICROSTRUCTURAL. TOUT D'ABORD, NOUS AVONS CARACTERISE LES DIFFERENTES STRUCTURES METALLURGIQUES DES TUBES (REPARTITION DES CARBURES DE CHROME, TAILLES DE GRAINS, ECROUISSAGE SUPERFICIEL, ...) ET EXAMINE L'EFFET DES PRINCIPAUX PARAMETRES DE LEUR GAMME DE FABRICATION. NOUS AVONS MONTRE QUE LA CONNAISSANCE DE LA TENEUR EN CARBONE ET DE LA TAILLE DE GRAINS ETAIT SUFFISANTE POUR PREVOIR LA REPARTITION DES CARBURES AU SEIN DES TUBES. ENSUITE, NOUS AVONS ETABLI LES RELATIONS ENTRE LA SENSIBILITE A LA CORROSION SOUS CONTRAINTE DES TUBES ET LEUR STRUCTURE METALLURGIQUE. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LE ROLE NEFASTE DES FAIBLES TAILLES DE GRAINS ET DE LA PRECIPITATION INTRAGRANULAIRE SUR LA RESISTANCE A LA CORROSION SOUS CONTRAINTE DES TUBES. LE ROLE FAVORABLE DE LA PRECIPITATION INTERGRANULAIRE N'A PAS PU ETRE CLAIREMENT DISSOCIE DE CELUI DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DANS NOS ESSAIS OU LA DEFORMATION ETAIT IMPOSEE. ENFIN, NOUS AVONS MONTRE QUE LE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE ETAIT UN MECANISME DE DEFORMATION ACTIF A 360C ET EMIS L'HYPOTHESE QUE CELUI-CI POUVAIT PARTICIPER AU MECANISME DE FISSURATION PAR CORROSION SOUS CONTRAINTE EN FAVORISANT, PAR EXEMPLE, LA RUPTURE DU FILM PROTECTEUR. LA SENSIBILITE A LA FISSURATION DE L'ALLIAGE PEUT ETRE AINSI ETROITEMENT LIEE A LA VITESSE DE FLUAGE INTERGRANULAIRE: PLUS CETTE DERNIERE EST ELEVEE, PLUS LA RESISTANCE A LA FISSURATION DE L'ALLIAGE EST FAIBLE. PAR L'ETUDE DE LA PLASTICITE A TEMPERATURE AMBIANTE ET DU FLUAGE A 360C, NOUS AVONS DETERMINE L'INFLUENCE DES PRINCIPAUX PARAMETRES METALLURGIQUES SUR LE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE DE L'ALLIAGE 600: LES FAIBLES TAILLES DE GRAINS (G>9) ET LES CARBURES INTRAGRANULAIRES FAVORISENT LES CONCENTRATIONS DE CONTRAINTES ELEVEES PRES DES JOINTS DE GRAINS AU COURS DE LA DEFORMATION PLASTIQUE A TEMPERATURE AMBIANTE; LE CARBONE EN SOLUTION SOLIDE, EN BLOQUANT LE FLUAGE INTRAGRANULAIRE A 360C PEUT RENFORCER LE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE; LES CARBURES INTERGRANULAIRES FREINENT LE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE MAIS NE LE SUPPRIMENT PAS NECESSAIREMENT
Author: Richard Rios Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 288
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Le (ou les) mécanismes de corrosion sous contrainte des tubes de générateurs de vapeur en alliage 600 des réacteurs à eau sous pression demeurent mal connus, malgré de nombreuses études sur le sujet. Ce travail s'est donc donné pour objectif d'améliorer la compréhension des mécanismes impliqués dans ce processus. Après une revue critique des mécanismes généraux de corrosion sous contrainte et un examen des faits expérimentaux concernant l'alliage 600 en relation avec l'applicabilité des mécanismes au système étudie, on a étudié lors d'essais de laboratoire l'effet des paramètres physico-chimiques et métallurgiques pertinents en regard des mécanismes : ajout d'hydrogène ou d'oxygène, microstructure, composition chimique locale. Les résultats obtenus, couplés à des dosages d'hydrogène dans le matériau après essai, ont permis de dégager les points suivants : i) l'hydrogène dans la solution favorise l'amorçage (via la dissolution/oxydation) et la propagation des fissures pour les faibles surpressions, puis cet effet s'inverse aux fortes surpressions. De plus, à température ambiante et sous chargement cathodique, l'hydrogène permet la fissuration de l'alliage 600. Toutefois, l'absorption d'hydrogène n'a pas pu être corrélée avec la sévérité de la fissuration ; ii) la fissuration du matériau par corrosion sous contrainte n'est pas accélérée par les paramètres favorisant la dissolution/oxydation, mais celle-ci semble être la première et indispensable étape de l'endommagement. L'ensemble des résultats obtenus montrent que les mécanismes de dissolution ou l'hydrogène ne suffisent pas à expliquer la fissuration de l'alliage 600 en milieu primaire. La mise en évidence en microscopie électronique à balayage de micro-facettes de clivage au voisinage des joints de grains sur les faciès de rupture d'éprouvettes plaide en faveur d'un nouveau mécanisme reposant sur des interactions corrosion/plasticité
