Sensitivity of a nuclear martensitic steel to liquid metal embrittlement

Sensibilité d'un acier martensitique à la fragilisation par les métaux liquides

Gregory Nicaise (1)

1 LMPGM - Laboratoire de Métallurgie Physique et Génie des Matériaux

The 9% chromium martensitic steel Z10CDNbV9-1 is a potential candidate for the structural material of the future ADS hybrid reactors where it should be in contact with liquid lead or the eutectic lead-bismuth. The aim of the present study is to evaluate the range of risks of liquid metal embrittlement. If the steel, submitted to its standard heat treatment, seems to be immune to the liquid metal embrittlement, a special combination of microstructural effects and test conditions can trigger a sudden embrittlement so that the usually ductile steel behaves as a brittle material in contact with liquid metals. The mechanism of this embrittlement keys on the reduction of the surface energy induced by liquid metal adsorption and does not involve any diffusion process. The understanding of the embrittlement outlined here lies on the brittle failure theory in ductile materials and on some common fracture mechanics concepts.

L'acier martensitique à 9% de chrome Z10CDNbV9-1 est pressenti pour constituer le matériau de structure des futurs réacteurs hybrides ADS où il sera notamment soumis au contact du plomb ou du plomb-bismuth liquides. Cette étude présente une évaluation de la plage de risques encourus par l'acier vis à vis du phénomène de fragilisation par les métaux liquides. Si, après son élaboration, l'acier ne semble présenter aucun signe de fragilisation par les métaux liquides, une combinaison particulière d'effets microstructuraux et de conditions d'essais montrent que l'acier habituellement ductile peut subir une fragilisation brutale et se comporter comme un matériau fragile en présence de métal liquide. Le mécanisme impliqué dans cette fragilisation se base sur le phénomène de réduction d'énergie de surface induite par adsorption de métal liquide et ne fait intervenir aucun processus diffusionnel. L'interprétation de la fragilisation mise ici en évidence s'appuie sur la théorie de la rupture fragile dans les matériaux ductiles et sur les notions définies couramment en mécanique de la rupture.

Mots clés: Liquid metal embrittlement

Mots clés: fragilisation par les métaux liquides; acier martensitique au chrome; microstructure; traitements thermiques; effet d'entaille; énergie de surface; rupture fragile; mécanique de la rupture

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

Gregory Nicaise. Sensibilité d'un acier martensitique à la fragilisation par les métaux liquides. Mécanique [physics.med-ph]. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00454185⟩