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Facteurs métallurgiques et mécaniques contrôlant l'amorçage de défauts de corrosion sous contrainte dans l'alliage 718 en milieu primaire des réacteurs à eau sous pression

Deleume, Julien (2007) Facteurs métallurgiques et mécaniques contrôlant l'amorçage de défauts de corrosion sous contrainte dans l'alliage 718 en milieu primaire des réacteurs à eau sous pression. (Metallurgical and mechanical parameters controlling alloy 718 stress corrosion cracking resistance in PWR primary water.)

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Abstract

L'amélioration continue des performances et de la fiabilité des assemblages de combustible des réacteurs à eau sous pression nécessite de bien connaître les marges de fonctionnement des structures et des matériaux les constituant. Le choix de l'alliage 718 comme matériau de référence pour cette étude répond à la volonté industrielle d'identifier les paramètres du premier ordre contrôlant l'excellente tenue à l'amorçage de défauts de Corrosion Sous Contrainte (CSC) de cette nuance. A cette fin, un essai spécifique d'amorçage de défauts de CSC a été développé et modélisé. La sélectivité de cet essai de traction lente en milieu primaire REP simulé à 350°C sur éprouvette emboutie en V a été clairement établie à l'aide de neuf coulées de feuillards en alliage 718. Indépendamment de leur origine (élaborateur et/ou transformateur) et bien qu'ayant un passé thermomécanique analogue, elles présentent des niveaux de sensibilité à l'amorçage de défauts très différents. L'ensemble des matériaux caractérisés développent des couches d'oxydes de nature, compositions et dimensions analogues pour une large gamme de durées d'exposition en milieu primaire REP simulé réalisée dans l'intervalle de températures [320°C – 360°C]. Des analyses SIMS ont permis de mettre en évidence un processus d'oxydation intergranulaire et/ou interne sur des profondeurs micrométriques, accompagné par la présence d'oxygène dissous en amont de ces pénétrations intergranulaires. En outre, il a été établi que le niveau de résistance à l'amorçage de défauts de CSC de l'alliage 718 n'est pas modifié par la précipitation en quantité plus ou moins importante de la phase δ, quelles que soient sa morphologie et sa localisation. L'étude des effets de la mécanique sur le comportement de l'alliage 718 vis-à-vis de l'amorçage de défauts de CSC a permis d'établir que le niveau de sensibilité intrinsèque d'une coulée à la fissuration intergranulaire fragile semble être lié à la teneur de l'alliage en espèces interstitielles. De plus, le déclenchement d'instabilités plastiques de type PLC permet à lui seul d'inhiber la rupture intergranulaire à caractère fragile de l'alliage. L'étude de la localisation de la déformation par EBSD semble montrer que les différents niveaux de sensibilité observés peuvent être reliés à une tendance plus ou moins prononcée du matériau à localiser la déformation, générant ainsi de fortes incompatibilités entre grains. ABSTRACT : Improving the performance and reliability of the fuel assemblies of the pressurized water reactors requires having a perfect knowledge of the operating margins of both the components and the materials. The choice of alloy 718 as reference material for this study is justified by the industrial will to identify the first order parameters controlling the excellent resistance of this alloy to Stress Corrosion Cracking (SCC). For this purpose, a specific slow strain rate (SSR) crack initiation test using tensile specimen with a V-shaped hump in the middle of the gauge length was developed and modeled. The selectivity of such SSR tests in simulated PWR primary water at 350°C was clearly established by characterizing the SCC resistance of nine alloy 718 thin strip heats. Regardless of their origin and in spite of a similar thermo-mechanical history, they did not exhibit the same susceptibility to SCC crack initiation. All the characterized alloy 718 heats develop oxide scale of similar nature for various exposure times to PWR primary medium in the temperature range [320°C – 360°C]. δ phase precipitation has no impact on alloy 718 SCC initiation behavior when exposed to PWR primary water, contrary to interstitial contents and the triggering of plastic instabilities (PLC phenomenon).

Department:Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Andrieu, Eric
Uncontrolled Keywords:Alliage 718 - Amorçage - Corrosion sous contrainte (CSC) - Oxydation interne - Phase delta - Phénomène Portevin-Le Châtelier (PLC) - SIMS. KEYWORDS: Alloy 718 - Crack initiation - Stress corrosion cracking (SCC) - Internal oxidation - Delta phase - Portevin-Le Châtelier effect (PLC) - SIMS
Subjects:Materials science > Materials deterioration : corrosion, oxidation
Deposited On:27 March 2008

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