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L'Alliage 600 (Ni-15%Cr-10%Fe) est réputé sensible à la Corrosion Sous Contrainte (CSC) en milieu primaire des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). Des études récentes ont montré que la diffusion du chrome était une étape limitante dans la compréhension des mécanismes de CSC. En particulier, le mécanisme d'oxydation interne contrôlé par le taux de défauts local. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse a été de produire des données expérimentales concernant la cinétique de diffusion du chrome en fonction de différents états métallurgiques. Les coefficients de diffusion du chrome ont été mesurés par Spectrométrie de Masse des Ions Secondaires (SIMS) et Spectrométrie à Décharge Luminescente (SDL) en volume et aux joints de grains dans la gamme de température 678 K-1060 K sur des échantillons en nickel pur et d'Alliage 600 monocristallin ou polycristallin. Une partie de cette thèse s'est focalisée sur l'effet de la déformation plastique sur la cinétique de diffusion du chrome pour des échantillons en nickel monocristallin (orienté 101). Les expériences de diffusion ont été réalisées sur des échantillons non déformés, pré-écrouis à 4% et 20% de déformation plastique et sur des essais in-situ de diffusion en fluage. Les résultats ont montré que les coefficients de diffusion mesurés sur les éprouvettes déformées plastiquement sous charge constante sont supérieurs de six ordres de grandeur à ceux obtenus à l'état non déformé ou pré-écroui. L'accélération de la cinétique de diffusion peut être attribuée à un couplage entre la mobilité des dislocations et la vitesse de déformation plastique.
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CETTE ETUDE A POUR OBJECTIF D'IDENTIFIER LES MECANISMES DE CORROSION SOUS CONTRAINTE DE L'ALLIAGE 600 EN MILIEU PRIMAIRE. LE TRAVAIL S'EST CONSTRUIT AUTOUR DE DEUX AXES DE RECHERCHE PRINCIPAUX : D'UNE PART PRECISER L'INFLUENCE DE L'HYDROGENE SUR LA CSC DE L'ALLIAGE 600 POLYCRISTALLIN INDUSTRIEL ET D'AUTRE PART, ETUDIER LES ETAPES D'AMORCAGE ET DE PROPAGATION DES FISSURES VIA L'UTILISATION DE POLYCRISTAUX ET DE MONOCRISTAUX. EN TRACTION LENTE, UNE POLARISATION CATHODIQUE N'A PAS D'EFFET SUR L'AMORCAGE DES FISSURES. EN REVANCHE, LA VITESSE DE PROPAGATION LENTE AUGMENTE D'UN FACTEUR 2 A 5. L'EFFET DE CE FACTEUR AINSI QUE DE LA COUCHE ECROUIE ET D'UNE TENEUR EN HYDROGENE DE 25 CM#3 TPN/KG EST DE PERMETTRE D'ATTEINDRE LE K#I#C#S#C ET DONC LE STADE DE PROPAGATION RAPIDE. L'ETUDE DU COMPORTEMENT DE MONOCRISTAUX D'ALLIAGE 600 EN MILIEU PRIMAIRE MONTRE QUE L'AMORCAGE DE FISSURES TRANSGRANULAIRES EST IMPOSSIBLE, ALORS QUE LEUR PROPAGATION EST POSSIBLE SUR DES EPROUVETTES PREFISSUREES. LES FISSURES TRANSGRANULAIRES PRESENTENT UN ASPECT CRISTALLOGRAPHIQUE PROCHE DE CELUI DES ACIERS INOXYDABLES EN MILIEU MGCL#2. DE PLUS, CERTAINS RESULTATS PERMETTENT DE PRECISER LES CONDITIONS DE LA FISSURATION. PREMIEREMENT, LES COURANTS DE REPASSIVATION DE L'ALLIAGE 600 DIMINUENT LORSQUE LA TENEUR DU MILIEU EN HYDROGENE AUGMENTE. CET EFFET N'EST PAS CORRELE A LA SENSIBILITE A LA CSC. UN ROLE DIRECT DE L'HYDROGENE EN SOLUTION AQUEUSE SUR LA DISSOLUTION NE SUFFIT DONC PAS A EXPLIQUER LA FISSURATION. DEUXIEMEMENT, LE COMPORTEMENT MECANIQUE DE L'ALLIAGE 600 PREALABLEMENT CHARGE EN HYDROGENE N'EST PLUS AFFECTE PAR LA FPH AU DELA DE 200C. TROISIEMEMENT, PLUSIEURS RESULTATS MONTRENT QUE LE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE N'EST QU'UN MARQUEUR DE LA SENSIBILITE MECANIQUE DES JOINTS DE GRAINS DE L'ALLIAGE 600. L'ENSEMBLE DE CES RESULTATS PERMET DE TIRER PLUSIEURS CONCLUSIONS SUR LES MECANISMES PROPOSES POUR LA CSC DE L'ALLIAGE 600. CONCERNANT L'AMORCAGE, UNE CONTRIBUTION DIRECTE DE L'OXYDATION INTERNE OU DE L'HYDROGENE ABSORBE EST ENVISAGEABLE. AU NIVEAU DE LA PROPAGATION, IL EST DESORMAIS POSSIBLE D'ECARTER LES MECANISMES DE DISSOLUTION, D'OXYDATION INTERNE ET DE FRAGILISATION GLOBALE PAR L'HYDROGENE. EN REVANCHE, LE CORROSION ENHANCED PLASTICITY MODEL, BASE SUR DES INTERACTIONS ENTRE L'HYDROGENE ET LA DEFORMATION, PERMET D'EXPLIQUER LA PROPAGATION DES FISSURES DE CSC DE L'ALLIAGE 600.
