L’alliage 82 sous forme de métal déposé est communément utilisé pour réaliser des soudures entre certains composants du circuit primaire des réacteurs des centrales nucléaires à eau pressurisée (REP). Il est montré dans la littérature que, dans certaines conditions d’essai en dessous de 100 °C et dans l’eau primaire, un abattement des propriétés mécaniques de résistance à la déchirure est constaté au niveau de ces métaux déposés conjointement à une évolution du mode de rupture vers une rupture fragile. L’hydrogène dissous dans le milieu primaire est suspecté d’être le responsable de cette fragilisation [1-3]. L’étude présentée ici a été menée sur un beurrage en inconel 82 (désigné dans le code RCC-M comme ERNICr-3), réalisé par le procédé MAG (Metal Active Gas) sur une plaque d’alliage 600. Ce système est considéré comme représentatif de certaines soudures réalisées dans les REP. Diverses techniques ont été utilisées pour caractériser la microstructure de cette soudure à différentes échelles, et cela sur toute la profondeur du dépôt : microscopies optique et électroniques à balayage et en transmission, EBSD, EPMA. Les propriétés mécaniques à 80°C du matériau brut de dépôt ont été déterminées via des essais de traction sous air à une vitesse de déformation de 10-5 s-1. De plus, afin d’estimer la contribution éventuelle d’un vieillissement statique purement thermique, des éprouvettes ont été traitées thermiquement pendant 200 h à 300 °C avant d’être testées mécaniquement afin de constituer les références en termes de comportement avec vieillissement thermique. Parallèlement, des essais de traction similaires ont été réalisés à l’air ou dans le milieu primaire simulé en autoclave, avec ou sans préexposition pendant 200 h à 300 °C à ce milieu. Des dosages par fusion ont été réalisés après essai pour quantifier l’enrichissement en hydrogène des éprouvettes suite à ces expositions, et les fûts et les faciès de rupture ont été observés en microscopie électronique à balayage pour étudier une éventuelle évolution du mode de rupture. En parallèle, pour mieux comprendre le rôle de l’hydrogène, une étude similaire a également été réalisée à l’air, à température ambiante et à 80 °C, sur des éprouvettes à l’état brut de dépôt et traitées thermiquement, après un enrichissement en hydrogène par voie cathodique en milieu soude. Les observations ont mis en évidence une microstructure très hétérogène pour les soudures, de l’échelle macroscopique, avec des grains dendritiques de plusieurs centaines de micromètres, à l’échelle microscopique, avec la ségrégation préférentielle de certains éléments d’alliage dans les espaces inter-dendritiques. Les dosages révèlent un enrichissement en hydrogène suite à l’exposition au milieu primaire simulé et les propriétés mécaniques après exposition au milieu primaire simulé tendent à diminuer par rapport à des échantillons de référence sans pré-exposition. Cet abattement est similaire à celui obtenu avec les essais de traction réalisés sur des éprouvettes chargées en hydrogène par voie cathodique, ce qui suggère un effet fragilisant de l’hydrogène sur l’alliage 82 sous forme de métal déposé, qui se manifeste également sur les fûts et les faciès de rupture après essai.
[1] W.J. Mills, C.M. Brown. 1999. Fracture behaviour of nickel-based alloys in water. 9th International Symposium on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems – Water Reactors, 167–177.
[2] E. Herms, O. Raquet, I. De Curieres, P. Joly, LTCP of alloy 182/152 tested in PWR primary water, 14th Int. Conf. on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems, Virginia Beach, VA, August 23-27 2009.
[3] P. Platt, J. Sayers, D.A. Horner, A. Barrow, D.L. Engelberg, 2019. Hydrogen-induced brittle fracture in nickel based alloy 82 weld metal. Corrosion Science 153, 118–126.
Fragilisation par l'hydrogène ; Alliage 82 ; Essai de traction ; Environnement REP