Fluage à 500°C d'un joint soudé d'un acier 9Cr-1Mo modifié. Evolution de la microstructure et comportement mécanique

Dans le cadre de la mise au point des nouveaux reacteurs de la Generation IV, la France s'attache notamment a la conception du Very High Temperature Reactor, qui prevoit l'utilisation de materiaux devant resister a plus hautes temperatures et plus longtemps. Parmi les materiaux existants, AREVA a fait le choix de determiner le comportement mecanique du Grade 91 (Fe-9Cr-1Mo-Nb-V) pour equiper les gros composants. Ces gros composants sont des structures soudees, si bien que les soudures, points faibles potentiels, doivent etre etudiees. Les trois partenaires industriels (AREVA, CEA, EDF) ont lance une etude commune en octobre 2005 avec le Centre des Materiaux sur le fluage d'un Grade 91, metal de base et joint soude, a 500°C pour des durees d'exposition allant jusqu'a 4500 h. Des essais de vieillissement thermique, de traction et de fluage a 450°C et 500°C, sur du metal de base et du joint soude ont ete realises. Differentes geometries d'eprouvettes de fluage de joint soude ont ete testees. Aucune evolution significative de la microstructure n'a ete constatee en termes de nature et de taille de precipites et de dimension de la sous-structure par rapport a la microstructure avant essai. Peu d'endommagement par cavitation a pu etre mis en evidence. Le mecanisme qui conduit a la ruine finale du materiau apres fluage est de type viscoplastique a 500°C, contrairement a 625°C ou l'endommagement par cavitation est la cause principale de la rupture des eprouvettes de fluage pour les temps d'exposition les plus longs. A partir des courbes experimentales de fluage du metal de base et du joint soude entier, un modele phenomenologique de comportement de type Norton a 500°C est propose. L'exposant de Norton du metal de base est de 19, alors que celui du joint soude entier est de 18. Ces valeurs suggerent la presence de contraintes internes et indiquent que le glissement des dislocations peut etre le mecanisme qui controle la deformation par fluage. Les eprouvettes de joint soude cassent dans le metal fondu en fluage et dans le metal de base en traction. La zone affectee thermiquement n'a pas de role visible dans la resistance de la structure a 500°C, du moins jusqu'a 4500 h. De ce fait, une decomposition en serie du comportement en fluage du joint soude entier peut etre faite a l'aide de ceux du metal fondu et du metal de base. Connaissant le comportement du metal de base et du joint soude entier, il est possible d'ajuster les parametres du modele au metal fondu. Une autre methode d'ajustement des parametres du metal fondu est egalement proposee a partir des essais sur une geometrie amincie contenant uniquement du metal fondu. Les resultats de ces modeles sont coherents avec les donnees de la litterature. Ce modele permet de predire le temps a rupture a plus long terme, en bon accord avec des resultats du CEA, avec des outils simples de modelisation.