Études structurales de l'acier cryogénique 9 % Ni utilisant les méthodes avancées sur les grands instruments

par Sara Hany

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Edmond Abi Aad et de Eugène Bychkov.

Soutenue le 13-05-2015

à Dunkerque , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq) , en partenariat avec Laboratoire de physico-chimie de l'atmosphère (Dunkerque, Nord) (laboratoire) , Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant (laboratoire) , Laboratoire de PhysicoChimie de l'Atmosphère / LPCA (laboratoire) et de Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant / UCEIV (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Bernard Vogt.

Le jury était composé de Edmond Abi Aad, Eugène Bychkov, Dominique Carrouge.

Les rapporteurs étaient David Le Coq, Angéline Poulon.


  • Résumé

    Face à l'augmentation générale de la consommation d'énergie, l'exploitation du Gaz Naturel Liquéfié (GNL) connaît un intérêt croissant, d'où un marché en forte expansion avec de nombreux projets d'installation de terminaux méthaniers. Les installations de gaz naturel liquéfié ont la particularité de fonctionner à très basses températures (~ -160°C), ce qui exige l'utilisation de matériaux particuliers présentant des caractéristiques adaptées aux températures extrêmes. Cette étude nous a permis d'évaluer le comportement structural de l'acier 9% Ni métal de base, consistant en une phase ferrique d'un grain martensitique en présence d'austénite, utilisé dans la construction du réservoir interne de stockage du GNL.Ce métal présente des domaines inhomogènes au niveau mésoscopique principalement formés par la phase austénitique riche en Ni mis en évidence par la diffusion des neutrons aux petits angles. Suite à une déformation mécanique, une augmentation du pourcentage de la phase austénitique est observée au niveau de la zone de déformation plastique. Ce phénomène est probablement dû à la diffusion préférentielle du Ni le long des dislocations au cours du traitement mécanique et son accumulation au niveau de cette zone. Au cours du processus de soudage, une diffusion intergranulaire du Ni au sein de la zone affectée thermiquement (ZAT) est observée. Ce phénomène permet de stabiliser la phase austénitique au niveau de la ZAT et d'améliorer les propriétés mécaniques au sein de cette zone. La déformation mécanique appliquée à basse température sur l'acier 9% Ni, ne détériore pas les propriétés structurales de ce matériau.

  • Titre traduit

    Structural studies of 9% Ni cryogenic steel using advanced methods


  • Résumé

    Due to the overall increase in energy consumption, the use of the Liquefied Natural Gas (LNG) is experiencing an increasing interest, resulting in a rapidly growing market with many LNG terminals installation projects. LNG installations have the particularity of operating at extremely low temperatures (~ -160°C), which requires materials with specific characteristics suitable to extreme temperatures. This study allowed us to evaluate the structural behavior of the base metal 9% Ni steel, consisting of a ferritic phase with a martensitic grain in the presence of residual austenite, used in the construction of the inner wall of LNG storage tank. This metal presents, at the mesoscopic level, non-homogeneous domains formed primarily by the Ni rich austenitic phase revealed by small angle neutron scattering. Due to a mechanical deformation, an increase in the percentage of the austenitic phase is observed at the plastic deformation zone. This phenomenon is probably due to the preferential diffusion of Ni along dislocations during the mechanical treatment and its accumulation at this area. During the welding process, a grain boundary diffusion of Ni in the Heat Affected Zone (HAZ) is observed. This phenomenon allows the stabilization of the austenitic phase at the HAZ and the improvement of the mechanical properties within this area. Mechanical deformation applied at low temperatures on the 9% Ni steel, does not deteriorate the structural properties of the material.


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