Academic literature on the topic 'Acier austéno-ferritique'

Le circuit primaire des centrales nucléaires françaises comporte un grand nombre de soudures entre composants. Elles subissent en service des contraintes thermiques et mécaniques. De ce fait, la surveillance par examen non destructif (END) de ces soudures représente un enjeu majeur pour la sûreté des installations. Cette présentation traite du contrôle ultrasonore d’une soudure de forte épaisseur en acier inoxydable austénitique entre deux composants en acier inoxydable austéno-ferritique moulé caractérisé par une structure métallurgique à gros grains. L’ensemble soudure et métal de base présente une structure fortement anisotrope et hétérogène susceptible de dégrader les performances du procédé de contrôle par des phénomènes physiques qui perturbent les faisceaux ultrasonores (déviation et division des faisceaux, important bruit de structure, forte variation de l’atténuation …). En collaboration avec EDF, Omexom NDT E&S a qualifié un procédé de contrôle par ultrasons automatisés composé de différents capteurs permettant de s’adapter aux contraintes structurelles de ces matériaux complexes. Les impacts métallurgiques induits par la structure contrôlée ont été étudiés et pris en considération dans les performances du procédé grâce notamment à une comparaison entre mesures expérimentales et simulations numériques avec les logiciels CIVA et ATHENA. Nous présenterons dans cette étude la méthodologie retenue pour modéliser les différents matériaux dans les codes de simulation. L’impact du matériau sur les performances du procédé qualifié et sur les gestes opératoires de la procédure sera également abordé.

Jusqu’ici, la modélisation du comportement mécanique d’un acier inoxydable duplex n’a été entreprise qu’à l’aide de modèles phénoménologiques qui ne prennent pas en compte le caractère biphasé du matériau, et polycristallin de chaque phase. De plus, l’identification des paramètres matériau nécessite une large base d’essais. Ceci a motivé le développement d’un modèle muti-échelles polycristallin biphasé. Deux modèles de la littérature sont étendus à l’acier duplex. Les comportements des grains austénitiques et ferritiques sont décrits via des lois de plasticité cristallines. L’identification des paramètres matériau ne demande que deux essais mécaniques simples et des données de la littérature. Les modèles proposés rendent bien compte des premières boucles d’hystérésis d’essais de traction-compression/torsion non-proportionnels et de l’évolution des surfaces de plasticité. Puis, l’adoucissement cyclique a été expliqué à partir d’analyses au microscope électronique à transmission. Celles-ci ont montré que les deux phases participent à l’adoucissement cyclique. Cependant, dans une première approche, seul le réarrangement des dislocations en zones dures et molles dans les grains ferritiques a été modélisé. Les résultats montrent que le nouveau modèle prédit bien le durcissement et l’adoucissement cyclique, et les boucles d’hytérésis au cycle stabilisé. Enfin, les champs cinématiques issus d’un calcul de microstructure ont été comparés à ceux mesurés. Une bonne concordance est observée suite à un trajet de traction monotone, l’écart est plus important pour un trajet de traction-compression
Until now, the plastic behaviour of an austenitic-ferritic stainless steel (DSS) has been modelled using phenomenological models. Unfortunately, these models do not take into account the biphased character of the material, and the polycrystalline character of each phase. Furthermore, a large experimental data base is necessary in order to identify model parameters. These results motivated the development of a biphased polycrystalline model. Two models are used and extended in order to take into account both polycrystalline phases. A single crystal law describes each austenitic and ferritic phase. Model parameter identification needs only two simple tests and literature results. Both models predict correctly the first hysteresis loops for a tension-compression/torsion test and the yield surface evolution. Then, the cyclic softening is explained from transmission electronic microscopy analyses. It is observed that both phases contribute to cyclic softening. However, in a first approach, only the rearrangement of dislocations in hard and soft zones in ferritic grains is modelled. The results show that the new model predicts well cyclic hardening and softening and the stabilized hysteresis loops for uniaxial and biaxial non-proportional cyclic loading. Finally, kinematic fields obtained by a microstructure computation are compared to the experimental ones. After a monotonic tension test, a good agreement is obtained between simulated and experimental kinematic fields, which is not the case after a tension-compression test

