1.28.2.1.3.1 Sous-projet acier RPV
Le sous-projet sur les aciers RPV a travaillé pour améliorer les outils développés en PARFAIT état, donc les modules RPV-2 et ténacité.45
Concernant le module de ténacité, l’objectif était de faire évoluer les méthodes PARFAITES pour décrire le comportement de ténacité à la rupture par clivage dans les aciers RPV et de proposer un critère de fracture intergranulaire fragile approprié,46 en recherchant une compréhension physique des paramètres d’étalonnage et en identifiant des cas de référence d’étalonnage appropriés. Pour ceux-ci, les informations mécaniques et microstructurales devraient de préférence être disponibles, ou le devenir au cours du projet. À cet égard, un lien a été créé avec le projet FP7 / LONGLIFE, dans lequel une caractérisation mécanique et microstructurale approfondie de plusieurs aciers RPV était en cours.47 Un module avancé de ténacité à la rupture (AFTM) a été développé, qui a entièrement implémenté quatre modèles de fractures, avec des portées partiellement différentes: (1) un modèle de fracture fragile fondé sur la microstructure (MIBF) basé sur CP, avec des extensions possibles pour inclure la prédiction de fracture à l’échelle représentative du volume et de l’échantillon, basé sur les travaux effectués dans PERFECT32,48 et utilisant un modèle CP amélioré (voir ci-dessous); (2) un modèle d’approche locale avancée de type Beremin49, applicable à la prédiction de fracture à l’échelle de l’échantillon; (3) le modèle Wallin-Saario-Törrönen (WST), 33,50 qui fournit un lien avec des modèles de comportement de fracture échelles de volume et d’échantillons représentatives; (4) un modèle d’ingénierie d’approche locale Bordet51,52 modifié, traitant principalement de la transférabilité des données de ténacité à la rupture des éprouvettes irradiées aux composants en acier RPV en service. Tous ces modèles ont été étalonnés sur des cas de référence appropriés.
L’amélioration des modèles de ténacité dépendait de manière significative des progrès dans le calcul des contraintes et des déformations sous charge, c’est-à-dire du comportement à l’écoulement (courbe de traction macroscopique), dans les aciers irradiés, en combinant en séquence plasticité cristalline et homogénéisation. Une étape importante en ce qui concerne la PERFECTION a été le développement de lois constitutives physiquement fondées pour les modèles CP afin de décrire les régimes de déformation à basse et haute température dans les cristaux bcc, qui étaient entièrement basées sur l’entrée DD et incluaient explicitement l’effet des défauts de rayonnement.53,54 Une étape importante corrélée qui a été franchie dans le projet a été l’élaboration d’un moyen systématique d’extraire des informations des simulations MD de l’interaction dislocation / défaut qui pourraient être directement utilisées pour les simulations DD.55-57 Cela a permis dans les projets ultérieurs d’obtenir une estimation correcte du durcissement, entièrement basée sur un calcul à plusieurs échelles. Pendant ce temps, un ensemble de simulations MD a abordé l’étude de l’interaction des dislocations avec plusieurs classes de défauts complexes, par exemple des clusters Cu et Cu-Ni contenant des lacunes (dont l’existence a été suggérée par des examens par PAS d’alliages modèles irradiés). Il a été constaté que la présence de lacunes réduit légèrement la résistance de ces amas comme obstacles aux dislocations de bord, 58 mais elles augmentent considérablement la contrainte nécessaire pour que les dislocations de vis traversent les amas de solutés, en raison de la formation de spires hélicoïdales lors de l’absorption des lacunes par la ligne de dislocation.59 De même, l’interaction des dislocations avec des boucles de dislocations prismatiques créées par irradiation et décorées soit par des atomes C, 60, soit par des atomes Cu, Mn et Ni, 61 a été étudiée par MD. L’étude a révélé que la décoration de boucle augmente considérablement la résistance de ces défauts en tant qu’obstacles au mouvement de dislocation, en empêchant leur absorption dans la ligne de dislocation.