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L'objectif de ce travail est d'améliorer la compréhension des phénomènes de Corrosion Sous Contrainte (CSC) susceptibles d'être rencontrés sur les fils d'armures des conduites flexibles, faits d'aciers ferrito-perlitiques. Dans l'annulaire des conduites flexibles, l'environnement chimique des aciers est constitué d'une « eau de mer » confinée et saturée en CO2. Celui-ci favorise la formation d'une couche protectrice de sidérite qui semble avoir un effet déterminant sur la vitesse de corrosion de l'acier. Les conditions de service entrainant des fluctuations de l'environnement ou des contraintes appliquées s'ajoutant à des contraintes résiduelles peuvent provoquer la rupture des conditions d'équilibre entre l'acier et son environnement protecteur, et amorcer ainsi la CSC.Les paramètres microstructuraux et mécaniques qui gouvernent l'amorçage et la propagation de fissures par CSC dans les aciers ferrito-perlitiques dans un milieu confiné simulé sont identifiés au moyen d'essais de traction lente menés sous différents potentiels électrochimiques sur des éprouvettes lisses et micro-entaillées. La phase d'amorçage met en jeu des effets de synergie entre la localisation de la plasticité et la dissolution de l'acier. Cependant, des effets de l'hydrogène doivent être pris en compte dans la propagation des fissures. L'hydrogène, au travers d'interactions hydrogène/plasticité, entraine l'avancée des fissures. Il a été également démontré que l'emploi de microstructures particulières peut favoriser ou retarder les effets de l'hydrogène sans pour autant affecter la limite d'élasticité de la même manière.
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La corrosion sous contrainte (CSC) est un mode de dégradation qui affecte de nombreux alliages au sein des réacteurs à eau sous pression, notamment les alliages base nickel tubes des générateurs de vapeur (GV). La fissuration qu'elle engendre intervient tant du côté primaire que secondaire, en particulier dans des zones où la composition du milieu est mal définie. La sensibilité à la CSC des alliages base nickel dépend de leur teneur en chrome, ce qui a conduit au remplacement de l'alliage 600 (15% Cr) par l'alliage 690 (30% Cr). L'objectif de cette thèse est double : i) observer l'effet de la teneur en chrome sur la corrosion et ii) caractériser l'effet du milieu sur le mode de dégradation d'un tube de GV. Pour ce faire un tube industriel et des alliages modèles, à teneur en chrome contrôlée, ont été étudiés. La mise en oeuvre de diverses techniques de caractérisation : SIMS ; MET – FEG : préparation des lames minces, HAADF, EELS, EDX - nous a permis d'étudier les produits de corrosion en surface et au sein même des fissures de CSC. L'influence de la teneur en chrome et de l'état de surface sur la corrosion généralisée a été mise en évidence pour les alliages modèles. De plus, nous avons observé la présence d'oxygène le long de jonctions triples plusieurs micromètres sous la surface. Les essais de CSC montrent l'effet bénéfique du chrome pour des teneurs comprises entre 5% et 30%. La déformation modifie la structure des couches d'oxyde interne riches en chrome et donc leur caractère protecteur. Des fissures de CSC obtenues dans différents milieux ont été caractérisées par MET. Les couches d'oxydes formées dans les fissures diffèrent de celles observées en surface, ce qui révèle une modification du milieu et des conditions au sein des fissures. Ainsi, nous avons pu établir des caractéristiques structurales des produits de corrosion (en surface et dans les fissures) qui constituent une signature des différents milieux étudiés.
Author: DENIS.. GARRIGA-MAJO
Author: DENIS.. GARRIGA-MAJO
Author: Richard Rios
Author: 
Author: Electricité de France. Direction des études et recherches
Author: Bogdan-Adrian Chetroiu
Author: FRANCOIS.. FOCT
Author: 
Author: Alix Vancostenoble
Author: Frédéric Delabrouille
Author: Electricité de France. Direction des études et recherches