Stress corrosion cracking of Alloy 82 in hydrogenated steam at 400°C : influence of microstructural and mechanical parameters on initiation of SCC cracks
Corrosion sous contrainte de l’Alliage 82 en vapeur d’eau hydrogénée à 400°C : influence de la microstructure et du comportement mécanique sur l’amorçage
Résumé
In Pressurize Water Reactors (PWR), Stress Corrosion Cracking (SCC) is the mean degradation mode of components pieced together by welding. Nickel based alloys are, among others, used in dissimilar metal welding (DMW). International report showed only 3 cracking cases in Alloy 82 out of 300 cracking cases concerned on nickel based alloys DMW in primary water circuit. The aim of this study is to identify which microstructural and local mechanism parameters at microstructure scale provide the initiation of SCC cracks. Characterizations performed on specimen surface to identify those parameters are composed ofchemical composition analysis and EBSD analysis (Electron Back-Scattered Diffraction) to know the morphology and the crystallography of grains for microstructure features on one hand, and experimental strain fields measured by Digital Imaging Correlation (DIC) of gold microgrids deposed by electronic lithography on U-bend specimen surface and stress fields calculated along grains boundaries by finite element for local mechanical features on the other hand. The correlation between those characterizations and localization of initiation sites of SCC cracks, obtained on U-bend specimens tested in autoclave in hydrogen steam water at 400°C and 188 bar for 3500 hours, confirmed the susceptibility of the Alloy 82 in SCC conditions with intergranular SCC cracks. The perpendicular position to the loading direction (mode I) is the worst conditions for grains boundary in SCC. The others points concern the chemical composition (precipitation, impurities) around grain boundary and the grain boundary type which is more susceptible when it is a High Angle Grain Boundary. It is following by the mechanical characterization (stress and strain gradient) along grain boundary. This methodology can be used to other material and helped to define which microstructural and mechanical parameter can be define the initiation of SCC cracks.
La Corrosion Sous Contrainte (CSC) est un des principaux modes de dégradation des composants assemblés par soudage dans Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). Le retour d’expérience de 2007 sur les soudures en alliage à base de nickel a présenté 3 cas de fissuration par CSC sur l’Alliage 82 sur les 300 cas recensés dans le circuit primaire. L’objectif de cette étude est alors d’identifier des paramètres microstructuraux et mécaniques à l’échelle de la microstructure impliqués dans l’amorçage de fissures. Les caractérisations du matériau pour identifier ces paramètres sont composées d’une part, d’analyses de la composition chimique et d’analyses EBSD (Electron Back-Scattered Diffraction) pour la morphologie et les orientations cristallographiques des grains pour la microstructure et, d’autre part, de mesures expérimentales de déformation en surface et de calculs numériques de champs de contrainte autour des joints de grains par éléments finis pour le comportement mécanique. La corrélation de ces informations avec les sites d’amorçage de fissures de CSC obtenus avec les essais d’amorçage entrepris sur des éprouvettes U-bend en milieu vapeur d’eau hydrogénée à 400°C, 188 bar a confirmé la sensibilité de l’Alliage 82 en CSC avec une fissuration intergranulaire des joints de grains dont la particularité première est d’être perpendiculaire à la sollicitation (mode I). Les autres paramètres concernent celui de la chimie locale au niveau des joints de grains, de leur nature (généraux ou spéciaux) et du chargement mécanique appliqué à ces derniers (contrainte et différence de déformation). Cette méthodologie, applicable à d’autre matériau, a permis de mieux comprendre quels sont les paramètres microscopiques sensibilisent la cohésion du joint de grains et à quels degré d’importance doivent-il être pris en compte dans le mécanisme d’amorçage de fissures de CSC.
Domaines
Matériaux
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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