Apport à la compréhension du comportement sous irradiation des aciers austénitiques

Irradiation behavior of Ni-based model materials : towards a better understanding of solute effects on fcc structure under ion irradiation

• Auteur / Autrice : Kan Ma
• Direction : Brigitte Décamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 25/11/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche de chimie Paris - Institut de recherche de chimie Paris
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Métallurgie Structurale (MS)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de chimie (Paris)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Irradiation

Acier austénitique

Mots clés libres

Irradiation

Alliage modèle

Effet de soluté

Boucles de dislocations

Tem

Ségrégation

Radiation effect

Ni-Based model alloys

Solute effect

Dislocation loops

Tem

Segregation

Résumé

Les aciers inoxydables austénitiques sont prévus comme matériaux de structure pour les réacteurs de génération IV. Dans le cadre de ce sujet important, ce sujet est dédié à deux objectifs principaux. Le premier consiste à décrire correctement l'évolution de la microstructure des aciers austénitiques sous irradiation dans la période d'incubation en termes de dislocations, de cavités et de précipités. Le deuxième consiste à mieux comprendre le rôle de la composition chimique sur le gonflement de l'acier austénitique en se concentrant principalement sur 2 éléments: le titane qui est un élément d'alliage (moins de 1%) et le chrome qui est l'un des principaux éléments des aciers austénitiques. Pour ce faire, nous suivrons deux itinéraires complémentaires: travaux expérimentaux et des simulations numériques utilisant le formalisme de RECD (rate equation cluster dynamics). Dans une première étape, la composition chimique des aciers austénitiques avancés semble trop complexe pour une étude exhaustive du rôle de tous les éléments (plus d'une douzaine d'éléments), en particulier pour les simulations numériques. La recherche sera donc menée dans Ni et les alliages modèles Ni, Ni-Ti, Ni-Cr et Ni-TiC qui ont la même structure cristallographique (Faced Centered Cubic,FCC) que tous les aciers austénitiques mais une composition plus spécifique.

Austenitic stainless steels are foreseen as cladding and structural materials for future generation IV reactors. As part of this important subject, this research addresses to two main objectives. The first one is to describe properly the microstructure evolution of austenitic steels under irradiation in the incubation period in terms of dislocations, cavities, and precipitates. The second is to get a better insight into the role of chemical composition on austenitic steel swelling by focusing mainly on 2 elements: titanium which is an alloying element (less than 1%) and chromium which is one of the major element in austenitic steels. In order to do so, we will follow two complementary routes: experimental work and numerical simulations using the formalism of rate equation cluster dynamics (RECD). In a first step, the chemical composition of advanced austenitic steels appears to be too complex for an exhaustive study of the role of all elements (more than a dozen of elements), especially for numerical simulations. The research will thus be conducted in Ni and model alloys pure Ni, Ni-Ti, Ni-Cr and Ni-TiC that have the same crystalline structure (CFC) as all austenitic steels but more specific composition.