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Thèse Année : 2022

Influence of the Bulk Chemical Composition on the Microstructure Evolution of Irradiated Chemically-tailored Nuclear RPV Steels

Effets des éléments Cu, P, Ni et Mn sur l'évolution de la microstructure d'aciers irradiés

Aidar Zakirov
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1236403
  • IdRef : 268431108

Résumé

Lifetime of the nuclear power plant (NPP) is limited by the embrittlement of the reactor pressure vessel steel (RPV) steel. One of the most important parameters determining the embrittlement is the bulk concentration of irradiation sensitive solutes.A set of chemically-tailored (CT) steels with the tuned bulk solute contents were neutron irradiated at 290 °C in high flux BR2 reactor. To study the nanosized solute clusters the state of the art Atop Probe Tomography (APT) technique was utilised.The results of this study show that:- Solute clusters enriched in Mn, Ni, Si and to the less extent in Cu and P were observed in 11 out of 12 conditions. These clusters were formed inside the ferritic matrix, alongside dislocation lines and at low-angle grain boundaries (LAGBs);- Addition of all solutes of interest results in the increase in solute cluster number density. The stronger effect was observed for Ni and Cu that of Mn and P. In addition, a positive synergy between Mn and Ni was evaluated;- Measured by tensile testes irradiation hardening is well explained by the formation of solute clusters. Solute clusters are weak obstacles with an obstacle strength of around 0.14.
La durée de vie d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée (REP) peut être limitée par le durcissement et la fragilisation sous irradiation de l'acier de la cuve du réacteur. Un des paramètres importants influençant l'évolution des propriétés mécaniques de l'acier de cuve sous irradiation est la composition chimique de ce dernier, en particulier les teneurs en éléments réputés fragilisant, tels que Mn, Ni, Si, Cu et P.Dans cette thèse, un ensemble d'aciers de compositions chimiques contrôlées, permettant d'isoler les effets du Mn, du Ni, du Cu et du P et les synergies entre ces éléments, a été irradié aux neutrons à une température de 290 °C dans le réacteur expérimental BR2. L'évolution de la microstructure sous irradiation à été étudiée par sonde atomique tomographique. Les microstructures d'irradiation ont été comparées à des résultats d'essais de traction réalisés au SCK.CEN.Les résultats de cette étude montrent que :- Des amas nanométriques de solutés enrichis en Mn, Ni, Si et dans une moindre mesure en Cu et P sont observés après irradiation. Ces amas se situent dans la matrice ferritique, le long des lignes de dislocation et aux joints de grains;- L'augmentation de la teneur initiale en solutés réputés fragilisant entraîne une augmentation de la densité numériques d'amas de solutés. L'effet le plus fort est observé pour le Ni et le Cu. De plus, une synergie positive entre Mn et Ni a été mise en évidence;- La variation de la limite d'élasticité due à l'irradiation s'explique bien par la formation des amas de solutés en considérant ces amas comme des obstacles faibles (force d'obstacle d'environ 0,14).
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04025831 , version 1 (13-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04025831 , version 1

Citer

Aidar Zakirov. Influence of the Bulk Chemical Composition on the Microstructure Evolution of Irradiated Chemically-tailored Nuclear RPV Steels. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Normandie Université, 2022. English. ⟨NNT : 2022NORMR096⟩. ⟨tel-04025831⟩
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