Sensibilité d’un acier AFA (Alumina Forming Austenitic steel) à la fragilisation par l’eutectique Pb-Bi liquide

Abstract

Un des challenges dans le développement des ADS (accelerator driven systems) est de démontrer la tenue des matériaux de structure en présence du métal liquide servant de cible de spallation et de fluide caloriporteur ie. l’eutectique plomb-bismuth (ePb-Bi). La durée de vie des matériaux, notamment des aciers en contact avec le métal liquide, peut être réduite par des phénomènes soit de corrosion par le métal liquide, soit de fragilisation par métal liquide (FML). Il a été montré que les aciers ferritiques ou martensitiques de structure cubique centrée sont sensibles à la FML par l’ePb-Bi, pour des températures inférieures à 450 °C, contrairement aux aciers austénitiques tels l’acier 316L et l’acier 15-15Ti qui cependant montrent une tenue à la corrosion insuffisante pour des températures supérieures à 450 °C. C’est pourquoi, ces dernières années, la tenue d’aciers AFA (Alumina Forming Austenitic steel) en présence d’ePb-Bi liquide ou Pb liquide est étudiée. En effet, ces aciers, du fait de la présence d’aluminium, montrent une tenue à la corrosion améliorée par rapport aux aciers 316L et 15-15Ti, notamment pour des températures supérieures à 450 °C. L’objectif de la présente étude est d’évaluer la tenue mécanique d’un acier AFA (Fe12Cr15.8Ni2.7Al3.5Mn2.5Cu1Nb) en présence de l’ePb-Bi pour des températures comprises entre 350 °C et 550 °C. Il s’agit de déterminer son éventuelle sensibilité à la FML et d’expliquer les mécanismes mis en jeu. Des essais de traction à différentes températures et différentes vitesses de déformation sont menés à l’air et en présence d’ePb-Bi. De plus, les faciès de rupture ainsi que les chemins de fissuration sont analysés à partir d’observations au MEB-EDX et MEB-EBSD. Les résultats montrent une fragilisation par l’ePb-Bi pour les températures supérieures à 450 °C. Une diminution de la vitesse de déformation ou une augmentation de la température accentue l’effet du métal liquide. La présence du métal liquide provoque la propagation intergranulaire de fissures de surface qui mènent à la rupture du matériau pour une déformation et une contrainte plus faibles en comparaison des résultats des essais menés à l’air. Le mécanisme avancé pour expliquer cette FML à hautes températures s’appuie sur un mécanisme de mouillage aux joints de grains, sous contrainte mécanique.