A micromechanical analysis and an experimental characterisation of the behavior and the damaging processes of a 16mnd5 pressure vessel steel at low temperatures - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2004

A micromechanical analysis and an experimental characterisation of the behavior and the damaging processes of a 16mnd5 pressure vessel steel at low temperatures

Etude micromécanique et caractérisation expérimentale du comportement et de l'endommagement de l'acier de cuve 16MND5 à basses températures

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Abstract

As part of an important experimental and numerical research program launched by Electricité De France on the 16MND5 pressure vessel steel, sequenced and in-situ tensile tests are realized at low temperatures [-196°C;-60°C]. They enable to associate the observation of specimens, the complete cartography of which has been made with a scanning electron microscope (damaging processes, initiation and propagation of microcracks), with the stress states determined by X-ray diffraction, in order to establish relevant criteria. All these measurements enable to supply a two-scale polycrystalline modeling of behavior and damage (Mori-Tanaka/self-consistent) which is developed concurrently with the experimental characterization. This model proves to be a very efficient one, since it correctly reproduces the influence of temperature experimentally defined: the stress state in ferrite remains less important than in bainite (the difference never exceeds 150MPa), whereas it is much higher in cementite. The heterogeneity of strains and stresses for each crystallographic orientation is well rendered; so is cleavage fracture normal to the {100} planes in ferrite (planes identified by electron back scattered diffraction during an in-situ tensile test at -150°C), which occurs sooner when temperature decreases, for a constant stress of about 700MPa in this phase.
Dans le cadre d'un vaste programme de recherche expérimental et numérique lancé par Electricité De France sur l'acier de cuve 16 MND5, des essais de traction interrompus et in-situ sont réalisés à basses températures [-196°C;-60°C]. Ils permettent de coupler l'observation des éprouvettes entièrement cartographiées au microscope électronique à balayage (endommagement, initiation et propagation des microfissures) avec les états de contrainte déterminés par diffraction des rayons X, dans le but d'établir des critères pertinents. Toutes ces mesures permettent d'alimenter un modèle polycristallin de comportement et d'endommagement à deux échelles (Mori-Tanaka/autocohérent), qui est développé parallèlement à la caractérisation expérimentale. Ce modèle s'avère très performant, car il reproduit correctement l'influence de la température constatée expérimentalement: l'état de contrainte dans la ferrite reste inférieur à celui de la bainite (l'écart ne dépasse jamais 150MPa), alors que la cémentite est beaucoup plus chargée. L'hétérogénéité des déformations et des contraintes par orientations cristallographiques est également bien traduite, tout comme la rupture par clivage suivant les plans {100} du cristal de ferrite (plans identifiés par electron back scattered diffraction lors d'un essai de traction in-situ à -150°C), qui survient plus rapidement lorsque la température diminue, pour une contrainte constante dans cette phase d'environ 700MPa
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pastel-00000980 , version 1 (09-09-2010)

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  • HAL Id : pastel-00000980 , version 1

Cite

Raphaël Pesci. Etude micromécanique et caractérisation expérimentale du comportement et de l'endommagement de l'acier de cuve 16MND5 à basses températures. Sciences de l'ingénieur [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2004. Français. ⟨NNT : 2004ENAM0013⟩. ⟨pastel-00000980⟩
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