Acier 17-4 PH dans les réacteurs à eau légère : retour d’expérience

L’acier inoxydable martensitique 17-4 PH, durcissable par vieillissement, a été largement utilisé dans les centrales nucléaires pour les tiges de soupape, les arbres de pompe, le boulonnage et les ailettes de turbines. Le retour d’expérience est globalement satisfaisant. Cependant, certains problèmes, y compris la fragilisation et une sensibilité accrue à la corrosion sous contrainte (CSC) en raison d’expositions prolongées à des températures élevées ou des environnements agressifs, montrent qu’il est prudent de n’utiliser ce matériel qu’avec discernement. Néanmoins, tant que ses limites sont respectées, l’acier 17-4 PH reste un matériau approprié pour les centrales nucléaires.

Propriétés de l’acier 17-4 PH.

L’acier inoxydable martensitique à durcissement par précipitation 17-4 PH est un acier dont la résistance s’obtient par la durée et la température de vieillissement après la trempe initiale avec de la martensite. La composition nominale de cet alliage est représentée dans le tableau 1 [1]

Les propriétés de l’acier 17-4 PH qui rendent son utilisation si répandue sont sa bonne résistance à la corrosion (similaire à celle de l’acier inoxydable de type 304), sa bonne résistance à la fatigue, sa haute résistance due en partie à la nucléation des précipités de cuivre qui apparaissent pendant le traitement thermique post-trempe et, étant un acier martensitique, son coefficient de dilatation thermique similaire aux aciers au carbone ou faiblement alliés, ce qui permet de le combiner avec ces matériaux sans problème majeur de contraintes excessives pouvant être provoquées par la dilatation thermique.

Le facteur essentiel qui détermine les propriétés de l’acier 17-4 PH est le traitement thermique de recuit post-solution. Plusieurs états du matériau sont disponibles industriellement, à partir de la Condition A (solution recuit à 1 050 °C et refroidi à moins de 32 °C sans autre traitement thermique appliqué) aux conditions H1150M, l’état survieilli, comme indiqué dans le tableau 2 [2]. 

Tout l’acier 17-4 PH est fabriqué en Condition A. Il peut alors être vieilli plus longtemps à une température donnée pour obtenir les propriétés voulues. Comme on le voit dans le tableau 2 et sur la figure 1, cette augmentation de vieillissement (la « trempe ») qui correspond à une augmentation de température et de temps, augmente la ductilité et la résistance aux chocs, qui peut être corrélée à la résistance à la fragilisation et à la corrosion sous contrainte, mais cela réduit également la résistance du matériau.