Micro-mechanical failure model of a ferritic-bainitic steel : consequence and interests of a dual-phase polycrystalline model

Q. Shi (1, 2) , F. Latourte (1) , Georges Cailletaud (2)

1 EDF R&D - EDF R&D
2 CDM - Centre des Matériaux

A calculation method for the plastic behaviour and for the failure of a nuclear reactor pressure vessel (RPV) steel is proposed in this work. A micro-mechanical approach is chosen, based on mean field homogenization calculations or on Voronoi aggregate calculations. A physically based crystal plasticity law is used, allowing to model the behaviour of pure iron and of RPV steel over a wide range of temperature. The failure model is based on a Griffith stress expression at carbides whose distribution is proposed from experimental data. The failure probability is then computed using a Monte-Carlo approach. The proposed approach allows to investigate failure initiation sites, in relation with microstructural heterogeneities such as ferrite-bainite interfaces. A comparison is provided between failure probability cumulative distribution functions obtained for single-phase or dualphase aggregates of same effective tensile response.

Une méthodologie de calcul du comportement plastique et de la rupture d’un acier de cuve de réacteur nucléaire à eau pressurisée est proposée dans ce travail. Une approche micromécanique est adoptée, basée sur des calculs d’homogénéisation en champs moyens ou sur des calculs d’agrégats obtenus par tesselation de Voronoi. Une loi de comportement de plasticité cristalline à base physique est adoptée, permettant de modéliser le comportement du fer pur et de l’acier de cuve sur une large gamme de température. Le modèle de rupture se base sur l’expression d’une contrainte de Griffith sur des carbures dont la distribution est formulée à partir de données expérimentales, la probabilité de rupture étant alors calculée par une méthode de Monte-Carlo. Ce type d’approche permet de s’intéresser aux sites d’amorçage de la rupture, en lien avec les hétérogénéités microstructurales (par exemple les interfaces ferrite-bainite). Une comparaison est également présentée entre les fonctions de répartition de probabilité de rupture obtenues pour des agrégats monophasés et biphasés de même comportement plastique effectif.

Mots clés: approche locale de la rupture; rupture fragile; micromécanique; acier bainitique

Domaines: Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]

Q. Shi, F. Latourte, Georges Cailletaud. Micro-mechanical failure model of a ferritic-bainitic steel : consequence and interests of a dual-phase polycrystalline model. 22ème congrès français de mécanique, Aug 2015, Lyon, France. 25 p. ⟨hal-01237394⟩