Les aciers inoxydables martensitiques au chrome sont développés depuis les années 70 avec pour objectif aujourd'hui de les utiliser comme matériau de structure dans les centrales thermiques (Circuits de refroidissement, turbine) et nucléaires (Cuve du réacteur...). L'acier de l'étude i.e. l'acier 9Cr1Mo-NbV est déjà utilisé dans des centrales thermiques principalement en Angleterre et au Japon. Compte tenu de l'importance des composants, l'assemblage par soudage est une technique largement utilisée. Un intérêt tout particulier est porté dans cette étude à l'évaluation de la durée de vie des composants soudés en acier 9Cr1Mo-NbV après la constatation de plusieurs ruptures en service prématurées au niveau des soudures.<br />L'étude réalisée avait donc pour objectif d'identifier expérimentalement et de modéliser le comportement, l'endommagement et la rupture en fluage haute température (typiquement dans le domaine de température 450°C - 650°C) de composants soudés en acier 9Cr1Mo-NbV.<br />Pour cette étude, le métal de base a d'abord été étudié comme matériau de référence. Il est notamment démontré que les résultats expérimentaux à 1000 heures ne peuvent pas être utilisés, comme il est usuel de le faire, pour prédire la durée de vie en fluage à 100000 heures. La raison de cette impossibilité est l'existence d'un changement de mécanisme de comportement et d'endommagement aux temps longs. Pour représenter ce changement de mécanisme, un modèle de fluage couplant comportement et endommagement et intégrant plusieurs mécanismes de déformation a été développé suivant les développements de la mécanique des milieux poreux initiés par Gurson. Le modèle a été identifié sur la base de résultats expérimentaux sur diverses géométries d'éprouvettes permettant notamment de prendre en compte les effets de la triaxialité sur le développement de l'endommagement. L'étude a par ailleurs mis en évidence une bonne capacité du modèle à prédire les lieux de rupture ainsi que l'amorçage et la propagation stable de fissure.<br />L'attention a ensuite été portée à la tenue en fluage des composants soudés qui présentent une résistance au fluage très inférieure à celle du métal de base due à la faiblesse de la zone affectée thermiquement (ZAT). Pour ce faire, deux niveaux d'investigation ont du être explorés. D'une part, le soudage induit des modifications métallurgiques et donc des modifications locales des propriétés mécaniques du métal de base : c'est un effet matériau. D'autre part, les différences de propriétés mécaniques rendent complexes l'état de chargement de l'assemblage soudé : c'est un effet de structure.<br />L'effet matériau a été étudié en identifiant la ZAT faible des composants soudés, en la reproduisant sur échantillons massifs, puis en testant des éprouvettes de fluage usinées dans ces mêmes échantillons massifs. Il a été ainsi possible d'utiliser le modèle multi-mécanismes développé pour l'étude sur métal de base afin de modéliser le comportement et l'endommagement de fluage haute température de la ZAT faible dans toute la gamme de contrainte.<br />Finalement, des calculs éléments finis multi-matériaux ont été réalisés en considérant le composant soudé comme l'assemblage de trois microstructures : le métal d'apport, le métal de base et la ZAT faible dont les équations constitutives respectives ont été intégrées aux calculs. Il a ainsi été possible d'identifier les effets de type structure mais surtout de prédire la durée de vie des composants soudés en acier 9Cr1Mo-NbV y compris pour des composants industriels.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00162118 |
| Date | 13 December 2004 |
| Creators | Gaffard, Vincent |
| Publisher | École Nationale Supérieure des Mines de Paris |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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