thesis

Influence de l'hydrogène sur la vitesse de propagation des fissures de corrosion sous contrainte dans l'alliage 600 en milieu primaire de réacteurs nucléaires à eau sous pression

Defense date:

Jan. 1, 2000

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Institution:

Lyon, INSA

Disciplines:

Materials science and engineering

Authors:

Directors:

Abstract EN:

The aim of this work was to evaluate the influence of hydrogen on the stress corrosion cracking (SCC) of Alloy 600 in the primary water of pressurized water reactors. At 330°C, the threshold stress intensity factor (KISCC) depends on the dissolved hydrogen content. An increase in the hydrogen concentration from 2 to 30 mL STP. Kg-1 H2O induces a decrease of KISCC from 15 to a value close to 10 MPam. Moreover, CGR increases with hydrogen content increasing from 2 to 30 mL STP. Kg-1 H2O. For higher hydrogen content up to 260 mL STP. Kg-1 H2O, CGR decreases and no propagation occurs above that hydrogen content. This behavior was confirmed at 290°C. To investigate more thoroughly the effect of hydrogen content in primary water, the oxide film composition was caracterized on fracture surfaces for each hydrogen content. According to XPS analyses, the CGR is very low when a nickel rich oxide forms on the surface and it is nil when a chromium rich oxide is present. On the opposite, CGR is maximum when the oxide is a mixed nickel chromium oxide. The ability of the acoustic emission (AE) technique to detect crack initiation and to follow crack propagation at the operating temperatures of a PWR was evidenced. Furthermore, AE parameters are quite different from those recorded during the intergranular SCC of Alloy 600 under cathodic polarization at room temperature in an aqueous solution of sulfuric acid. This result leads to think that the sources supposed to be emissive after filtering are not the same in both processes. Our results together with other literature data, are discussed regarding the proposed mechanisms for Alloy 600 SCC. A grain boundary oxidation mechanism seems to be more consistent with our observations.

Abstract FR:

Ce travail est consacré à l'effet de l'hydrogène sur la vitesse de propagation des fissures de corrosion sous contrainte (CSC) dans l'Alliage 600 en milieu primaire de réacteur à eau sous pression. A 330°C, l'hydrogène a une influence à la fois sur la valeur du Kiscc et sur les vitesses de propagation appartenant au plateau de la courbe représentant la vitesse de propagation en fonction de Ki. Une augmentation de la teneur en hydrogène de 2 à 30 mL TPN. Kg-1 H2o se traduit par une diminution de la valeur du Kiscc de 15 MPa√m à 10 MPa√m environ. Elle se traduit également par une augmentation de la vitesse de propagation des fissures. L'effet inverse est observé lorsque la concentration en hydrogène passe de 30 à 260 mL TPN. Kg-1 H2o. Cet effet de l'hydrogène a été confirmé à 290°C. Pour préciser le rôle de l'hydrogène, nous avons déterminé par XPS la composition des oxydes présents sur les surfaces de rupture pour chaque teneur en hydrogène. La vitesse de propagation est faible lorsque la couche est riche en nickel et elle est nulle lorsque la couche est riche en chrome. Par contre, elle est maximale lorsqu'un oxyde mixte de nickel et de chrome se forme. La faisabilité de la détection et du suivi de la propagation des fissures de CSC par émission acoustique (EA) a été confirmée. Les caractéristiques des salves d'EA produites lors de la propagation des fissures en milieu primaire sont différentes de celles produites lors de la fissuration intergranulaire de l'Alliage 600 polarisé cathodiquement en milieu acide sulfurique. Ce résultat suggère que les sources d'EA restantes après filtrage ne sont pas les mêmes dans les deux processus. Nos résultats, confrontés à̧ ceux de la littérature, sont interprétés en relation avec les différents mécanismes proposés pour expliquer le phénomène de CSC de l'Alliage 600 en milieu primaire. Un mécanisme reposant sur une oxydation au niveau des joints de grains semble le plus en accord avec nos observations.