Advanced electromagnetic non-destructive testing on creep degraded high chromium ferritic steels : Characterization, Modelling and physical interpretation
Essais électromagnétiques avancés non destructifs sur les aciers ferritiques à haute teneur en chrome dégradé : Caractérisation, modélisation et interprétation physique
Résumé
Under constant high temperatures and pressure, the material undergoes mechanical creep degradation which leads to microstructural changes. These microstructural changes if not monitored on time, can lead to some serious fatal accidents such as in power plants. To investigate these microstructural changes, the material has to be shaped in a certain specific shape and size to have the imaging analysis using Scanning electron microscopy, Electron backscatter diffract ion etc. which are destructive in nature and involve high equipment cost. In order to overcome this issue, this thesis work, incorporates three different non-destructive techniques, to study the evolution of magnetic signatures with respect to the level of rupture they are exposed to. It is legitimate to assume that all the microstructural changes that occur in the material can be reflected in the corresponding magnetic signatures measured. The material that has been studied here is high chromium creep degraded steel which is used in the thermal power plant. The magnetic signatures are evaluated in terms of microstructural information to draw the conclusions. Some magnetic parameters from the curves, such as coercivity, magnetic reversibility are derived which show strong correlations with the microstructure. Similarly, techniques based on Hysteresis curves, and magnetic Barkhausen Noise are also implemented. To further quantify the results obtained from the magnetic signatures of the materials, a model has been developed to derive model parameters in order to physically interpret the microstructural changes. The modelling technique will help in overcoming the issue of lack of standards in NDT, irrespective of the experimental set-up involved. The parameters are compared to reveal sensitivity based on the technique. Finally, conclusion has been drawn to check which parameters are correlated to microstructure for a particular NDT technique used.
Sous des températures et des pressions élevées constantes, les matériaux métalliques de structure subissent une dégradation mécanique par fluage qui entraîne des changements microstructuraux. Ces derniers, s'ils ne sont pas surveillés à temps, peuvent entraîner des incidents sérieux, notamment dans le domaine de la production d’énergie électrique (centrales électriques). Pour déterminer les changements microstructuraux, le matériau doit avoir une forme et une taille spécifiques pour que l'analyse des images obtenues par microscopie électronique à balayage, diffraction par rétrodiffusion d'électrons, etc. soit effectuée. Cette préparation destructive demande à extraire le matériau à tester du système, et à le modifier pour la mesure. Afin de surmonter ce problème, dans ce travail de thèse sont proposées trois techniques micro magnétiques non destructives, pour étudier l'évolution des signatures magnétiques par rapport aux niveaux de rupture auquel les matériaux sont exposés. Il est légitime de supposer que tous les changements microstructuraux qui se produisent dans le matériau vont se refléter dans les signatures magnétiques mesurées. Le matériau étudié ici est de l'acier à haute teneur en chrome très sensible au fluage et principalement utilisé dans les centrales thermiques. Certains paramètres magnétiques, tels que la coercivité, la réversibilité magnétique, sont dérivés et montrent de fortes corrélations avec la microstructure. De même, des techniques basées sur les courbes d'hystérésis et le bruit magnétique de Barkhausen sont également appliquées. Pour quantifier davantage les résultats obtenus à partir des signatures magnétiques des matériaux, le modèle de Jiles-Atherton a été adapté à la simulation des signaux de contrôle non destructif. A l’inverse, la possibilité de déterminer les paramètres du modèle à partir des seules mesures de contrôle non destructif est démontrée. Cela apporte des éléments complémentaires à l’interprétation physique des changements microstructurels. La technique de modélisation peut aider en outre à résoudre le problème de l'absence de normes dans les essais non destructifs, quel que soit le dispositif expérimental utilisé. Les paramètres sont enfin comparés pour révéler la sensibilité de chacun d’entre eux aux changements microstructuraux, et ce en fonction de chaque technique de contrôle non destructif utilisée.
Mots clés
Materials
Ferritic steels
Chromium
Degradation
Creep
Microstructure and mechanical behavior relationship
Material microstructure
Electromagnetic microstructure
Mechanical constraints
Non destructive control
Electromagnetism
Materials properties
Non destructive test
Barkhausen noise
Hysteresis
Micromagnetic model
Matériaux
Acier ferritique
Chrome
Dégradation
Fluage
Relation microstructure comportement mécanique
Microstructure du matériau
Magnétisme microscopique
Contrainte mécanique
Contrôle non destructif
Electromagnétisme
Caractérisation de matériaux
Essai non destructif
Bruit Barhausen
Hystérésis
Modélisation micromagnétique
Domaines
Matériaux
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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