Fluage à 500°C d'un joint soudé d'un acier 9Cr-1Mo modifié - Evolution de la microstructure et comportement mécanique

par Florian Vivier

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Jacques Besson.

Soutenue en 2009

à Paris, ENMP .

  • Titre traduit

    Creep behavior and evolution of microstructure of modified Grade 91 welded joint after short term exposure at 500°C


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  • Résumé

    Avec la demande croissante en énergie, la filière du nucléaire de fission se positionne comme une réponse fiable à ce besoin mondial. Dans le cadre de la mise au point des nouveaux réacteurs dits de la Génération IV et parmi les six systèmes de réacteurs retenus, la France s'attache notamment à la conception du Very High Temperature Reactor, qui prévoit l'utilisation de matériaux devant résister à plus hautes températures et plus longtemps. Parmi les matériaux existants, AREVA a fait le choix d'étudier le comportement mécanique du Grade 91 (Fe-9Cr-1Mo-NbV) pour équiper les gros composants. Ces gros composants sont des structures soudées, si bien que les soudures, points faibles potentiels, doivent être étudiées. Les trois partenaires industriels (AREVA, CEA, EDF) ont lancé une étude commune en octobre 2005 avec le Centre des Matériaux de l'Ecole des Mines de Paris sur le fluage d'un joint soudé de Grade 91. L'objectif de cette étude est de compléter les données existantes sur le comportement du Grade 91, métal de base et joint soudé, sous une sollicitation de fluage à 500°C pour des durées d'exposition allant jusqu'à 4500 h. Des essais de vieillissement thermique, de traction et de fluage à 450°C et 500°C, sur du métal de base et du joint soudé ont été réalisés. Différentes géométries d'éprouvettes de fluage de joint soudé ont été testées. Aucune évolution significative de la microstructure n'a été constatée en termes de nature et de taille de précipités et de dimension de la sous-structure par rapport à la microstructure avant essai. Peu d'endommagement par cavitation a pu être mis en évidence. Le mécanisme qui conduit à la ruine finale du matériau après fluage est de type viscoplastique à 500°C, contrairement à 625°C où l'endommagement par cavitation est la cause principale de la rupture des éprouvettes de fluage pour les temps d'exposition les plus longs. A partir des courbes expérimentales de fluage du métal de base et du joint soudé entier, un modèle phénoménologique de comportement de type Norton à 500°C est proposé. L'exposant de Norton du métal de base est de 19, alors que celui du joint soudé entier est de 18. Ces valeurs suggèrent la présence de contraintes internes et indiquent que le glissement des dislocations peut être le mécanisme qui contrôle la déformation par fluage. Les éprouvettes de joint soudé cassent dans le métal fondu en fluage et dans le métal de base en traction. La zone affectée thermiquement n'a pas de rôle visible dans la résistance de la structure à 500°C, du moins jusqu'à 4500 h. De ce fait, une décomposition en série du comportement en fluage du joint soudé entier peut être proposée à l'aide de ceux du métal fondu et du métal de base. Connaissant le comportement du métal de base et du joint soudé entier, il est possible d'ajuster les paramètres du modèle au métal fondu. Une autre méthode d'ajustement des paramètres du métal fondu est également proposée à partir des essais sur une géométrie amincie contenant uniquement du métal fondu. Les résultats de ces modèles sont cohérents avec les données de la littérature. Ce modèle permet de prédire le temps à rupture à plus long terme, en bon accord avec des résultats du CEA, avec des outils simples de modélisation

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  • Détails : 1 vol. (289 p.)
  • Annexes : Bibliographie 176 réf.

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