Jusqu'ici, la modélisation du comportement mécanique d'un acier inoxydable duplex n'a été entreprise qu'à l'aide de modèles phénoménologiques (Aubin01), qui ne prennent pas en compte le caractère biphasé du matériau, et polycristallin de chaque phase. De plus, l'identification des paramètres matériau nécessite une large base d'essais. Ceci a motivé le développement d'un modèle muti-échelles polycristallin biphasé.
Deux modèles de la littérature sont étendus à l'acier duplex. Les comportements des grains austénitiques et ferritiques sont décrits via des lois de plasticité cristallines. L'identification des paramètres matériau ne demande que deux essais mécaniques simples et des données de la littérature. Les modèles proposés rendent bien compte des premières boucles d'hystérésis d'essais de traction-compression/torsion non-proportionnels et de l'évolution des surfaces de plasticité.
Puis, l'adoucissement cyclique a été expliqué à partir d'analyses MET. Celles-ci ont montré que les deux phases participent à l'adoucissement cyclique. Cependant, dans une première approche, seul le réarrangement des dislocations en zones dures et molles dans les grains ferritiques a été modélisé. Les résultats montrent que le nouveau modèle prédit bien le durcissement et l'adoucissement cyclique, et les boucles d'hytérésis au cycle stabilisé.
Enfin, les champs cinématiques issus d'un calcul de microstructure ont été comparés à ceux mesurés (El Bartali07). Une bonne concordance est observée suite à un trajet de traction monotone, l'écart est plus important pour un trajet de traction-compression.

Les moyens modernes de calcul des structures calculs par éléments finis par exemple pour les pièces soumises a des chargements en fatigue plastique oligocyclique, nécessitent une formulation précise du comportement cyclique des matériaux. Les lois de comportement élasto-plastiques monotone et cyclique sont complexes, varient notablement d'un matériau à l'autre, et sont souvent mal connues. L'objectif de ce travail était l'étude comparative du comportement d'écrouissage cyclique de trois aciers inoxydables austénitique, ferritique et austeno-ferritique, sous différentes histoires de chargement, ou encore l'étude des différentes courbes d'écrouissage cyclique (cec) obtenues par différentes méthodes. Sept méthodes proposées dans la littérature ont été mises en ouvre. Les résultats obtenus sont interprètes a l'aide de l'étude bibliographique effectuée sur les microstructures de dislocations dans les métaux cfc, cc et cfc/cc. Les résultats montrent que ces différentes méthodes conduisent à des cec en générale différente. Cette différence est la plus importante pour l'acier inoxydable austénitique, le plus sensible a l'histoire du chargement. En ce qui concerne l'utilisation pratique de ces courbes, pour les matériaux a faible influence de l'histoire de chargement, toutes les méthodes conduisent a des cec quasiment identiques ; il est donc préférable d'utiliser la méthode la plus simple: méthode par paliers croissants. Pour les métaux a forte influence de l'histoire du chargement, on peut regrouper tous les types de chargement en trois groupes: les chargements a amplitude de déformation constante et par paliers croissants, ceux par paliers décroissants, et les chargements aléatoires. Pour ces différentes types de chargement, il convient d'utiliser les cec obtenues par les méthodes par paliers croissants, par paliers décroissants et par la plus grande demi boucle d'hystérésis d'un bloc incrémental stabilise, respectivement.

Fabriqués industriellement depuis seulement une trentaine d'années, les aciers inoxydables austéno-ferritiques, dits duplex, sont encore peu connus. Leur comportement en fatigue plastique a fait l'objet de quelques études portant sur les sollicitations uniaxiales mais d'aucune sur les sollicitations multiaxiales. Or seule une connaissance approfondie des phénomènes influant sur son comportement permet de simuler et de prédire correctement le comportement d'un matériau dans une structure.
Ce travail a pour but l'étude et la modélisation du comportement d'un acier inoxydable duplex sous chargement biaxial cyclique. Une démarche en trois étapes a été adoptée.
Une première campagne d'essais de traction-torsion cycliques sur éprouvettes tubulaires a été menée. Nous avons étudié l'équivalence des directions de chargement, puis nous avons porté notre attention sur l'influence du trajet et de l'histoire du chargement. Les résultats ont montré que l'acier inoxydable duplex présente un sur-écrouissage sous sollicitations non-proportionnelles, et que son comportement dépend des sollicitations effectuées auparavant.
Ensuite, afin d'interpréter les résultats obtenus lors de cette première campagne d'essais, la surface de plasticité a été mesurée plusieurs fois par cycle pendant le même type d'essai cyclique. Un très faible offset de déformation plastique (2 10-5) a été utilisé afin de ne pas perturber la surface à mesurer. Les évolutions des variables d'écrouissage isotrope et cinématique en ont été déduites.
Enfin, trois modèles phénoménologiques de comportement ont été identifiés sur la base expérimentale. Nous nous sommes attachés à la simulation des niveaux de contrainte stabilisée ainsi qu'à la représentation du comportement de durcissement/adoucissement cyclique. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques nous a permis de tester la validité des modèles identifiés.

