Amorçage de fissures de CSC et aspects microstructuraux

Afin d’améliorer la compréhension de l’amorçage des fissures intergranulaires de Corrosion Sous Contrainte (CSC), une étude locale à l’échelle de la microstructure, a été choisie. Celle- ci consiste à caractériser systématiquement les joints de grains ayant fissuré ainsi que les champs mécaniques (de déformation et de contraintes) autour de ces joints de grains. Les caractérisations microstructurales et mécaniques seront abordées respectivement dans les chapitres III et IV. L’objectif est ainsi de caractériser les paramètres permettant d’expliquer la sensibilité d’un joint de grains à la fissuration en CSC. Ce Chapitre III décrit, dans un premier temps, la méthodologie utilisée pour réaliser les essais d’amorçage de fissures de CSC en milieu vapeur hydrogénée. Dans un deuxième temps, les résultats des essais, i.e. nombres d’amorces et caractérisation des joints de grains fissurés, sont présentés. Enfin, les sites d’amorçage seront corrélés à la microstructure (morphologie, orientation cristallographique et répartition des espèces chimiques dans la passe de soudage). Les observations des faciès de rupture des éprouvettes CT de l’Alliage 82 soudé ont mis en évidence des fronts de fissuration irréguliers, faisant apparaître des îlots localisés de propagation des fissures de CSC. Ce type de front de fissuration obtenu sur des alliages à base de nickel soudés a été observé à la fois en milieu primaire à 340°C et en milieu de vapeur d’eau hydrogénée à 400°C (paragraphe I.2.2) [Vaillant2005] [Guerre2011]. C’est pourquoi, nous nous intéressons tout particulièrement dans ce manuscrit aux aspects microstructuraux et mécaniques. En effet, dans le Chapitre II, la description des deux nuances d’Alliage 82 étudiées a mis en évidence des similitudes entre les deux types de moules bruts de soudage en ce qui concerne la morphologie des grains de la microstructure vis-à-vis des axes de prélèvement et de la précipitation. Les grains présentent alors une forme plutôt équiaxe pour les éprouvettes prélevées dans le plan TL (étêtement des dendrites), une forme allongée dans le plan TS (sens de croissance des dendrites) et la nature de la précipitation (intragranulaire et intergranulaire) est similaire dans les deux nuances « bruts de soudage ». Toutefois, il existe des différences sur les tailles de grains, les orientations cristallographiques et la densité de précipités. Ces différences microstructurales peuvent laisser supposer que le comportement vis-à-vis de l’amorçage de fissures de CSC est différent. Enfin, la taille et l’hétérogénéité de la microstructure impliquent que le volume élémentaire représentatif (VER), vis-à-vis de la CSC, soit de plusieurs centimètres carrés, expliquant probablement les dispersions obtenues sur les résultats des essais de la littérature et la difficulté de l’identification de critères d’amorçage et de propagation de fissures par CSC.

L’état des contraintes locales au niveau des joints de grains sera également appréhendé par une étude numérique des contraintes normales aux joints de grains à l’aide de simulations numériques par éléments finis et de la suite Z-set® [Zebulon1999]. La corrélation entre toutes ces variables d’une part et les lieux de fissuration d’autre part devrait permettre de déterminer le degré de dépendance de la fissuration aux paramètres microstructuraux et/ou aux paramètres mécaniques via leur rôle sur, d’une part, l’énergie de cohésion des joints de grains vis-à-vis de la CSC et, d’autre part, sur le critère de fissuration par CSC (Figure III-1). explicitées dans le paragraphe II.3. Les essais d’amorçage sont réalisés dans un autoclave de 23L en acier inoxydable. La grande capacité de la cuve permet de tester simultanément et dans un même milieu un grand nombre d’éprouvettes. Au cours de ces essais, la température, la pression totale et la pression partielle d’hydrogène sont mesurées, respectivement, à l’aide de thermocouples et de manomètres. Les éprouvettes U-bend sont placées sur un porte- échantillons comme illustré sur la Figure III-2. Les essais d’amorçage sont réalisés dans un milieu de vapeur d’eau à 400°C et 188 bar avec une pression partielle d’hydrogène de 0,7 bar. La CSC des alliages à base de nickel étant thermiquement activée (paragraphe I.1.2), ce milieu d’essai permet de réduire la durée des essais tout en conservant le même mécanisme que celui en milieu primaire nominal (température comprise entre 290°C et 360°C). En effet, quelques auteurs [Economy1987] [Buisine1994] [Jacko2003] ont également réalisé des essais en milieu vapeur à 400°C sur des alliages à base de nickel (A600, A182 et A82) et ont pu constater une diminution du temps à l’amorçage tout en gardant les mêmes faciès intergranulaires de CSC.