Etude bibliographique de la Corrosion Sous Contrainte (CSC) des alliages à base de nickel

De nombreuses études ont été menées sur l’ensemble des matériaux utilisés dans les REP afin d’anticiper leur comportement et de prévenir la fissuration de ces derniers dans les conditions nominales et accidentelles. Dans ce chapitre bibliographique, nous nous intéresserons aux études portant sur les alliages à base de nickel mais plus particulièrement à celles concernant le comportement des alliages à base de nickel soudés. Après avoir abordé les généralités concernant le comportement des alliages à base de nickel soudés et non soudés, nous nous intéresserons à l’influence des paramètres liés à la CSC. La dernière partie sera consacrée aux études visant à améliorer la compréhension du comportement à l’amorçage ou à la propagation de fissures par CSC, en tenant compte de la caractérisation de la microstructure et du comportement mécanique. Depuis Coriou et al. [Coriou1959], un grand nombre d’études a concerné les alliages à base de nickel en milieu primaire REP et notamment l’Alliage 600, qui est l’un des premiers alliages à base de nickel utilisé dans les circuits primaires. En raison de l’apparition plus tardive des fissures de CSC dans les soudures en alliages à base de nickel, ce n’est que depuis le début des années 90 que des études concernant les alliages à base de nickel soudés sont entreprises, notamment sur les alliages 82 et 182, [Mullen1992] [Buisine1994].

Tout d’abord, les études de la corrosion des métaux commencent par la caractérisation de la couche d’oxyde formée en leur surface au cours des essais en milieu. En effet, la formation de cette couche est la première étape intervenant pendant la période d’incubation du mécanisme de CSC. Certains auteurs, comme Marchetti [Marchetti2010], étudient particulièrement la formation de cette couche ainsi que son évolution au cours du temps d’exposition en milieu corrosif. Le but de ces études est d’améliorer le plus précocement possible la tenue à la ruine du matériau, qui débute par la rupture de la première barrière que constitue la couche d’oxyde. La caractérisation de ces couches permet d’identifier à la fois leur morphologie et leur composition chimique. Il a été observé dans la littérature ([Marchetti2010] Les auteurs s’accordent sur la présence d’une couche externe composée de cristallites de type spinelles riches en nickel et en fer : NiFe2O4. Les observations montrent qu’il existe deux populations de cristallites en termes de taille : des petits cristallites faisant quelques dizaines de nanomètres et des gros cristallites faisant plusieurs centaines de nanomètres et pouvant aller jusqu’à 3 µm. Delabrouille et al. [Delabrouille2005] et Dozaki et al. [Dozaki2010] ont mis en évidence la formation de filaments d’oxyde riches en nickel dont la présence dépend de la teneur en chrome du matériau d’après Delabrouille et al. ou de la pression d’hydrogène dans le milieu d’après Dozaki et al.. Ces filaments d’oxyde sont principalement composés de nickel et sont soit de type NiO ou Ni(OH)2 [Marchetti2010], soit de type NiFe2O4 [Delabrouille2005].

La couche d’oxyde interne est, quant à elle, riche en chrome. Elle est généralement décrite comme double avec une partie externe de type chromite mixte de fer et de nickel Ni(Fe,Cr)2O4 et une partie interne de type Cr2O3 (annexe 1). Cette dernière est parfois présente sous forme de nodules [Marchetti2010]. La formation de cette couche peut entraîner, selon certains auteurs, un appauvrissement en chrome dans le substrat proche de cette dernière sur une épaisseur de plusieurs nanomètres ([Delabrouille2005], [Panter2006] et [Dozaki2010]). Un milieu de vapeur d’eau ultra-pure hydrogénée à 400°C est utilisé dans le but d’accélérer l’amorçage de fissures par CSC tout en gardant les mêmes mécanismes d’amorçage et de propagation [Buisine1994] [Jacko2003] [Economy1987]. C’est ce milieu qui a été choisi pour notre étude. Une comparaison des couches d’oxydes formées sur des coupons en Alliage 82 exposés en milieu primaire nominal à 340°C et en milieu vapeur d’eau à 400°C avec 0,7 bar de pression partielle d’hydrogène sur les alliages à base de nickel soudés (A82) a été réalisée par Chaumun et al. [Chaumun2012]. La comparaison des couches a mis en évidence, dans les deux cas, la formation d’une couche d’oxyde duplex avec une couche externe discontinue, composée de cristallites d’oxyde enrichis en fer et en nickel, et une couche interne continue enrichie en chrome. Cependant, certaines différences ont été observées (Figure I-2). En effet, la couche interne est de type chromite mixte Ni(Fe,Cr)2O4 dans le milieu primaire alors qu’elle est à dominance chromine Cr2O3 dans le milieu vapeur d’eau hydrogénée. Par ailleurs, la présence d’oxyde externe de type NiO, soit sous la forme de filaments ou de gros cristallites, n’a été observée que dans le cas du milieu primaire. Notons de plus que des pénétrations d’oxyde riches en chrome ont été observées le long des joints de grains de l’alliage [Chaumun2012].