Matériaux de structure pour les réacteurs nucléaires refroidis au Pb ou Pb-Bi liquide : leur tenue en présence de métal liquide et sous contrainte mécanique

Abstract

La tenue dans le temps des matériaux de structure dans les conditions d’emploi notamment en température, sous irradiation, sous contrainte mécanique et en présence du fluide caloriporteur est un des challenges dans le développement des réacteurs nucléaires de 4ième génération, notamment les réacteurs refroidis par le plomb liquide (LFR) ou pour le développement des ADS (accelerator driven systems). Pour ces deux types de réacteurs, mis à part les endommagements dus à l’irradiation, un des dommages majeurs des matériaux de structure est dû à la corrosion par le métal liquide. De plus, sous contrainte (contrainte mécanique ou contrainte due aux fluctuations de température), les matériaux de structure peuvent être sensibles à la fragilisation par les métaux liquides (FML), c’est-à-dire à la perte partielle ou totale de ductilité en présence de métal liquide [1]. L’objectif de la présentation est la synthèse des connaissances acquises à l’UMET depuis plus de 20 ans [2-9] sur le comportement mécanique d’aciers revêtus ou pas en présence de Pb ou Pb-Bi liquide. Ces connaissances s’appuient sur les résultats d’essais mécaniques menés en présence de métal liquide dans différentes conditions de chargement (monotone et cyclique) ainsi que sur l’étude approfondie de l’endommagement par notamment MEB-EDX-EBSD et Tof-SIMS. Des modèles phénoménologiques sont proposés pour expliquer les cas de sensibilité à la FML ainsi que l’influence de différents paramètres : température, structure cristalline du matériau, état métallurgique de l’acier, contrainte, vitesse de déformation, taux d’oxygène dans le métal liquide.

Références : [1] T. Auger, J-B. Vogt, I. Proriol Serre, Metal liquid Embrittlment Mechanics - Microstructure - Corrosion Coupling, 1st Edition, Concepts, Experiments, Modeling and Cases, Editors: Christine Blanc Isabelle Aubert, STE Press – Elsevier (2019) [2] A. Verleene, J.-B. Vogt, I. Serre, A. Legris, Int. J. Fatigue, 28, (2006), 843-851. [3] J-B., Vogt, A. Verleene, I. Serre, F. Balbaud-Célérier, L. Martinelli, A. Terlain, Eng Fail Anal., 14, (2007), 1185-1193. [4] I. Serre, J.-B. Vogt, J. Nucl. Mater., 376, (2008), 330-335. [5] I. Proriol Serre, I. Diop, N. David, M. Vilasi, J-B. Vogt, Surf Coat Technol., 205, (2011), 4521-4527. [6] C. Ye, J-B. Vogt, I. Proriol Serre, Mat. Sci. Eng. A, 608, (2014), 242-248. [7] I. Proriol Serre, J-B. Vogt, N. Nuns, Appl Surf Sci., 471, (2019), 36-42. [8] J-B. Vogt, J. Bouquerel, C. Carlé, I. Proriol Serre, Int. J. Fatigue, 130, (2020), 105265. [9] I. Proriol Serre, J-B. Vogt, J. Nucl. Mater., (2020), 152021.