Des simulations MD du type qui vient d’être décrit sont devenues possibles grâce au fait que l’utilisation croissante de la DFT dans le cadre du projet62,63 a fourni des données permettant d’adapter des potentiels interatomiques pour des alliages de complexité croissante, jusqu’au système quaternaire Fe-Cu-Ni-Mn64–66, en utilisant des méthodologies avancées.64,67 DFT a également été à la base du développement de modèles AKMC toujours plus raffinés, qui ont permis d’étudier l’évolution (à court terme) sous irradiation d’alliages aussi complexes que le Fe-Cu-Mn-Ni-Si-P.68,69
L’utilisation combinée de calculs DFT, de simulations MD et d’études AKMC, ainsi que l’analyse de l’examen expérimental d’alliages modèles irradiés et d’aciers RPV de REVE et PERFECT, corroborés par de nouveaux résultats de recuit par irradiation ionique et post-irradiation produits dans le cadre du projet,70-72 a permis d’émerger une nouvelle image concernant la formation d’amas de solutés et l’origine du durcissement par rayonnement et de la fragilisation des aciers RPV. A savoir, il est devenu de plus en plus clair que la plupart des solutés d’intérêt dans ces aciers sont entraînés par des défauts ponctuels migrateurs (lacunes et auto-interstitiels), le premier exemple étant le Cu, qui forme également des complexes mobiles avec des lacunes, 73 conduisant à une ségrégation des solutés sur des amas de défauts ponctuels. Cela a ensuite été confirmé par des études approfondies.74,75 Ce processus est en outre favorisé par le fait qu’il existe une affinité entre les solutés et les amas de défauts ponctuels (petites cavités et boucles de dislocation prismatiques), ce qui a été mis en évidence dans le projet en utilisant des potentiels interatomiques, 76-78 ainsi que des expériences, 70-72 et a ensuite été confirmé comme une tendance générale par des simulations DFT à grande échelle sur mesure.79,80 Ainsi, les amas de défauts ponctuels catalysent la formation d’amas de solutés qui peuvent (mais n’ont pas besoin de le faire) correspondre à des phases thermodynamiquement stables. De plus, la distinction conventionnelle entre dommages matriciels (amas de défauts ponctuels) et précipités (amas de solutés) devient floue. Le projet a également consacré des efforts, en exploitant les connaissances DFT et les potentiels interatomiques hérités de PERFECT, pour comprendre l’effet du carbone en solution, dont le rôle est devenu de plus en plus clair en termes de création de complexes carbone-vacance qui piègent des boucles prismatiques à migration unidimensionnelle.81 Dans le même temps, la spécificité du Cu en tant qu’espèce précipitante n’a pas été négligée et des études approfondies ont été consacrées à la stabilité des précipités de Cu,82 qui est augmentée par les lacunes, 83 et à la simulation des précipitations de Cu.84
Cette image a déclenché la tentative d’introduire progressivement les mécanismes qui avaient été identifiés au niveau atomique (traînée et accumulation de solutés au niveau des amas ponctuels de défauts) dans des modèles d’évolution de microstructure basés sur OKMC ou RT: un processus qui s’est poursuivi dans des projets ultérieurs et est toujours en cours (voir projet H2020 / SOTERIA ci-dessous). En conséquence, des modèles OKMC pour Fe-C85, 86 et Fe-Cu-C87 d’abord, et plus tard pour Fe-C-MnNi dans une approximation de l’alliage gris, 88, 89, c’est-à-dire en incluant l’effet des solutés à travers des paramètres plutôt qu’explicitement, ont été développés. Ces modèles ont fourni pour la première fois une explication raisonnablement satisfaisante des observations provenant du PIE de l’expérience REVE.22-26 Cependant, en raison de l’intensité de calcul des simulations OKMC, le type de modèles à enchaîner dans le module intégré pour la prédiction de l’augmentation de la limite d’élasticité des aciers RPV ne pouvait être basé que sur des équations de vitesse, comme cela avait été fait dans les modules RPV-13 et RPV-228. Il était donc nécessaire de progresser également sur la ligne RT, en travaillant sur le code dynamique de cluster Crescendo, 70, 87, 90 qui présentait une stabilité numérique significativement améliorée par rapport au code précédemment utilisé dans RPV-1 et RPV-2. La principale limitation de l’approche CD est que l’introduction de mécanismes tels que le piégeage de boucles à migration unidimensionnelle par des complexes de vacance de carbone, ou le traînage de solutés par des défauts ponctuels, n’est pas aussi simple que dans OKMC, tandis que la complexité chimique reste limitée à un soluté (Cu dans ce cas), voir aussi, par exemple, Réf. 91.