Appareil de mesure locale du pouvoir thermoélectrique : application au contrôle du vieillissement thermique des aciers inoxydables austénoferritiques moulés des réacteurs à eau pressurisée

= Apparatus for local thermopower measurement : Application to the control of thermal aging of cast duplex stainless steels used in pressurized water reactors

• Auteur / Autrice : Jean-Marie Leborgne
• Direction : René Borrelly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA ; 1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages

Microstructure (physique)

Thermoélectricité

Résumé

Dans un premier temps, nous avons conçu et réalisé un dispositif de mesure locale du pouvoir c thermoélectrique (PTE) pouvant s'appliquer sur des échantillons massifs d'alliages métalliques de faibles conductibilités thermiques. La détermination du PTE fait intervenir des corrections sur les valeurs brutes de mesure résultant d'une analyse thermomécanique et thermoélectrique, et reposant en partie sur l'utilisation d'une modélisation thermique. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au vieillissement thermique des aciers inoxydables austénoferritiques moulés constituant certaines parties du circuit primaire des réacteurs à eau pressurisée; du fait des températures de service, la ferrite de ceux-ci présentent en effet une évolution microstructurale durcissante et fragilisante (décomposition spinodale et précipitation de phases intermétalliques). Nous avons d'abord utilisé un appareil de mesure du PTE à 20°C fonctionnant avec des petits échantillons : Après avoir vérifié les corrélations du PTE avec les paramètres descriptifs de la démixtion d'une part et les grandeurs mécaniques caractéristiques de l'acier d'autre part, nous avons établi une formule prédictive du PTE en fonction du vieillissement et du taux de ferrite de l'alliage. Ce dernier présente une importante hétérogénéité qui induit un défaut de représentativité du PTE. Utilisant notre dispositif de mesure locale, nous avons ensuite montré qu'un traitement statistique adéquat des mesures permettait de retrouver ces résultats avec une justesse et une reproductibilité satisfaisante. Ce travail pourrait déboucher sur la réalisation d'un dispositif portable permettant un contrôle in situ des composants en service.

At first, we designed an apparatus for local thermopower (TEP) measurement which can be applied to bulk metallic specimens. We gave thermoelectrical and thermomechanical analysis of our experimental measurement conditions and we showed it is necessary to make some corrections on the initial data acquisitions for an accurate TEP determination. Particularly, we used a thermal computer simulation. Secondly, we considered the thermal aging of cast duplex stainless steels used in the primary loop of pressurized water reactors. Because of service temperatures, the ferritic phase of these alloys presents a microstructural evolution which produces a hardening phenomenon and a structural embrittlement (spinodal decomposition and precipitation of intermetallic phase particles). We first used an apparatus for TEP measurement at 20°C which requires small specimens. We verified that TEP is correlated with the parameters describing the evolution of the spinodal decomposition and with the mechanical properties of these steels. Then we established a relation giving the TEP from the ferrite content and from the thermal aging conditions. Using our local TEP measurement apparatus, we showed that an appropriate statistical treatment allowed us to obtain the same results with a suitable accuracy and reproducibility. This work shows the possibility of a non-destructive testing of the thermal aging of the duplex stainless steels and could conduce to the realization of a portable apparatus which could be used on components of the primary loop themselves.