Divers composants du circuit primaire des réacteurs à eau pressurisée (REP) intègrent des zones soudées dont certaines utilisent l’alliage base nickel 82 (désigné comme ERNICr-3 dans le code RCC-M) comme métal d’apport. Ces zones soudées subissent une exposition prolongée au milieu primaire, environnement contrôlé d’un point de vue chimique et contenant de l’hydrogène dissout. La littérature rapporte que, dans des conditions particulières d’exposition à l’eau primaire, et à basse température (< 100 °C), un abattement des propriétés mécaniques, et de la résistance à la déchirure ductile notamment, se manifeste pour l’alliage 82. Selon la littérature, l’hydrogène serait responsable de cette fragilisation, mais son rôle n’a pas été encore clairement démontré dans des conditions proches d’un environnement REP. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche développé par Framatome pour identifier le rôle de l’hydrogène et évaluer les situations de fonctionnement potentiellement à risque. Elle a permis de déterminer les conditions les plus fragilisantes en simulant le milieu primaire en autoclave et de proposer des éléments de compréhension quant à l’effet de l’hydrogène sur l’endommagement observé. Le dépôt soudé en alliage 82 étudié a été fabriqué par Framatome ; sa microstructure a été étudiée à différentes échelles pour décrire les différents éléments microstructuraux susceptibles de jouer un rôle dans le mécanisme de fragilisation. Une forte hétérogénéité de microstructure a été mise en évidence, nécessitant le repérage précis de la direction et de la profondeur de prélèvement des échantillons dans le dépôt. Les propriétés mécaniques en traction du dépôt en environnement primaire simulé ont été déterminées en considérant différentes conditions d’exposition à ce milieu : elles ont été comparées aux propriétés en traction mesurées à l’air. L’endommagement consécutif à ces essais a été caractérisé et un mécanisme de fragilisation assistée par l’hydrogène a été proposé. Pour vérifier les hypothèses émises quant à l’effet de l’hydrogène sur le matériau étudié, d’autres essais de traction ont été réalisés sur des échantillons pré-chargés en hydrogène par polarisation cathodique. Les résultats obtenus ont permis d’apporter des éléments de compréhension supplémentaires quant à l’influence de l’hydrogène sur les propriétés mécaniques du dépôt soudé d’alliage 82 en milieu primaire simulé. Des mesures électrochimiques et des analyses en SKPFM ont également été réalisées sur des échantillons pré-chargés en hydrogène, mais aussi pré-exposés au milieu primaire simulé, pour évaluer l’influence de l’hydrogène sur le comportement électrochimique du dépôt et étudier sa distribution au sein de ce dernier. Des interactions entre l’hydrogène et certains éléments microstructuraux du matériau ont ainsi été mises en évidence. |
Various components in the primary circuit of pressurised water reactors (PWRs) include welded zones, some of which use nickel-based alloy 82 (designated as ERNICr-3 in the RCC-M code) as filler metal. These welded zones are subjected to prolonged exposure to PWR primary water; i.e., a chemically controlled environment containing dissolved hydrogen. The literature reports that, under specific conditions of exposure to primary water, and at low temperatures (<100 °C), a reduction in mechanical properties and ductile tearing resistance, in particular, occurs for alloy 82. According to the literature, hydrogen is responsible for this embrittlement, but its role has not yet been clearly demonstrated in conditions close to a PWR environment. This thesis is part of a research project developed by Framatome to identify the role of hydrogen and assess the operating situations that are potentially at risk. The aim of this thesis is to evaluate the most detrimental conditions by simulating the primary environment in an autoclave and to propose ways to better understand the effect of hydrogen on damage. The alloy 82 weld deposit studied was prepared by Framatome; its microstructure was studied at different scales to describe the different microstructural parameters likely to be involved in the mechanism of embrittlement. A highly heterogeneous microstructure was revealed, so that the direction and depth at which samples were taken from the weld deposit have to be controlled. Mechanical tensile properties of the deposit were studied in a primary environment simulated in an autoclave considering different testing conditions; they were compared to tensile properties determined in air. The damage resulting from these tests was characterised, and a hydrogen-assisted embrittlement mechanism was proposed. To verify the hypotheses put forward regarding the effect of hydrogen on the material studied, further tensile tests were carried out on cathodically hydrogen-precharged samples. The results obtained provided further insights into the influence of hydrogen on the mechanical properties of the alloy 82 weld deposit in a simulated primary environment. Electrochemical measurements and SKPFM analyses were also carried out on cathodically hydrogen-precharged samples and samples pre-exposed to the simulated PWR environment to investigate the influence of hydrogen on the electrochemical behaviour of the deposit and to study the hydrogen distribution inside the weld deposit. Interactions between hydrogen and some microstructural parameters of the material were thus highlighted. |