Ces aciers utilisés dans le circuit primaire des centrales nucléaires à eau pressurisée voient leurs propriétés mécaniques se dégrader au cours du temps. Ce vieillissement est principalement dû à la fragilisation à 475°C qui produit une phase riche en chrome dans la ferrite. Les aciers étudiés ont de 20 à 35% de ferrite. Les observations d'endommagement révèlent un mécanisme de multifissuration dans les îlots de ferrite lors des essais de rupture à 20°C, et un mécanisme d'endommagement par cisaillement des deux phases, lors des essais de rupture a 320°C. L'étude mécanique d'amorçage et de propagation entreprise ensuite a 320°C, sur un acier centrifuge contenant plus de 30% de ferrite et vieilli expérimentalement pendant 1000 heures a 400#c, aboutit a un critère d'amorçage en contrainte équivalente de Von Mises égal a 856 MPA. L’amorçage de la rupture se fait principalement par le mécanisme de cisaillement alors que la propagation semble plus favorable à la multifissuration. On montre ensuite l'inadéquation, dans sa forme brute, du modèle d'endommagement ductile de Rousselier pour décrire les résultats d'amorçage. La dispersion des résultats d'amorçage est attribuée à une dispersion des caractéristiques mécaniques des colonies. On met en évidence, par la loi des mélanges, le rôle du taux de ferrite dans les courbes de comportement uniaxial et dans la multifissuration

Les aciers inoxydables austéno-ferritiques sont caractérisés par des propriétés mécaniques élevées et par une bonne résistance à la corrosion, notamment à la corrosion sous contrainte et par piquration. En revanche, leur structure duplex montre une sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène. Parmi les aciers inoxydables austéno-ferritiques, la nuance z2cnd22 05 s'est progressivement imposée comme nuance de base et elle est la plus répandue des nuances austéno-ferritiques actuellement utilisées. Dans cette étude, nous avons analysé le comportement mécanique en traction et la cinétique de fissuration par fatigue de l'acier inoxydable austéno-ferritique z2cnd22 05, chargé ou non en hydrogène après différents traitements thermiques de revenu. Les températures et les durées des traitements thermiques de revenu ont été choisies avec la double finalité de fournir une caractérisation la plus complète possible de l'influence de toutes les phases secondaires, carbures et nitrures et, en plus, d'analyser d'une façon plus approfondie les températures critiques connues par la bibliographie et les résultats des essais de traction. De plus, nous avons perfectionné une technique d'évaluation du coefficient de diffusion, solution alternative à la mesure par perméation. Par ailleurs, nous avons utilisé la technique de l'analyse thermique pour mesurer l'énergie d'activation des pièges présents dans l'acier à l'état de livraison. Les résultats obtenus permettent d'établir les conclusions suivantes : - les joints de grains et les dislocations ont une influence négligeable sur le processus de diffusion de l'hydrogène - la quantité d'hydrogène absorbé dépend de la microstructure : la présence d'autres phases secondaires, carbures et nitrures dans la ferrite diminue fortement cette quantité. Cette diminution est probablement due a une variation de la solubilité et de la diffusivité de l'hydrogène - le chargement en hydrogène de l'acier duplex implique une forte diminution de #m% pour toutes les températures de revenu, sauf a 1050c ou la densité des dislocations est très basse et toutes les phases secondaires, carbures et nitrures, sont dissoutes. - le chargement en hydrogène de l'acier duplex n'induit pas de variation de r#e, tandis que la diminution de r#m dépend de la microstructure. L'indice fragilisation f permet de mettre en évidence l'influence positive de la décomposition spinodale et de la précipitation de la phase G. L'utilisation de l'indice de fragilisation % permet de montrer que la précipitation de la phase implique une fragilisation par l'hydrogène plus élevée, malgré des quantités inferieures d'hydrogène absorbe - l'acier duplex a l'état de livraison, charge en hydrogène, présente la possibilité de récupérer complètement ses propriétés mécaniques grâce a un traitement thermique de revenu à basse température (< 250°C) - la fissuration par fatigue a l'air ne varie pas avec la fréquence (entre 10 et 50 Hz) ni avec la direction de charge (lt ou Tl). Les modifications microstructurales dans la ferrite après revenu a 475c ou a 800c modifient la vitesse de fissuration dans les stades ii et iii, mais pas sur le stade de seuil - la fissuration de l'acier duplex sous chargement d'hydrogène en conditions potentiostatiques dans l'eau de mer n'a pas lieu - la fissuration de l'acier duplex sous chargement en conditions potentiostatiques dans une solution aqueuse d'acide sulfurique a lieu avec des vitesse plus élevées dans les trois stades de propagation, car outre la fragilisation de la ferrite, il y a un début de fragilisation de l'austénite. L’importance de l'influence de l'hydrogène est différente suivant les valeurs de k. La formation des stries a toujours lieu dans l'austénite et dans la ferrite, avec une distance entre stries qui dépend de la vitesse macroscopique, du libre parcours moyen de l'hydrogène dans la ferrite et dans l'austénite et de la dimension de la zone plastique réversible.

