thèse CEA - CSC A600-1 - Master MAGIS Materials and

PROPOSITION DE SUJET DE THESE 2012/2015*
AU CENTRE DES MATERIAUX
DE L’ECOLE DES MINES DE PARIS
Mécanismes de la corrosion sous contrainte de l'Alliage 600 en milieu primaire
REP.
Stress corrosion cracking mechanisms of Alloy 600 in primary water
en français : corrosion sous contrainte, diffusion, microstructure, déformation locale
en anglais : stress corrosion cracking, diffusion, microstructure, local strain
state
Directeur(s) de thèse : J. Crépin, C. Duhamel, C. Guerre (CEA)
Présentation détaillée
En français
Le Centre des Matériaux situé à Evry (35 km au sud de Paris) est un laboratoire
associé au CNRS (UMR 7633) emploie environ 181 personnes dont 38 enseignantschercheurs, 38 ITA, 82 doctorants et 10 post-doctorants. Les recherches concernent
l’élaboration, la caractérisation microstructurale, les études expérimentales du
comportement des matériaux, la modélisation et la simulation numérique. Elles sont
réalisées en étroite collaboration contractuelle avec des partenaires industriels.
La corrosion sous contrainte des alliages base nickel est un des mécanismes de
dégradation des composants des réacteurs à eau sous pression. Malgré de
nombreuses études de laboratoire, les mécanismes à l'origine de cette dégradation
sont encore mal connus. Toutefois, les études récentes menées sur la corrosion sous
contrainte des alliages base nickel et, notamment de l'Alliage 600, en milieu REP ont
permis de bien progresser dans la compréhension des mécanismes mis en jeu. Ces
études se sont basées sur des expériences ciblées associées à des caractérisations
fines (MET, nano-SIMS, SIMS, sonde atomique …) ainsi que des calculs destinés à
quantifier l'influence des paramètres mis en jeu dans les mécanismes de CSC
proposés dans la littérature.
Ces avancées ont permis de mettre en évidence l'importance des interactions entre
les mécanismes de CSC et les paramètres suivants :
- transports de l'oxygène et de l'hydrogène,
- diffusion des espèces cationiques (Cr) dans les zones déformées en pointe de
fissure,
- interactions hydrogène-oxygène-plasticité,
- précipitation intergranulaire de carbures de chrome,
- oxydation des fissures.
Ainsi, la modélisation des mécanismes de CSC impose de disposer de données
expérimentales fiables concernant la migration/localisation des espèces mises en jeu
(O et Cr) et l’oxydation intergranulaire. Ces phénomènes sont étroitement liés à l’état
microstructural du matériau (notamment au niveau des joints de grains) et à son état
de déformation (en particulier aux relations entre la déformation plastique locale, la
structure/désorientation des joints de grains et la structure de dislocations).
Cette thèse a un double objectif :
- acquérir à l’aide de matériaux modèles des données précises :
• sur la migration/localisation des espèces responsables de l'amorçage et de la
propagation de fissures intergranulaires, notamment, chrome et oxygène,
• sur la relation entre la précipitation intergranulaire, la tenue du joint de grains
et son oxydation.
- modéliser les phénomènes d'amorçage et de propagation de fissures de corrosion
sous contrainte de l'Alliage 600 en milieu primaire des REP et tenter de valider cette
modélisation à l’aide d’essais en conditions représentatives sur matériau modèle.
En anglais
The Centre des Matériaux located in Evry (35km south of Paris) is a laboratory
associated with the CNRS, employing around 181 people including 38 researchers,
38 technicians, 82 PhD students and 10 Post-Doctoral researchers. Research
concerns materials processing and surface modification, the microstructural
characterization and experimental study of the behaviour of materials. These studies
are carried out in close contractual collaboration with industrial partners.
Stress corrosion cracking (SCC) of nickel-based alloys is one of the main degradation
mechanisms of primary water reactors (PWR) components. Although numerous
studies have been carried out on this topic, the mechanisms are still unclear.
Recent studies, based on fine-scale characterizations (TEM, SIMS, APT,…) have
shown the interactions between SCC mechanisms and the following parameters:
• oxygen and hydrogen migration
• cationic species diffusion in the strained zone of the alloy close to crack tip
• intergranular precipitation of chromium carbides
• crack walls oxidation
Experimental data on the transport and location of the involved species (O, H, metallic
cations) and on intergranular oxidation are required to model SCC mechanisms.
These phenomena are closely correlated to the material microstructure (in particular
the grain boundaries) and to its local strain state.
The aims of this thesis are:
- to acquire data on the migration of the species responsible for crack initiation
and propagation and on the correlation between intergranular precipitation,
grain boundaries strength and grain boundaries oxidation. For this purpose,
model materials and microstructures will be used.
- to model SCC initiation and propagation of Alloy 600 in PWR conditions
Encadrants :
Jérôme CREPIN
MINES ParisTech
Cécilie DUHAMEL
MINES ParisTech
Catherine GUERRE
CEA Saclay
Résultats attendus :
Proposition d’un mécanisme d'amorçage et de propagation des fissures de corrosion
sous contrainte de l'Alliage 600 en milieu primaire des REP.
Méthode : Métallographie, MEB, EBSD, MET, SIMS, essais d’oxydation en autoclave
Financement doctorant : bourse CEA
Expérience souhaitée / profil : Science des Matériaux – goût prononcé pour
l’expérimentation
RELATIONS CONTRACTUELLES : CEA, EDF
Le dossier de candidature comportant :
un curriculum vitae détaillé
une lettre de motivation
relevés de notes
lettres de recommandations et les noms, les coordonnées d’au moins deux
personnes pouvant être contactées pour recommandation
est à faire parvenir au Centre des Matériaux de l’Ecole des Mines de Paris, B.P. 87 –
91003 EVRY CEDEX à l’attention du Service recrutement ou par mail à :
[email protected]
Applicants should supply the following :
a detailed resume
-
a covering letter explaining the applicant’s motivation for the position
detailed exam results
two references : the name and contact details of at least two people who
could be contacted to provide an appreciation of the candidate
to be sent to Centre des Matériaux de l’Ecole des Mines de Paris, B.P. 87 – 91003
EVRY CEDEX, to the attention of recruitment department, and/or by e-mail :
[email protected]
*sous réserve de l’acceptation du financement