Mécanique

ISMME - Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

BESSON Jacques

Centre des Matériaux

07/04/2025

aciers austéno-ferritiques, rupture ductile, impuretés

austeno-ferritic steels, ductile rupture, impurities

Ce projet de recherche vise à mieux comprendre l'influence de la teneur en plomb sur les propriétés à rupture des aciers inoxydable austéno-ferritique moulés du Circuit Primaire Principal (CPP). Une méthode de caractérisation microstructurale quantitative sera mise au point pour caractériser le plomb dans la microstructure et l'endommagement avec ou sans plomb. Une base de données d'essais mécaniques sera analysée et complétée. L'ensemble des résultats sera capitalisé dans un modèle d'approche locale de la rupture permettant de prédire les propriétés avec ou sans plomb.

The aim of this research project is to gain a better understanding of the influence of lead content on the fracture properties of cast austenitic-ferritic stainless steels in the primary cooling circuit. A quantitative microstructural characterization method will be developed to characterize lead in the microstructure and damage with or without lead. A database of mechanical tests will be analyzed and completed. All the results will be capitalized using a local fracture model to predict properties with or without lead.

Les composants en acier inoxydable austéno-ferritique moulé du Circuit Primaire Principal (CPP) des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) vieillissent lors de leur maintien à la température de service du fait de l'évolution microstructurale de la phase ferritique. Cette évolution microstructurale de la ferrite a notamment pour conséquences une diminution des propriétés de résilience, de la striction et de résistance à la déchirure ductile. La résistance à la déchirure est la quantité d'intérêt dans l'évaluation de la nocivité des défauts dans ces composants moulés. La prévision des propriétés de résilience et de résistance à la déchirure de ces composants utilise des formules qui s'appuient sur des programmes de laboratoire et sur des expertises de coudes déposés ou de prélèvements sur site. La sensibilité au vieillissement des aciers austéno-ferritiques moulés est en particulier appréciée via leur composition chimique et de leur teneur en ferrite.
Des composants en acier inoxydable austéno-ferritique moulé du CPP issus d'une même coulée présentent des mesures de résistance à la déchirure réalisées à 320 °C inférieures aux prévisions alors que ce n'est pas le cas d'une autre coulée « jumelle » du Parc. Différentes recherches ont été menées afin d'établir l'origine du comportement atypique de la coulée et ont conduit à identifier le plomb, présent à hauteur d'environ 80 ppm, comme responsable des caractéristiques mécaniques dégradées de la coulée. Cette impureté provient d'une pollution de la coulée à la fabrication. Le mécanisme par lequel le plomb, présent en très faible quantité, dégrade les propriétés de résistance à la déchirure ductile reste à comprendre pour mieux maîtriser le phénomène.

Directeur de thèse: Jacques BESSON
Co-Encadrant externe: Aurore PARROT

Profil type pour une thèse à MINES ParisTech: Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) :

Bonne connaissance de la mécanique des matériaux - Connaissance de la métallurgie - Programmation Python, C++, Fortran.

Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une copie de la carte d'identité ou passeport
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
• une attestation de niveau d'anglais

Typical profile for a thesis at MINES ParisTech: Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Prerequisite (specific skills for this thesis):

Good knowlegde of the mechanics of materials – Knowlegde of metalurgy – Python, C++, Fortran programming.

Applicants should supply the following :
• a detailed resume
• a copy of the identity card or passport
• a covering letter explaining the applicant's motivation for the position
• detailed exam results
• two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
• to provide an appreciation of the candidate
• Your notes of M1, M2
• level of English equivalent TOEIC
to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Méthodologie de caractérisation métallurgique de la microstructure d'un matériau pollué et de l'endommagement ductile.
Meilleure compréhension des liens entre la présence de plomb et les propriétés à rupture.
Capitalisation des résultats dans un modèle par approche locale de la rupture.

L'objectif de ce travail est tout d'abord de proposer une méthodologie de caractérisation métallurgique pertinente pour d'une part, localiser le plomb dans la microstructure au cours de l'endommagement et d'autre part, identifier les mécanismes d'endommagement en présence de plomb. Le deuxième objectif est de mettre en place une simulation numérique par approche locale de la rupture ductile d'un matériau comportant du plomb en impureté pour valider les mécanismes physiques mis en œuvre et être à même de les borner.

P. Joly, « Etude de la rupture d'aciers inoxydables austéno-ferritiques moulés, fragilisés par vieillissement à 400°C ». Mémoire de thèse de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, mai 1992
L. Devillers-Guerville, « Rupture d'aciers inoxydables austéno-ferritiques moulés, fragilisés par vieillissement à 350-400°C : aspects microstructuraux – Simulation numérique de la dispersion et des effets d'échelle. » Mémoire de thèse de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 10 novembre 1998
L. Mcirdi, « Comportement et endommagement sous sollicitation mécanique d'un acier austénoferritique moulé vieilli », Mémoire de thèse de l'Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers, mai 2000
S. Bugat, « Comportement et endommagement des aciers austéno-ferritiques vieillis : une approche micromécanique » Mémoire de thèse de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, décembre 2000
P. Le Delliou, S. Saillet 'Integrity and Life Assessment of Cast Duplex Stainless Steel Elbows of EDF PWR Main Coolant Piping.' Proceedings of the ASME 2015 Pressure Vessels and Piping Conference. Volume 7: Operations, Applications and Components. Boston, Massachusetts, USA. July 19–23, 2015. V007T07A014. ASME. https://doi.org/10.1115/PVP2015-45231
S. Saillet, P. Le Delliou, « Prediction of J-R curves and thermoelectric power evolution of cast austenitic stainless steels after very long-term aging (200,000 h) at temperatures below 350 °C”, Journal of Nuclear Materials, Volume 540, 2020, 152328, ISSN 0022-3115, https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2020.152328.

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