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Theses Year : 2020

Experimental and numerical analysis of stress corrosion cracking initiation of cold-worked austenitic stainless steels

Analyse expérimentale et numérique de l'amorçage de fissures de corrosion sous contrainte dans les aciers inoxydables pré-écrouis

Qi Huang
  • Function : Author
  • PersonId : 1174217
  • IdRef : 263405761

Abstract

The aim of this thesis is to understand the contribution of the combination of microstructure and mechanical fields on SCC crack initiation for austenitic stainless steels in the primary PWR environment after a tensile predeformation. From microgrids and EBSD surface investigations, coupled with finite element simulations in crystalline elastoplasticity, it is shown that SCC intergranular cracks mainly concern highly disoriented general grain boundaries, whose apparent inclination suggests predominance of grain boundaries perpendicular (or almost) to the traction axis and heavily loaded. However, many joints with these characteristics are not cracked, highlighting the need for additional experimental investigations in 3D. From FIB cuts of some representative joints, it appears that the normal stress alone is not sufficient to correlate with oxidation length. In order to analyze the effect of complex mechanical loading, cross-test geometry is used to perform a sequenced loading path. A coupled approach between experimental measurements and numerical simulations made it possible to analyze the heterogeneities of the mechanical fields on the whole specimen. The results help to understand qualitatively the location of cracks outside the area of interest defined a priori. In perspective, a model of intergranular diffusion / oxidation of grain boundaries is presented on a simplified polycrystalline aggregate, opening the way to mechanical coupling / diffusion / oxidation in order to better describe the evolution of oxide penetration depth and therefore of evolution of grain boundary properties.
L’objectif de cette thèse est de comprendre la contribution de la combinaison de la microstructure et des champs mécaniques sur l’amorçage de fissures de CSC pour les aciers inoxydables austénitiques dans l’environnement primaire de REP après une prédéformation de traction. A partir d’investigations de surface par microgrilles et EBSD, couplées à des simulations par éléments finis en élastoplasticité cristalline, il est montré que les fissures intergranulaires de CSC concernent principalement des joints de grains généraux fortement désorientés, dont l’inclinaison apparente suggère la prédominance de joints perpendiculaires (ou presque) à l’axe de traction et fortement chargés. Cependant de nombreux joints présentant ces caractéristiques ne sont pas fissurés, soulignant le besoin d’investigations expérimentales complémentaires en 3D. A partir de coupes FIB de quelques joints représentatifs, il apparait que la seule contrainte normale ne permet pas de faire un lien avec la profondeur d’oxydation. Afin d’analyser l’effet d’un chargement mécanique complexe, une géométrie d’éprouvette en croix est utilisée pour effectuer un trajet de chargement séquencé. Une approche couplée entre mesures expérimentales et simulations numériques a permis d’analyser les hétérogénéités des champs mécaniques sur toute l’éprouvette. Les résultats aident à comprendre qualitativement la localisation des fissures en dehors de la zone d’intérêt définie a priori. En perspective, un modèle de diffusion / oxydation intergranulaire des joints de grains est présenté sur un agrégat polycrystallin simplifié, ouvrant la voie au couplage mécanique / diffusion / oxydation afin de mieux décrire la évolution de profondeur de pénétration d’oxyde et donc d’évolution de propriétés du joint de grains.
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Origin Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03813572 , version 1 (13-10-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03813572 , version 1

Cite

Qi Huang. Analyse expérimentale et numérique de l'amorçage de fissures de corrosion sous contrainte dans les aciers inoxydables pré-écrouis. Matériaux. Université Paris sciences et lettres, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPSLM081⟩. ⟨tel-03813572⟩
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