Optimisation de la transformation à froid des tubes de gaine en acier austénitique 15-15TI AIM1

Optimization of the cold processing of 15-15Ti austenitic steel cladding tubes

• Auteur / Autrice : Laurine Courtin
• Direction : Ludovic Thilly, Bouzid Kedjar, Patrick Olier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance le 15/10/2015
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Allain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Thilly, Bouzid Kedjar, Patrick Olier, Arnaud Courcelle, Pascal Diano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Delphine Retraint, Muriel Véron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Matériaux -- Microscopie

Microstructure (physique)

Travail des métaux

Acier inoxydable austénitique

Mots clés libres

Acier austénitique

Tube de gaine

Laminage HPTR

Étirage

Microstructure

Optimisation

Austenitic steel

Cladding tube

HPTR cold pilgering

Cold drawing

Microstructure

Optimization

Résumé

Afin de faire face aux besoins croissants en énergie, les réacteurs de 4ème génération sont envisagés mondialement. Un premier prototype de réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium (appelé ASTRID) est à l'étude au CEA. Le matériau de référence retenu pour le gainage combustible du premier coeur est l'acier austénitique 15-15Ti - AIM1 (Austenitic Improved Material). <br/>L’objectif de la thèse est d’étudier des voies d’optimisation de la gamme de mise en forme à froid du gainage permettant d’améliorer la résistance au gonflement. Les investigations portent principalement sur les conditions de transformation à froid et les traitements thermiques appliqués au cours de la mise en forme (notamment lors du dernier traitement d’hypertrempe). Les effets de ces paramètres sont étudiés en lien avec la microstructure (notamment l’affinement structural, l’état de précipitation, la remise en solution des éléments d’addition et l’arrangement des dislocations).<br/>La démarche adoptée se divise en trois étapes principales :<br/>- une analyse des gammes de fabrication mises en oeuvre par le passé ainsi qu’une étude des conditions d’étirage à froid et des traitements thermiques appliqués ;<br/>- une évaluation de nouveaux procédés de mise en forme tels que le laminage à pas de pèlerin et le martelage visant à valider la fabrication des tubes finis selon les spécifications requises ;<br/>- une optimisation des gammes de fabrication à froid et de la microstructure du matériau final. Les résultats de caractérisation de la microstructure et du comportement mécanique permettent d’envisager favorablement l’utilisation d’un procédé alternatif tel que le laminage à pas de pèlerin pour fabriquer les tubes de gaine.

In order to face the next century energy demand growth, the worldwide development of the 4th generation of nuclear reactors is considered. The construction of a sodium-cooled fast reactor prototype (ASTRID) is currently envisaged at the CEA. The reference material selected for the fuel cladding of its first core is the 15-15Ti-AIM1 austenitic steel (Austenitic Improved Material).<br/>The goal of this PhD thesis work is to investigate the different ways of optimization for the coldworking steps undergone by the claddings during their manufacture in order to improve their swelling resistance. The main investigations are focused on the conditions of the cold-working steps and the thermal treatments applied throughout the shaping of the claddings, especially of the last solution annealing treatment. The effects of these parameters on the microstructure are investigated (structural refinement, precipitation and the additive elements dissolution and arrangement of the dislocations).<br/>This study is divided into three main steps:<br/>- an analysis of the fabrication routes applied in the past along with the study of the “coldwork” and the thermal treatments conditions;<br/>- an assessment of new shaping processes, such as the “cold-pilgering” and the hammering, in order to verify the conformity of the manufactured tubes with respect to the required specifications.<br/>- an attempt of optimization of the cold-work routes and the microstructure of the final material. The results of microstructure characterization and the mechanical behavior allow envisaging favorably the use of an alternative process such as the cold pilgering to manufacture claddings.