Influence de traitements thermo-mécaniques sur les performances en fluage et en fatigue d'aciers martensitiques à 9% Cr

National audienceLe développement des réacteurs nucléaires de génération IV et des réacteurs à fusion nucléaire requiert l'utilisation de matériaux possédant de bonnes propriétés mécaniques au-delà de 550 °C. En service, ces matériaux seront soumis à du fluage à haute température couplé à des sollicitations cycliques de fatigue. Les aciers martensitiques à 9-12 % Cr sont pressentis pour ces applications; cependant leur comportement en fatigue et fatigue-fluage à haute température est encore insuffisant : la microstructure martensitique grossit et l'acier s'adoucit rapidement. Afin de stabiliser sa microstructure, l'acier commercial P91 a subi un traitement thermo-mécanique incluant du laminage à 600 °C suivi d'un revenu d'une heure à 700 °C. Les observations microstructurales confirment que le traitement thermo-mécanique a conduit à une martensite plus fine, émaillée de nombreux et fins précipités de type MX. Les divers essais mécaniques réalisés prouvent que ces changements ont un effet positif sur les propriétés de l'acier : sa dureté est plus élevée de 100 Hv par rapport à l'acier P91 à réception, et sa limite d'élasticité conventionnelle est supérieure de 430 MPa à 20 °C et de 220 MPa à 550 °C. La durée de vie du P91 optimisé en fluage à 650 °C sous 120 MPa est plus de 14 fois supérieure à celle du P91; et l'essai de fatigue à 650 °C et 0,7 % de déformation totale montre un adoucissement légèrement moins rapide

Nano-precipitation Strengthened G91 by Thermo-mechanical Treatment Optimization

The increase of thermal efficiency in power plants has been the main driving force to develop Ferritic/Martensitic steels for structural applications capable of operating at 923 K (650 °C) and higher. It has been clarified in previous works that nano-sized precipitates and its distribution are the key factors controlling the stability of the microstructure at high operating temperatures. Based on the science of precipitate strengthening, the aim of this work is to optimize the thermo-mechanical treatment in a commercial creep-resistant steel (G91) to achieve a microstructure where MX precipitates present a suitable size and distribution. The alternative processing route proposed here allows gaining an increase up to 40 pct in yield strength at 973 K (700 °C) compared to the commercial steel. The results of small punch test carried out at room temperature showed that the improvement in strength was obtained without loss of ductility. This fact was attributed to a finer and more homogeneous dispersion of MX precipitates in comparison to the commercial steel.Authors acknowledge financial support to Spanish Ministerio de Economia y Competitividad (MINECO) through in the form of a Coordinate Project (MAT2013-47460-C5-1-P). Authors also acknowledge financial support to Comunidad de Madrid through DIMMAT-CM_S2013/MIT-2775 Project. J. Vivas acknowledges financial support in the form of a FPI Grant BES-2014-069863.Peer Reviewe