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

Comportement mécanique à haute température des aciers martensitiques revenus pour application aux réacteurs à neutrons rapides

National audienceLa conception du futur réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium (SFR) a motivé de nombreuses études sur le comportement en fatigue, fluage et fatigue-fluage à haute température d'aciers martensitiques revenus (450-600°C). Depuis les années 80, l'instab ilité de leur microstructure dans certaines conditions de chargement (fatigue, fluage) a été mise en évidence dans la littérature. Cette instabilité conduit à un adoucissement qu'il convient de comprendre et de prédire. Nous avons particulièrement étudié l'effet des chargements caractéristiques des conditions en service auxquelles seront soumis les composants du réacteur SFR (faibles amplitudes de déformation cycliques, longues durées de vie en fluage), pour lesquelles les données expérimentales sont rares. Des évolutions microstructurales et un adoucissement notable ont été mis en évidence dans ces conditions. Des modèles micromécaniques basés sur les densités de dislocations continus permettent de prédire qualitativement un grand nombre des phénomènes observés

Propriétés en fluage à haute température et caractérisations microstructurales des joints soudés P92

National audienceLa présente étude est consacrée aux propriétés en fluage des liaisons soudées en acier P92. Les objectifs sont de déterminer le lieu de rupture d'éprouvettes sollicitées en fluage à 550°C sous diffé rents niveaux de contraintes (160 à 240 MPa) et de caractériser l'évolution de la microstructure du joint soudé au cours du fluage à cette même température. L'observation des faciès de rupture et l'examen des microstructures du joint soudé avant et après fluage sont entrepris afin de caractériser le mode d'endommagement. Pour les éprouvettes observées, la rupture est ductile et se produit dans la zone affectée thermiquement, en particulier dans la zone intercritique. Une striction importante est également observée, à l'intérieur de laquelle sont présentes de multiples cavités et fissures

High temperature creep properties and microstructural examinations of P92 welds

International audienceThe present study deals with the creep properties of welded joints ...

Striction de l'acier 9Cr-1Mo modifié sollicité en fluage

Nous étudions le fluage d'un acier 9%Cr-1%Mo modifié (de type P91) en fonction de la contrainte et de la température. Parmi les nombreux essais menés entre 475 et 600°C, l'un a donné lieu à rupture à 160000h à 500°C et un autre à 94000h à 600°C. Le modèle d'instabilité viscoplastique de Hart couplé à la loi de Norton permet de décrire l'évolution temporelle de la section en striction jusqu'à rupture. Le modèle prédit correctement les durées de vie pour les essais moins longs à basse température et les surestime pour les hautes températures

Modelling and experimental study of the tertiary creep stage of Grade 91 steel

International audienceThis article addresses experimental studies and analytical simulations of the tertiary creep stage of Grade 91 steel tested at various stresses and temperatures between 500°C (up to 160 × 103 h) and 600°C (up to 94 × 103 h). The strain rate increases after its minimum mainly because of the softening of the material which microstructure evolves strongly during creep deformation. An interrupted creep test shows that necking significantly affects the acceleration of the reduction in cross-section only during the last 10% of the creep lifetime. The Hoff model based on homogeneous reduction of cross-section correctly predicts lifetimes only for high applied stress. The Hart necking model using the Norton power-law allows fair predictions of lifetimes up to 60 × 103 h at 500°C. The necking model using a modified Norton power-law combined with a material softening term allows predictions of lifetimes for all creep tests, differing from the experimental results by less than 50%, which is consistent with the experimental scatter. The evolution of the cross-section predicted by this model is in agreement with measurements carried out during the interrupted creep test. Two prediction rules for the lifetime prediction are deduced from the necking model that takes into account the material softening. For a large number of tempered martensitic steels, these two criteria bound the experimental lifetimes up to 200 × 103 h at 500-700°C

Characterization of a boron alloyed 9Cr3W3CoVNbBN steel and further improvement of its high-temperature mechanical properties by thermomechanical treatments

International audienceIn the framework of the development of Generation IV nuclear reactors and fusion nuclear reactors, materials with an improved high temperature (≅650 °C) mechanical strength are required for specific components. The 9-12% Cr martensitic steels are candidate for these applications. Previous works showed that the application of a thermomechanical treatment, including warm-rolling in metastable austenitic phase, to the commercial Grade 91 martensitic steel, allowed refining its microstructure, improving its precipitation state and its mechanical properties (hardness, tensile and creep properties). In the present paper, experimental steel called NPM, designed for good high-temperature creep resistance, is evaluated in terms of microstructure and mechanical properties, and compared to the G91 steel. Then the developed thermomechanical treatment is applied to this steel. Its microstructure is refined and its hardness and tensile properties are much better than the as-received NPM and therefore than the G91 steel. The cyclic softening effect still occurs for the optimized NPM, but this material once softened by cyclic loadings, still presents better creep properties than the as-received NPM steel, and even more than the commercial G91 steel