Contribution à la compréhension des mécanismes de fluage de l'acier austénitique inoxydable 316L(N) pour 60 ans de durée de fonctionnement : lien l'évolution microstructurale (précipités, dislocations) et l'endommagement

par Oguz Ozdemir (Oguz)

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Luc Salvo, Emilie Ferrier et de Yves Bréchet.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (laboratoire) depuis le 15-04-2019 .


  • Résumé

    Les composants des Réacteurs à Neutrons Rapides refroidis au Sodium (RNR-Na) situés dans le collecteur chaud (cuve interne, Bouchon Couvercle Coeur, Echangeurs Intermédiaires, …) sont soumis à des températures allant de 500°C à 575°C pour une durée de fonctionnement pouvant atteindre 60 ans pour les composants non remplaçables. A ces températures, l'acier inoxydable austénitique 316L(N) retenu pour ces applications est soumis au vieillissement thermique ainsi qu'à différentes sollicitations telles que le fluage, la fatigue-fluage, la déformation progressive. Le matériau devra aussi présenter après vieillissement une ductilité résiduelle et des caractéristiques de traction suffisantes. La justification à 60 ans de ces composants demande donc de disposer de données de fluage jusqu'à de très longues durées (jusqu'à 240 000 h) qui ne sont pas disponibles, même dans le cadre des programmes antérieurs issus de Phénix et SuperPhénix, et qui ne le seront pas avant 2030 pour les premières d'entre elles. Par ailleurs, la fabrication des composants concernés fait appel à des approvisionnements de différentes natures (tôles, virole, plaque forgée de forte épaisseur) et impliquera la fourniture de nombreuses coulées matière. Si ces approvisionnements sont réalisés selon les spécifications du code RCC-MRx, des études de R&D ont mis en évidence une influence significative de certains facteurs métallurgiques notamment la teneur des éléments chimiques tels que carbone, bore et azote sur les caractéristiques mécaniques en service. Comprendre et anticiper l'évolution de l'acier 316L(N) au cours de maintien de très longue durée aux températures de service constitue un enjeu majeur dans la définition et justification des composants des RNR-Na mais aussi d'une manière plus large pour tout composant en acier austénitique inoxydable fonctionnant à haute température pour des durées importantes (thermique à flammes, AGR, ..). Optimiser ses caractéristiques en température en étant plus prescriptif sur la composition chimique requise à l'intérieur des spécifications est aussi un enjeu d'intérêt. L'approche métallurgique explicitée dans cette étude d'opportunité doit permettre avec les outils de caractérisation disponibles (MEB, DRX, MET, Tomographie) mais aussi de simulation (calculs thermodynamiques tels que MATCALC ou THERMOCALC) d'apporter des éléments pertinents pour aider à la construction d'une compréhension et d'une prédiction robuste du comportement en fluage à long terme.

  • Titre traduit

    Contribution to the understanding of the creep mechanisms of 316L(N) austenitic stainless steel for 60 years of operation: link microstructural evolution (precipitates, dislocations) and damage


  • Résumé

    The components of Sodium-Cooled Fast Neutron Reactors (RNR-Na) located in the hot collector (pressure vessel, Core Cover Plug, Intermediate Exchangers,...) are subjected to temperatures ranging from 500°C to 575°C for an operating time of up to 60 years for non-replaceable components. At these temperatures, the austenitic 316L (N) stainless steel used for these applications is subjected to thermal ageing and various mechanical stresses such as creep, creep-fatigue. The material must also have sufficient residual ductility and tensile properties after ageing. The 60-year justification of these components therefore requires creep data for very long periods of time (up to 240,000 hours), which are not available, even under the previous programmes of Phoenix and SuperPhenix, and which will not be available until 2030 for the former. In addition, the manufacture of the components concerned requires supplies of various types (sheet metal, thick forged plate) and will involve the supply of numerous material castings. While these supplies are carried out according to the specifications of the RCC-MRx code, R&D studies have shown a significant influence of certain metallurgical factors, in particular the content of chemical elements such as carbon, boron and nitrogen, on the mechanical characteristics in service. Understanding and anticipating the evolution of 316L(N) steel during very long service life at operating temperatures is a major challenge in defining and justifying the components of RNR-Na but also more broadly for any austenitic stainless steel component operating at high temperature for long periods of time (flame thermal, AGR, etc.). Optimizing its temperature characteristics by being more prescriptive on the chemical composition required within the specifications is also an issue of interest. The metallurgical approach which will be applied in this study should allow, with the available characterization tools (SEM, DRX, MET, Tomography) but also simulation tools (thermodynamic calculations such as MATCALC or THERMOCALC), to help building a robust understanding and prediction of long-term creep behaviour.