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AbstractAbstract
[en] The strength of metals, and therefore their maximum operating temperature, can be improved by oxide dispersion strengthening (ODS). Numerous research studies are carried out at the French Atomic Energy Commission (CEA) in order to develop a cladding tube material for Gen IV nuclear power reactors. Oxide dispersion strengthened steels appear to be the most promising candidates for such application, which demands a minimum operating temperature of 650 C. The present dissertation intends to improve the understanding of the mechanical properties of ODS steels, in terms of creep lifetime and mechanical anisotropy. The methodology of this work includes mechanical tests between room temperature and 900 C as well as macroscopic and polycrystalline modelling. These tests are carried out on a Fe-14Cr1W0,26Ti + 0,3 Y2O3 ODS ferritic steel processed at CEA by mechanical alloying and hot extrusion. The as-received material is a bar with a circular section. The mechanical tests reveal the high mechanical strength of this steel at high temperature. A strong influence of the strain rate on the ductility and the mechanical strength is also observed. A macroscopic mechanical model has been developed on the basis of some experimental statements such as the high kinematic contribution to the flow stress. This model has a strong ability to reproduce the mechanical behaviour of the studied material. Two different polycrystalline models have also been developed in order to reproduce the mechanical anisotropy of the material. They are based on its specific grain morphology and crystallographic texture. The discrepancy between the predictions of both models and experimental results reveal the necessity to formulate alternate assumptions on the deformation mechanisms of ODS ferritic steels. (author)
[fr]
Le renforcement par dispersion d'oxydes nanometriques permet, d'une maniere generale, d'ameliorer la resistance mecanique des materiaux metalliques. Il autorise donc une augmentation de leur temperature maximale d'utilisation. De nombreux travaux de recherche sont menes au Commissariat a l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives sur les aciers ODS, pour Oxide Dispersion Strengthened steels. S'inscrivant dans le cadre du developpement du nucleaire civil de quatrieme generation, les travaux presentes dans ce manuscrit ont pour but de qualifier un materiau pouvant etre utilise en tant que materiau de gainage combustible a une temperature de 650 C. Ce travail de these a pour objectif d'ameliorer la comprehension des proprietes mecaniques des aciers ODS, en cherchant d'une part a caracteriser et a modeliser leur comportement en fluage, et d'autre part a caracteriser leur anisotropie de comportement et a en identifier l'origine. Pour cela, de nombreux essais mecaniques ont ete effectues entre 20 C et 900 C sur une nuance d'acier ODS ferritique de composition nominale Fe-14Cr1W0,26Ti + 0,3 Y2O3. Cette nuance a ete elaboree au CEA, par mecanosynthese puis extrusion a chaud, sous la forme d'une barre ronde. Les resultats obtenus demontrent la grande resistance mecanique a haute temperature de l'acier ODS etudie. Ils mettent egalement en evidence une forte dependance de la ductilite et de la resistance du materiau vis-a-vis de la vitesse de sollicitation. Sur la base des differentes caracterisations experimentales realisees, un modele de comportement macroscopique uniaxial a ete developpe. S'appuyant sur la description de trois ecrouissages cinematiques et d'un terme de restauration statique, ce modele demontre une capacite remarquable a reproduire le comportement mecanique du materiau en traction, en fatigue, en fluage et en relaxation. Par ailleurs, la caracterisation de l'anisotropie de comportement mecanique de la nuance d'acier ODS etudiee a montre que celle-ci depend de la temperature. Deux modelisations polycristallines differentes ont ete mises en place afin de reproduire cette anisotropie de comportement a partir des textures cristallographique et morphologique du materiau. Le desaccord observe entre les previsions de ces modeles et les resultats experimentaux conduit a formuler d'autres hypotheses sur la deformation des aciers ODSOriginal Title
Caracterisation et modelisation du comportement mecanique a haute temperature des aciers ferritiques renforces par dispersion d'oxydes
Primary Subject
Source
28 Nov 2012; 287 p; CEA-R--6343; 291 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/INIS/contacts/; Also available from Bibliotheque de l'ENSMP, 60 boulevard Saint-Michel - 75272 Paris Cedex 06 (France); Sciences et Genie des Materiaux
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
ALLOYS, CALCULATION METHODS, CARBON ADDITIONS, DEPOSITION, FABRICATION, FAILURES, HARDENING, IRON ALLOYS, IRON BASE ALLOYS, MATERIALS WORKING, MATHEMATICAL SOLUTIONS, MECHANICAL PROPERTIES, MICROSTRUCTURE, NUMERICAL SOLUTION, SIMULATION, STEELS, SURFACE COATING, TENSILE PROPERTIES, TRANSITION ELEMENT ALLOYS
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