P91 Graphique PWHT

SI a été appelé à évaluer si la chaleur avait eu un impact négatif sur le P91 après un incendie dans une centrale électrique, en prenant des répliques métallurgiques pour les analyser afin d'évaluer tout ramollissement dans les régions HAZ.

M. Gressler a insisté sur le fait que la dureté seule ne permet pas de déterminer la santé du matériau. Une mesure de dépistage efficace consisterait plutôt à surveiller l'accumulation de déformation par fluage à l'aide de jauges de déformation à haute température, ainsi qu'à effectuer une analyse technique pour prédire la durée de vie du matériau.

Dureté

La famille d'acier P91 est un acier inoxydable ferritique/martensitique 9-12% Cr utilisé dans les environnements nucléaires et les centrales électriques pour obtenir des propriétés mécaniques supérieures à des températures élevées. En raison de sa faible teneur en carbone, en niobium et en azote, il réduit la fissuration induite par le soudage ; cependant, en raison de sa plus grande trempabilité, il peut former une zone affectée thermiquement (ZAT) excessivement dure, entraînant une fissuration induite par l'hydrogène - ce qui entraîne la défaillance des soudures et des composants.

SI a récemment été sollicitée par l'usine Siemens pour évaluer une importante réparation par soudure d'une vanne de cuve sous pression à la suite d'un incident impliquant un incendie, afin de déterminer si un matériau hors spécifications avait pu en résulter et, si c'était effectivement le cas, si cela pouvait être corrigé avant l'expiration de la garantie.

SI a effectué une analyse du matériau et a déterminé que sa mollesse n'était pas due au feu, mais qu'elle était probablement causée par un PWHT inefficace.

La température et la durée du PWHT sont d'une importance vitale pour créer des soudures dissemblables avec une microstructure et une dureté optimales, comme dans cette étude menée avec des soudures à l'arc métallique blindé multi-passes d'Inconel 625 en tant que métal d'apport. Les résultats ont démontré que l'utilisation du PWHT à 750 degrés Celsius pendant 2, 4 ou 6 heures comme durée et température préférées du PWHT permettait à la fois de réduire efficacement la dureté dans les régions HAZ tout en maintenant simultanément une microstructure appropriée pour permettre des performances élevées en termes de propriétés mécaniques à des températures élevées.

Solidité

L'acier P91 a été développé spécifiquement pour être utilisé dans les réacteurs nucléaires de type IV. En raison de sa teneur élevée en chrome et de l'ajout de vanadium et de niobium comme éléments d'alliage, l'acier P91 offre une résistance au fluage nettement supérieure à celle de ses homologues moins alliés.

Propriétés du matériau : cet alliage est hautement soudable et présente une excellente résistance à la fatigue thermique et à la corrosion, mais il est sensible à la fissuration assistée par l'hydrogène (HAC). Les méthodes de soudage à l'arc gazeux et solide peuvent être utilisées ; cependant, un traitement thermique après soudage doit être effectué pour obtenir des propriétés de fluage optimales.

Le CAH dans les soudures P91 peut être causé par des conditions de soudage incorrectes et une mauvaise sélection du matériau d'apport, et peut également être aggravé par une géométrie de soudure non uniforme et l'utilisation de laitier. En outre, il peut se manifester par des soudures dissemblables entre les soudures de grade 91 et d'autres matériaux soudables tels que les procédés de soudage P22 ou Inconel 625.

Il est actuellement impossible de réparer les composants de grade 91 sans passer par le PWHT en raison des méthodologies actuelles de réparation des soudures qui produisent des soudures dont la microstructure n'est pas affinée dans la zone HAZ et qui ne subissent qu'une trempe limitée. Par conséquent, d'autres essais et tests approfondis de réparation des soudures doivent être menés en ce qui concerne la ténacité de la ZHA et la résistance au fluage des soudures transversales, ainsi qu'une analyse de toutes les causes de défaillance telles que le grossissement du grain et les problèmes de microstructure.

Module d'élasticité

Le module d'élasticité est une mesure de la facilité avec laquelle les matériaux peuvent être étirés ou pliés, et il est déterminé en divisant leur contrainte par leur déformation. Un test de courbe contrainte-déformation est un moyen inestimable d'identifier ce paramètre ; de petites déformations incrémentielles sont appliquées, puis reportées sur un graphique révélant les valeurs du module d'élasticité - ce qui est essentiel pour calculer les propriétés mécaniques des matériaux !

Les courbes contrainte-déformation présentent généralement un comportement linéaire, ce qui signifie que les matériaux sont élastiques. Ce comportement s'explique par la loi de Hooke, qui stipule que la contrainte appliquée aux matériaux doit être proportionnelle à la déformation ; le module de Young mesure cette corrélation et mesure la contrainte divisée par la déformation.

Les courbes contrainte-déformation présentent généralement une non-linéarité à un certain moment, lorsque le matériau est entré dans sa zone de déformation plastique, ce qui signale une déformation plastique. À ce stade, la contrainte et la déformation ne varient plus en sens inverse, mais réagissent de manière prévisible aux contraintes. L'élasticité du matériau est déterminée par la pente de la partie non linéaire de la courbe ; cette équation donne ses valeurs : EDL L0 L L 0/D L 0/D

Résistance à la corrosion

L'acier de qualité 91 (désignation EN X10CrMoVNb9-1) est un acier allié 9Cr-1Mo avec des niveaux élevés de chrome, de vanadium et de niobium qui offre une meilleure résistance au fluage. Cette nuance d'acier 9Cr-1Mo est souvent utilisée pour les collecteurs des centrales nucléaires ainsi que pour d'autres applications de gainage et de canalisation dans les centrales nucléaires. Elle présente une résistance exceptionnelle aux dommages causés par les radiations ainsi qu'une résistance à l'oxydation et à la corrosion à des températures élevées.

Les joints dissemblables soudés à l'arc sous protection (SMAW) en aciers P91 et P22 peuvent présenter une faible résistance aux chocs en raison de la formation de martensite non trempée dans la zone de fusion de la soudure, ce qui nécessite la sélection d'une plage optimale de températures de préchauffage et de traitement thermique post-soudure (PWHT) pour obtenir des soudures réussies.

Les températures de PWHT varient en fonction de la composition et du pourcentage de manganèse et de nickel dans l'acier, en particulier lorsque l'on considère la teneur en Mn + Ni ; des pourcentages plus élevés abaissent la température de transformation critique.

Des études ont été réalisées pour étudier l'impact des niveaux d'hydrogène diffusible et des conditions de traitement thermique sur la microstructure et les propriétés mécaniques des soudures bout à bout multi-passes à l'arc sous protection métallique (SMAW) de la nuance 91 en utilisant la microscopie électronique à balayage par émission de champ, la mesure de l'hydrogène diffusible dans le mercure, les essais de traction à température ambiante, les essais Charpy et la spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie. Les résultats ont démontré que l'utilisation d'un PWHT sous-critique avec des traitements de normalisation/trempage produisait une microstructure optimale avec de bonnes propriétés de traction ainsi qu'une ténacité Charpy.