Dans le cadre du développement des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na) pour la quatrième génération de réacteurs nucléaires, les aciers renforcés par une dispersion d'oxydes nanométriques (Oxide Dispersion Strengthened, ODS) sont envisagés comme matériaux de gainage du combustible. Ils présentent en effet une bonne stabilité dimensionnelle sous irradiation grâce à leur structure cubique centrée, ainsi que d'excellentes propriétés en fluage thermique grâces aux nano-renforts.
L'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes de plasticité de tels matériaux à haute température, via une approche multi-échelles. D'une part, des caractérisations microstructurales fines ont été réalisées sur des aciers ODS à 9 et 14% de chrome, consolidés par filage ou compaction isostatique à chaud. D'autre part, des essais mécaniques en traction et fluage ont été menés afin d'évaluer leurs propriétés. Les informations obtenues couplées à des observations in situ de la déformation lors d'essais de traction dans un Microscope Electronique en Transmission ont permis de mettre en avant une évolution des mécanismes de déformation et d'endommagement avec la température. A basse température un mécanisme à caractère intragranulaire a été identifié. A haute température, une augmentation de la composante intergranulaire du mécanisme et son effet néfaste sur l'endommagement ont été mis en avant. Enfin, grâce a une nuance modèle sans renfort, le rôle durcissant des nano-renforts sur les propriétés mécaniques ainsi que sur les mécanismes a été évalué. |
As part of the development of the new generation of nuclear power plant, especially sodium-cooled fast reactors (SFR), oxide dispersion strengthened (ODS) steels are considered as potential candidates for cladding materials. Their main interests are their excellent dimensional stability under irradiation, thanks to their body centered cubic structure, and their high thermal creep resistance due to the nano-particles.
The aim of this work is to understand the plasticity of such materials through a multi-scale approach. First, the microstructure of 9% and 14% Cr ODS steels has been finely characterized. Then, their mechanical behavior has been studied through tensile tests and creep tests. In addition, in situ Transmission Electron Microscopy straining experiments have been carried out to observe the dynamic behavior at a finer scale. This work emphasizes an evolution of the deformation and damage mechanisms with temperature. At room temperature, a mechanism with a strong intragranular contribution is noticed. At high temperature, an increase of the intergranular component has been pointed out. Consequently, it leads to more severe damage. Finally, the hardening role of the precipitates on the mechanical properties and the plasticity has been evaluated thanks to a “model” material, without precipitate. |