Etude parametrique du gonflement sous irradiation d'aciers austenitiques 15Cr/15Ni pardynamique d'amas
Résumé
Dans le cadre du programme de recherche sur les réacteurs de génération IV, le CEA développe de nouvelles nuances d’aciers austénitiques pour les gaines de combustible des Réacteurs à Neutrons Rapides Sodium (RNR-Na). Ces aciers ont été choisis pour leurs excellentes propriétés dans ces conditions extrêmes de fonctionnement : milieu corrosif, haute température de fonctionnement (400-700°C) et flux neutronique très énergétique. Cependant, l’utilisation de ces aciers est limitée par la dose d’irradiation, principalement à cause de l’apparition du phénomène de gonflement sous irradiation. La nuance française la plus aboutie est l’AIM1, un acier austénitique 15Cr-15Ni stabilisé au titane hypertrempé écroui, dont l’utilisation en réacteur est possible jusqu’à des doses de 100 déplacements par atomes (dpa). L’objectif de cette étude est de mieux évaluer l’impact des paramètres métallurgiques et le rôle des éléments chimiques sur le gonflement sous irradiation. Les conclusions serviront à développer l’AIM2, nuance héritière de l’AIM1 optimisée vis-à-vis du gonflement qui devrait être utilisable jusqu’à 130dpa. Le gonflement est un phénomène à seuil qui est la conséquence de la formation et de la croissance de cavités dans le matériau. La formation de ces cavités est provoquée par une surconcentration de lacunes, elles-mêmes induites par l’irradiation. Ce mécanisme est fortement dépendant de la microstructure du matériau, la taille de grains, la densité de dislocations, la répartition et la nature des précipités ainsi que de la composition chimique de la solution solide. La dynamique d’amas est une modélisation en champ moyen qui permet de décrire l’évolution des défauts ponctuels et amas de défauts tels que les cavités. Cette approche nous permet d’étudier l’impact de différentes populations de puits de défauts sur le gonflement sous irradiation. Une étude de sensibilité du gonflement vis-à-vis de la nature et des caractéristiques des nano-précipités a été conduite grâce au code CRESCENDO [1]. Les simulations sont comparées à l’évolution des microstructures modèles irradiées aux ions lourds (Fe3+ 2MeV) sur la plateforme JANNuS du CEA Saclay.
Les implications de ces résultats sur la conception de nouvelles nuances d’aciers austénitiques résistantes au gonflement sont présentées et discutées.