Les aciers inoxydables austénitiques sont utilisés comme matériaux de composants des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) en France en raison de leur bon compromis entre propriétés mécaniques et résistance à la corrosion généralisée. Toutefois, le retour d’expériences montre qu’il existe des conditions pour lesquelles les aciers inoxydables austénitiques comme le 304L et le 316L sont sensibles à la fissuration par Corrosion Sous Contrainte (CSC) en milieu primaire des REP.

La composition chimique du matériau exerce une influence sur son comportement en corrosion et en CSC notamment. Si l’effet du chrome est bien connu [1], celui d’autres éléments d’alliages comme le soufre ou l’azote est peu étudié. Or, un dérivé de l’acier 316L, l’acier Z2 CND 18-12, caractérisé par une teneur massique en azote contrôlée et allant jusqu’à 0,08 % en France, est utilisé dans le circuit primaire. Selon quelques études menées en milieu primaire hydrogéné, l’ajout de faibles quantités d’azote jusqu’à 0,22% massique peut avoir des effets bénéfiques sur la propagation des fissures de CSC, mais un effet inverse est observé en milieu oxygéné [2]. Il y a également à ce jour peu d’études consacrées à l’amorçage des fissures dont dépend également la durée d’exploitation des composants. En ce qui concerne le soufre, présent en tant qu’impureté dans l’acier, l’augmentation de sa teneur est susceptible de ralentir la propagation des fissures de CSC dans différents milieux (MgCl₂ bouillant [3] ou milieu primaire [4] [5]). Toutefois, les causes en sont inconnues et il n’y a pas d’études sur son effet sur l’amorçage des fissures.

Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est de déterminer l’influence de la teneur en azote et en soufre sur la sensibilité à la corrosion sous contrainte d’un acier 316L en milieu primaire des REP. Pour cela, différentes nuances d’aciers inoxydables 316L, avec des teneurs en éléments d’alliages identiques, à l’exception de l’azote et du soufre dont les teneurs seront variables, seront caractérisées (microstructure et propriétés mécaniques). Des coupons et des éprouvettes seront exposées à un milieu primaire hydrogéné à 320°C. Différents types d’essais de CSC seront réalisés pour étudier l’amorçage : par traction lente et sous charge constante. Des essais sur des éprouvettes CT seront également réalisés pour étudier la propagation de fissures en CSC. Après les essais, l’oxydation de surface et l’oxydation intergranulaire (précurseur à l’amorçage des fissures de CSC [6]) seront caractérisées mais également les réseaux de fissures et les vitesses d’avancée de fissure. Les premiers résultats de ces essais seront présentés, notamment sur l’alliage dit de référence dont la teneur en azote sera considérée dans la gamme haute de nos matériaux (0,15 % massique) et la teneur en soufre dans la gamme basse (0,003 % massique).

Bibliographie :

[1]          T. Terachi, T. Yamada, T. Miyamoto, K. Arioka et K. Fukuya, « Corrosion Behavior of Stainless Steels in Simulated PWR Primary Water—Effect of Chromium Content in Alloys and Dissolved Hydrogen— », J. Nucl. Sci. Technol., 45 (2008) 975‑984, doi : 10.1080/18811248.2008.9711883.

[2]          D. Du, J. Wang, K. Chen, L. Zhang, et P. L. Andresen, « Environmentally assisted cracking of forged 316LN stainless steel and its weld in high temperature water », Corros. Sci., 147 (2019) 69‑80, doi : 10.1016/j.corsci.2018.10.032.

[3]          B. E. Wilde et J. S. Armijo, « Influence of Sulfur on the Corrosion Resistance of Austenitic Stainless Steel », Corrosion, 23 (1967) 208‑214, doi : 10.5006/0010-9312-23.7.208.

[4]          E. West, T. Nolan, A. Lucente, D. Morton, N. Lewis, R. Morris, J. Mullen, G. Newsome « Effect of Sulfur on the SCC and Corrosion Fatigue Performance of Stainless Steel », Proc. of the International Symposium Fontevraud VIII, (2014).

[5]          D. Tice, « Contribution of research to the understanding and mitigation of environmentally assisted cracking in structural components of light water reactors », Corros. Eng. Sci. Technol., 53 (2018) 11‑25, doi : 10.1080/1478422X.2017.1362158.

[6]          Z. Shen, D. Du, L. Zhang, et S. Lozano-Perez, « An insight into PWR primary water SCC mechanisms by comparing surface and crack oxidation », Corros. Sci., 148 (2019) 213‑227, doi : 10.1016/j.corsci.2018.12.020.