Les aciers austéno-ferritiques moulés sont utilisés pour la fabrication de certains composants du circuit primaire des réacteurs à eau pressurisée. Leur utilisation aux températures de service entraine leur fragilisation en raidon de l'apparition d'une phase durcissante dans la ferrite par transformation spinodale. Certaines conditions réelles de fonctionnement sont telles que les aciers en cause sont soumis à des chargements cylindriques. Par conséquent un des citères retenus pour la tenue en service des composants est la résistance à la fatigue. Ce travail s'incrit dans ce cadre. Il a été montré que malgré la macrostructure particulière de ces aciers, le comportement des aciers austéno-ferritiques vieillis sous chargement cylindriques est classique. En effet l'endurance du matériau en fatigue oligocyclique suit une loi de Manson-Coffin. Le durcissement initial est suivi d'un adoucissement attribué en partie à la destruction partielle de compositions. De plus la vitesse de fissuration par la fatigue suit une loi de Paris. L'étude des mécanismes d'endommagement des aciers austéno-ferritiques a montré que l'ammorçage des fissures a lieu préferenctiellement aux abord des retassures de taille millimétrique. La propagation des fissures continue. Elle correspond à des rupture successives d'éléments composés par un îlot de ferrite et un îlot d'austénite (en premier lieu la ferrite se rompt par clivage comme en chargement monotone puis l'austénite se rompt par fatigue).

L'analyse de la resistance a fatigue-corrosion d'un acier inoxydable austeno-ferritique de type z3 cnd 22 05 a l'azote fait apparaitre un comportement macroscopique identique a tous les niveaux de deformation appliques. La phase austenitique, durcie par la presence d'azote, participe a la deformation a tous les niveaux, et la phase ferritique ne se deforme pas par maclage. Une etude de la phase ferritique de l'alliage bi-phase a ete entreprise et met en evidence certains parametres responsables de la deformation par maclage de ces aciers a temperature ambiante. L'analyse du comportement electrochimique (milieu nacl 30g/l, ph = 6,5) du duplex et de ses deux phases montre que la phase ferritique protege cathodiquement la phase austenitique. Mais, les resultats de fatigue-corrosion montrent que la difference de duree de vie par rapport a l'air est non negligeable. Cette difference est expliquee par un effet du milieu corrosif sur les joints de phases, et un effet de la texture morphologique de l'acier a ete souligne. L'application d'un potentiel cathodique montre un aspect de la fissuration tres different de celui etudie a pontentiel libre. Une modelisation des differents comportements a ete entreprise en tenant compte des divers potentiels appliques et des resultats obtenus sur la phase austenitique en corrosion sous contrainte.

