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La corrosion sous contrainte

June 29, 2016

A un moment ou un autre, la disponibilité de centrales électriques est remise en question par le phénomène de corrosion fissurante sous contrainte (Stress corrosion cracking ou SCC) pouvant affecter certaines parties d’une turbine à vapeur (basse pression) : aux points de fixation des aubages, au niveau des disques ou du rotor.


De nombreux travaux ont été dédiés à la compréhension des mécanismes mis en jeu, d’autant plus que la SCC touche également les matériaux vieillissant à base de Nickel qui constituent les réacteurs nucléaires et menace sur le long terme la sécurité des installations.

 

 Fissure due à la corrosion sous contrainte
 

De quoi s’agit-il ?
La corrosion sous contrainte se caractérise par l’apparition de fissures qui se propagent perpendiculairement à la contrainte.

Un matériau sensible à ce type de corrosion doit se trouver dans un environnement corrodant et être sollicité par un effort de traction suffisamment élevé : chacune des deux conditions n’est, à elle seule pas un facteur de risque pour le matériau.

 

Ce phénomène est sensible à la nature du matériau : tous les matériaux ne présentent pas la même sensibilité aux mêmes environnements ; cela dépend de la composition du métal, de l’orientation des grains, de la présence de dislocations, de l’état de surface...

La corrosion sous contrainte se produit généralement aux joints de grains (corrosion intergranulaire) mais le phénomène peut également être de type intragranulaire.

 Corrosion intergranulaire

 

Exemple de mécanisme proposé : rupture du film – dissolution.

Un grand nombre de mécanismes ont été proposés pour expliquer le phénomène mais il reste toujours très délicat d’associer une dégradation par SCC à un mécanisme précis car elle est fonction de la nature du matériau, du milieu et des contraintes.
 

Ce modèle de dissolution anodique suppose que la fissure se propage par rupture de la couche de passivation protectrice. La fissure qui grandit créée de nouvelles contraintes sur ses bords ce qui provoque un phénomène de fluage qui casse davantage le film : le métal est mis à nu et la corrosion poursuit son oeuvre de dissolution du métal. La repassivation peut reprendre mais la présence d’ions agressifs tels que les chlorures peut sérieusement compromettre le phénomène.

 

 

Exemple de retour d’expérience
Un article paru dans le dernier numéro de Power Plant Chemistry fait état d’une unité (chaudière super critique) où lors d’un arrêt, des dépôts sur la turbine BP ont été observés ainsi que des piqûres, et des fissures à la base des aubes. L’analyse métallurgique a confirmé qu’un phénomène de corrosion sous contrainte était bel et bien à l’œuvre.
Une analyse plus approfondie a permis de bâtir l’arbre des causes. Il s’avère que :
- l’analyse du sodium dans la vapeur n’avait plus été menée régulièrement ce qui n’a pas permis de détecter des problèmes de pureté dans la vapeur.
- le système de polissage des condensats présentait une légère fuite de résine finalement détectée par une baisse de volume : la résine qui passe dans l’eau de chaudière se décompose et contamine la vapeur,

 

La présence de dépôts sur les aubes a favorisé la corrosion par piqûres (aération différentielle) notamment pendant les périodes d’arrêt (présence d’O2 et d’humidité) et des fissures se sont alors propagées lors de la remise en service.

Les unités à cycle supercritique qui ne sont pas équipées de ballon (pas de purge en cas de problème) ne tolèrent aucun problème de la chimie de l’eau : toute contamination de la vapeur impactera la turbine.

 

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