Effets des contraintes et de la déformation plastique sur la cinétique d'oxydation d'alliages de nickel
Institution:
Paris Sciences et Lettres (ComUE)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Alloy 600 is a nickel base alloy (Ni-Cr16-Fe8) used for steam generators (GV) and bottom mounted instrumentation nozzles (PFC) in pressurized water reactors (PWRs). The experimental results in real-life and laboratory conditions have already shown the sensitivity of this alloy to stress corrosion cracking (SCC) in primary water conditions.Previous studies have developed a local model to better predict the kinetics of material cracking. The parameters influencing the crack initiation time such as metallurgical parameters (microstructure and intergranular precipitation), and the environmental parameters (temperature and dissolved hydrogen content) were taken into account in the modeling of intergranular oxidation kinetics. However, the mechanical stresses and residual plastic deformations induced on the surface of the components remain neglected although they were identified as being able to significantly impact the kinetics of oxidation.This thesis aims to quantify the effect of stresses and plastic deformation on the kinetics of growth of the oxide layer in the incubation phase of the SCC of nickel alloys. The constraint oxidation test, and the analysis methodology put in place (SEM measurements and ToF-SIMS depth profiles) including the data processing, made it possible to predict the nature, composition and growth rate of the oxides on the surface as well as intergranular oxide penetrations in the presence of a stress / deformation applied to the material.As constrained oxidation tests were performed, we observed a very marked effect of elastic deformation on intergranular oxidation kinetics. Similarly, a high plastic deformation (> 10%) also significantly increases intergranular oxidation kinetics. The effect of a low plastic deformation (<5%) is much less noticeable. The kinetics of oxidation is affected by the concentration of local stresses and the plastic deformation will eventually modify the activation energy by lowering the activation barrier of the oxidation reaction. The sign of the stresses (tension / compression) on the kinetics of oxidation seems to be less significant.
Abstract FR:
L’alliage 600 est un alliage base nickel (Ni-Cr16-Fe8) utilisé dans les générateurs de vapeur (GV) et les pénétrations en fond de cuve (PFC) des réacteurs à eau sous pression (REP). Le retour expérimental en conditions réelles et au laboratoire a montré une sensibilité à la corrosion sous contrainte (CSC) de cet alliage en milieu primaire hydrogéné.Des études antérieures ont permis de développer un modèle local afin de prédire la cinétique de fissuration du matériau, dans lequel les paramètres influençant le temps d’amorçage des fissures tels que les paramètres métallurgiques (microstructure et précipitation intergranulaire) et les paramètres environnementaux (température et teneur d’hydrogène dissous) sont pris en compte pour estimer la cinétique d’oxydation intergranulaire. Cependant, les contraintes mécaniques et les déformations plastiques résiduelles induites à la surface des composants sont négligées alors qu’elles sont identifiées comme pouvant impacter significativement la cinétique de croissance de l’oxyde.Ces travaux de thèse ont pour objectif de quantifier l’effet des contraintes et de la déformation plastique sur la cinétique de croissance de la couche d’oxyde dans la phase d’incubation de la CSC des alliages de nickel. La réalisation d’essais d’oxydation sous contrainte, et la méthodologie d’analyse mise en place (mesure MEB et profils ToF-SIMS), incluant le traitement des données obtenues, a permis de prévoir la nature, la composition et la vitesse de croissance des oxydes en surface ainsi que les pénétrations intergranulaires en présence d’une contrainte/déformation appliquée au matériau.A partir des tests d’oxydation sous contrainte réalisés, nous avons pu observer un effet très marqué d’une déformation élastique sur la cinétique d’oxydation intergranulaire. De même, une forte déformation plastique (>10%) augmente significativement la cinétique d’oxydation intergranulaire. L’effet d’une faible déformation plastique (<5%) est par contre nettement moins marqué. La cinétique d’oxydation est affectée par la concentration des contraintes locales et la déformation plastique modifie l’énergie d’activation en baissant la barrière d’activation de la réaction d’oxydation. Le signe des contraintes (tension/compression) sur la cinétique d’oxydation semble peu marqué.