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Category: Thesis defense and HDR

Mardi 3 novembre 2020 : Soutenance de thèse de Solenne COLLOMB : Étude de l’endommagement en fluage d’assemblages soudés en acier martensitique à 9%Cr – Grade 91.

Doctorante au sein des équipes "Microstructures et Contraintes" et "Physique, Mécanique et Plasticité" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Étude de l’endommagement en fluage d’assemblages soudés en acier martensitique à 9%Cr – Grade 91"

 

Date et lieu :
Mardi 3 novembre 2020 à 14h00
Institut Jean Lamour
Salle 4.A014-Patrick Alnot

 

Composition du jury :

Directeur de thèse :

- M Abdelkrim REDJAIMIA
Professeur, Institut Jean Lamour, Nancy

 Co-directeur de thèse :

- M Alain JACQUES
Directeur de recherche CNRS, Institut Jean Lamour, Nancy

Encadrant industriel :
- M Philippe GRESSELInstitut de Soudure, Yutz

 Rapporteurs :

- Mme Anne-Françoise GOURGUES
Professeure, Ecole des Mines, Paris

- Mme Muriel VERON
Professeure, SIMAP, Grenoble

Examinateurs :
- Mme Sabine DENIS
Professeure, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine, Nancy

- M Olivier CASTELNAU
Directeur de recherche CNRS, Art et Metier, Paris

Invités :

- M. Guillaume CHASSAIN
Ingénieur recherche, Safran Aircraft Engines, Paris

- M Nicolas BECKER
Ingénieur recherche, Institut de Soudure, Yutz

 

Résumé :
L’objectif d’une meilleure efficience énergétique impose des conditions de service, de plus en plus drastiques, aux composants des centrales thermiques. Cette demande a conduit à l’utilisation de nuances d’aciers martensitiques à 9-12% de chrome, comme le Grade 91, qui combinent les propriétés de la martensite avec un durcissement par solution solide et par précipitation. Ces nuances présentent des propriétés remarquables en fluage, mais un mode d’endommagement inhabituel au niveau des assemblages soudés (fissures internes générées dans la Zone Affectée Thermiquement, ZAT).  Le projet que nous menons avec l’Institut de Soudure (IS) est l’identification de l’origine et la compréhension de ce mode d’endommagement inhabituel afin de proposer un ou plusieurs facteurs de suivi du temps de vie résiduel d’une soudure. L’objectif a été de suivre, au cours du fluage, l’évolution de la microstructure et de l’endommagement dans la zone de faiblesse du joint soudé. Dans le cadre de cette thèse, des essais de fluage sur joints soudés ont été réalisés à un niveau de température et de contrainte menant à des endommagements similaires à ceux rencontrés en service. Pour pouvoir suivre l’endommagement, ces essais de fluage ont été interrompus à différents stades de la durée de vie. Les échantillons pré-flués ont été caractérisés in situ par diffraction en rayonnement synchrotron en fluage dans les mêmes conditions (contrainte-température), afin d’évaluer l’état des contraintes internes le long du joint soudé pendant le fluage. Les échantillons ont ensuite été finement caractérisés par microscopie optique, micro-analyse et diffraction, notamment la microscopie électronique à balayage (MEB) et à transmission (MET), la spectroscopie à rayons X en mode sélection d’énergie (EDS), la diffraction des électrons en transmission (Mode sélection d’aire, SAED) et rétrodiffusés (Electron Back-Scatter Diffraction, EBSD). Par ailleurs, la résistance mécanique des assemblages soudés a été suivie par des cartographies de micro-dureté.

Mots clés : soudure, caractérisation, fluage, endommagement

Abstract :
The research of the best thermodynamic efficiency, with the decrease of CO2 emissions, imposes more and more drastic terms of use for the components of Thermal Power Stations. This demand led to the development of the new Grade 91 martensitic steels with 9-12% chromium, associates the usual properties of martensite with solid solution and precipitation hardening. This grade presents exceptional creep properties, but also an unusual damage mode at the welded joint (internal cracks generated in the HAZ - Heat Affected Zone -). The aim of this work carried out with the Institut de Soudure (IS) is to identify the origin and to understand this damage mode in order to propose one or more monitoring factors for follow the residual life time of a welded joint. The objective was to follow, during creep test, the evolution of stresses, microstructure and damage in the base metal and in the weakness zone of the welded joint. Creep tests on welded joints were carried out at a temperature and stress level leading to damage similar to the operating conditions and interrupted at different stages of the service life. The samples were then characterised in situ by diffraction in synchrotron radiation during creep under the same conditions (stress-temperature), to determine the distribution of internal stress along the welded joint. The samples were then investigated using microscopy, microanalysis and diffraction techniques, including scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), Energy dispersive spectroscopy (EDS), transmission electron diffraction (SAED) and backscatter electron diffraction (EBSD). In addition, the welded joint mechanical properties were monitored by micro-hardness mapping.

Key words : welded joint, caracterization, creep, damag