Etude par sonde atomique tomographique de l'effet du vieillissement thermique dans la zone affectée thermiquement des liaisons bimétalliques des EPR

Atom probe tomography study of the effect of thermal aging on the heat affected zone of EPR dissimilar metal welds

• Auteur / Autrice : Ilyes Medouni
• Direction : Khalid Hoummada, Alain Portavoce, Miguel Yescas-Gonzalez, Pierre Joly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Matière condensée et nanosciences
• Date : Soutenance le 13/07/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (Marseille ; Toulon ; 2008-….) - Framatome
• Jury : Président / Présidente : Krzysztof Wolski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Bréchet, Philippe Maugis, François Roch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Cazottes, Mohamed Gouné

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs nucléaires -- Caissons

Contraintes thermiques

Résistance des matériaux

Nanotechnologie

Matière condensée

Mots clés libres

Vieillissement thermique

Liaison BiMétallique

Zone affectée thermiquement

Ségrégation

Précipitation

Sonde atomique tomographique.

Thermal ageing

Dissimilar metal welds

Heat affected zone

Segregation

Precipitation

Atom probe tomography

Résumé

Les conditions de fonctionnement à température relativement élevée de la cuve du réacteur d’une centrale EPR conduisent à une modification des propriétés mécaniques des matériaux, notamment celles des soudures (ou liaisons) BiMétalliques entre la cuve et le système de refroidissement primaire. La possible fragilisation de ces liaisons induite par ce vieillissement dit « thermique » doit rester mineure et ne pas remettre en question le cahier des charges du matériau. La fragilisation par vieillissement thermique des aciers est généralement associée à la ségrégation des atomes de phosphore aux joints de grains. Notre étude a consisté à caractériser à l’échelle atomique l’évolution du matériau dans la zone affectée thermiquement des liaisons BiMétalliques au cours d’un vieillissement thermique, en relation avec les propriétés mécaniques de ces soudures. La sonde atomique tomographique a été utilisée pour étudier quantitativement la ségrégation aux joints de grains des éléments d’addition et des impuretés, ainsi que leur redistribution atomique (précipitation, diffusion…) en volume ou sur les défauts étendus, en fonction des conditions de vieillissement thermique (température et durée de recuit). Les résultats montrent que, dans la zone affectée thermiquement des liaisons BiMétalliques, le vieillissement thermique conduit à la ségrégation des éléments d’addition et des impuretés, dont le phosphore, mais aussi à la précipitation d’agrégats de tailles nanométriques dans les joints de grains

The working conditions at relatively high temperature of the EPR vessel lead to the modification of mechanical properties of involved materials, such as that of dissimilar metal welds used to connect the reactor vessel and the cooling system. The possible embrittlement resulting from this thermally-induced ageing process must be negligible compared to the specifications of the material. Steel embrittlement via thermal ageing is generally associated with grain boundary segregation of phosphorus atoms. In the present study, the atomic-scale evolution of the material in the heat-affected zone of dissimilar metal welds was characterized as a function of thermal ageing conditions, in relation with their mechanical properties. Atom probe tomography was used to quantitatively study the grain boundary segregation of alloying elements and impurities, as well as their redistribution (precipitation, diffusion…) in bulk or in extended defects, as a function of ageing conditions (temperature and time). The results show that in the heat-affected zone of dissimilar metal welds, thermal ageing leads to the segregation of alloying elements and impurities, such as P, as well as the precipitation of nano-clusters in grain boundaries