Effet de la présence d'inclusions d'oxyde sur la prévision de l'amorçage de la corrosion sous contrainte de l'alliage 600 en milieu REP

Effect of the presence of oxide inclusions on the prediction of stress corrosion cracking initiation of alloy 600 in PWR environment

• Auteur / Autrice : Colette Perez
• Direction : Cécilie Duhamel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 06/04/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Marion Fregonese
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécilie Duhamel, Sergio Lozano-Perez, Ian de Curières, Thierry Couvant
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Andrieu, Jérôme Favergeon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amorçage (chimie)

Oxydation

Corrosion sous contrainte

Mots clés libres

Corrosion sous contrainte

Alliage 600

Oxydation

Amorçage

Inclusions d'oxyde

Stress Corrosion Cracking

Alloy 600

Oxidation

Initiation

Oxide inclusions

Résumé

L’alliage base nickel 600 (A600), qui contient 16% massique de chrome, est sensible à la Corrosion Sous Contrainte (CSC) dans les conditions du milieu primaire des réacteurs à eau sous pression (REP). De précédentes études ont permis de développer un modèle de prévision de la CSC (le modèle ‘local’) qui décrit la phénoménologie complète de la fissuration par une étape d’incubation (oxydation des joints de grains), d’amorçage (rupture des joints de grains oxydés) puis de propagation des fissures. Il se base sur des paramètres environnementaux (température, teneur en hydrogène dissous), matériaux (carbures de chrome intergranulaires) et mécaniques (écrouissage, contraintes). Les paramètres propres à l’état de surface industriel tels que la présence d’inclusions d’oxyde ne sont, en revanche, pas considérés. Dans un objectif d’évolution de ce modèle, les travaux de thèse se focalisent sur le comportement d’A600 modèles qui contiennent des inclusions d’oxyde de type Al2O3, MgAl2O4 et MgO en oxydation et en CSC en conditions représentatives du milieu primaire des REP. Ainsi, des caractérisations de la microstructure initiale ont été effectuées. Puis, le comportement en oxydation de ces matériaux a été établi avec une attention particulière qui a été apportée aux inclusions d’oxyde. Des cinétiques d’oxydation des joints de grains et de dégradation des inclusions d’oxyde ont été identifiées. Enfin, des essais de CSC ont été effectués sur des éprouvettes de type U-Bend et un critère d’amorçage de fissures de CSC pour des joints de grains qui interceptent des inclusions d’oxyde a été proposé.

Nickel base alloy 600 contains 16 wt% chromium. It is susceptible to Stress Corrosion Cracking (SCC) when exposed to primary water environment. A predictive model of SCC (the 'local' model) has been developed in the past. It describes the phenomenology of cracking through an incubation stage (oxidation of grainboundaries), initiation (oxidized grain boundary failure) and then crack propagation. It is based on several parameters related to the environmental (temperature, dissolved hydrogen content), the microstructure (intergranular chromium carbides) and the mechanical state (work hardening, stress). However, the variables specific to industrial surface conditions such as the presence of oxide inclusions are not considered. This work focuses on the evolution of this model by studying the oxidation and SCC behaviors of models A600 that contain oxide inclusions of type Al2O3, MgAl2O4 and MgO and exposed to simulated primary water environment. Thus, characterizations of the initial microstructure were performed. Then, the oxidation behavior of these materials was established with a particular focus on the oxide inclusions. Grain boundary oxidation kinetics as well as oxide inclusion corrosion kinetics were identified. Finally, SCC tests have been performed on U-Bend type specimens and a SCC cracking criterion for grain boundaries that intercept oxide inclusions has been discussed.