Le phénomène de corrosion fissurante sous contrainte est complexe, difficilement prévisible, et ses conséquences sont souvent catastrophiques et redoutées dans la pratique industrielle. Son étude , dans le cas de trois nuances d'acier inoxydable (austénitique, ferritique et austénoferritique) en milieu chloruré chaud (MgC12 44 % à 145°C), fait l'objet de ce travail. La technique d'émission acoustique (EA) a été choisie, car elle permet non seulement le suivi de la propagation des fissures ; mais elle s'avère aussi très efficace pour l'investigation des mécanismes fondamentaux de corrosion sous contrainte (CSC). Notre travail expérimental commence par une identification systématique des différentes sources d'EA liées aux conditions opératoires : ébullition ou cristallisation de la solution, dégagement d'hydrogène, piqûre, parasites mécaniques et électromagnétiques, déformation plastique et propagation de fissures. Une étude sur des éprouvettes testées en traction dans un microscope électronique à balayage, permet de corréler sans ambiguïté les étapes de déformation plastique avec leur signature acoustique. Les essais effectués à vitesse de déformation imposée en milieu MgC12, complétés par l'observation systématique des faciès de rupture, conduisent à identifier et caractériser le signaux d'EA produits sur les trois nuances, lors de la propagation des fissures des CSC. Enfin, les essais de sollicitation pulsée, couplés avec des mesures acoustiques, électrochimiques et l'observation microfractographique des ruptures, sont riches en enseignements sur les conditions et les vitesses de fissuration ainsi que sur les mécanismes de production des salves d'EA liées au processus de fissuration. A partir de ce dernier type d'essais, nous avons défini un critère, basé sur des paramètres d'EA, permettant de détecter la propagation des fissures dès le façonnage de celles-ci. Ce critère est beaucoup plus sensible que d'autres s'appuyant sur des mesures mécaniques, électroniques et ultrasonores
The aim of this study is to confirm the possibility of Acoustic Emission (AE) monitoring of Stress Corrosion Cracking (SCC). AE technique can first, shed light into the mechanism of SCC particularly concerning the propagation process of trans-granular sec, and second, evolve into a method for in sit continuous monitoring of critical structures, for instance in chemical plants. The material-environment system is austenitic, ferritic and duplex stainless steels in 44% aqueous MgC12 solution at 145°C. Ali possible AE sources are identified and characterized in such operating conditions : bubbling and solution crystallization, hydrogen evolution, pitting, mechanical and electromagnetic noise. Plastic deformation. Tensile tests in a scanning electron microscope (SEM) are performed to identify the local deformation mechanisms that can induce film rupture. Slow strain rate tests are carried out to produce reproducible stress corrosion crack. During cracks propagation the AE bursts are identified and characterized for the three types of stainless steels. The mechanisms of film rupture are now better understood with SEM observations. Load pulsing tests in MgCl2 together with electrochemical measurements and SEM fractographs give a lot of information on initiation conditions, crack velocity, and the mechanism of AE bursts production. A good criterion bas already been achieved to detect by AE measurements the early stages of sec initiation and propagation. This criterion provides an earlier detection of sec than other mechanical and electrochemical techniques

Ce travail a pour but de contribuer à l'étude de la décomposition de la ferrite delta dans un acier inoxydable Z3CND-22-05. Par microscopies optique et électronique (MET, HREM) et par diffraction des électrons (microdiffraction, faisceau convergent) couplée avec la microanalyse par sélection d'énergie, les différents produits de décomposition ont été caractérisés et leurs compositions chimiques analysées. Les relations d'orientation entre phases ont été déterminées et des mécanismes de transformation ont été proposés. La morphologie des particules est, quant à elle, approchée par la théorie des symétries. La décomposition isotherme de la ferrite delta conduit à la formation d'une austénite qui obéit à la classification morphologique de Dubé établie pour la ferrite proeutectoïde. Pour des revenus de longue durée, l'austénite se transforme en martensite en lattes. Par contre, au cours d'un refroidissement continu, apparaït aussi un agrégat austénite-carbure (M23C6). Entre 650°C et 970°C, précipitent aux interfaces austéno-ferritiques deux phases intermétalliques, sigma et khi. La phase sigma apparait à la fois sous forme massive et sous forme d'agrégats sigma-ferrite et sigma-austénite. Entre 450°Cc et 650°C, quatre phases ont été identifiées. Il s'agit de la phase de Frank et Kasper R, d'une ferrite riche en Cr, d'une austénite caractérisée par une morphologie particulière (en pointe) et d'une nouvelle phase, dénomme tau qui appartient au groupe spatial Fmmm
This investgation, using a Z3CND-22-05 duplex stainless steel, was carried out to provide more information on the morphological and structural features of the decomposition of delfa ferrite. Optical and electron (TEM and HREM) microscopies together with the electron diffraction (microdiffraction and CBED) coupled with the Energy Dispersive X-ray microanalysis are used to identify the precipitates and examine their chemical composition. The orientation relationships between the phases are determined. The precipitate morphology is discussed in terms of the symmetry elements and precipitation mechanisms are proposed. The isothermal decomposition of delta ferrite leads to austenite formation. At later stages of ageing, the austenite transforms to lath martensite. During continuous cooling, an austenite-M23C6 aggregate precipitates. In the temperature range between 650°C and 970°C, two major phases, sigma and khi, precipitate at the delta-gamma interface. The sigma phase adopts an unspecified form and appears as aggregates of sigma-ferrite and sigma-austenite. In the temperature range between 450°C and 650)C, four intragranularphases were identified ; the Frank and Kasper R-phase, a Cr-rich ferrite, an austenite with an arrow-type morphology and a novel orthorhombic phase which belongs to the Fmmm space group