Microstructure and fracture mechanics properties of 13% Cr-4% Ni martensitic stainless steels

Résumé

Les aciers inoxydables martensitiques 13% Cr-4% Ni sont utilisés pour la fabrication des roues hydroélectriques dû à leurs haute résistance et ténacité, ainsi que leurs bonnes résistances contre corrosion et érosion par cavitation. Puisque les roues des turbines hydrauliques sont sujet à des contraintes cycliques, la fissuration par fatigue est la source principale d’endommagement durant leur vie utile, et donc des inspections régulières sont réalisées en vue de vérifier la gravité des dommages et conduire des réparations requises. Le but principal de cette étude est de caractériser les comportements à rupture des matériaux des roues hydroélectriques i.e. les versions coulée (CA6NM), corroyée (415), et métaux d’apport (410NiMo). La possibilité d’établir les relations entre comportement à rupture, caractéristiques inclusionnaires et teneurs en austénite a motivé l’étude. Les taux de triaxialité des contraintes ST ont été mesurés dans la région de striction à partir des échantillons cassés suite à des essais de traction, et la micromécanique de rupture a été caractérisée en utilisant le modèle modifié de Rice et Tracey qui décrit la rupture ductile en termes de relation entre la croissance d’une vide et ST. La Mécanique Linéaire-Élastique de la Rupture (MLER) n’est pas applicable pour les petits échantillons des matériaux ductiles, tels que les aciers inoxydables martensitiques 13% Cr-4% Ni, parce qu’une plastification généralisée survient lors de l’essai KIc. L’approche de Mécanique Élasto-Plastique de la Rupture (MEPR) est donc nécessaire pour mesurer le taux de libération de l’énergie de déformation (J) de cette catégorie des aciers inoxydables. Le comportement de la propagation stable de la fissure dans le substrat (CA6NM), les matériaux d’apport, et la Zone Affectée Thermiquement (ZAT) a été caractérisé lors de l’essai JIc. Le substrat a été examiné à l’état traité thermiquement, alors que le matériau d’apport et la ZAT ont été examinés dans les deux conditions de brut de soudage et de traité thermiquement. Les faciès de ruptures ont été examinés à l’aide d’un microscope électronique à balayage (MEB) couplé à un spectromètre à rayons X à dispersion d’énergie. Il a été montré que la déformation subie après la striction peut être estimée par la taille et l’espacement inclusionnaire quand la croissance des vides est importante avant la rupture finale; cependant, dans le cas où la croissance des vides est négligeable dû à un espacement inclusionnaire très petit, le modèle proposé ne convient pas. La teneur en austénite et les propriétés mécaniques de la matrice devraient également être considérées. Le traitement thermique a considérablement amélioré la ténacité JIc de la soudure et la ZAT par des facteurs de 2 et 2.7, respectivement. Cependant, des propagations instables ont été surviennent dans la soudure lors de tous les essais JIc effectués dans la ZAT. Ceci est dû à l’effet néfaste de très petit espacement inclusionnaire qui résulte en une coalescence immédiate des micro-vides.

Date	12 juil. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Philippe Bocher (Directeur(-trice))