Contexte
Le développement de procédés d’incinération pour déchets nucléaires contenant des composés chlorés conduit à la formation de dépôts riches en chlorures métalliques, notamment ZnCl₂, sur les équipements.
Ces dépôts peuvent devenir hygroscopiques et former des films liquides par déliquescence, même à faible humidité relative, rendant possible une corrosion dite « humide » dans des conditions a priori sèches.
Ce phénomène est analogue à la corrosion dite « cold-end » observée dans les incinérateurs industriels, où la présence de sels (chlorures, sulfates, cendres) et de gaz agressifs favorise la dégradation accélérée des matériaux.
Malgré les retours d’expérience industriels, les mécanismes de corrosion, en particulier pour les zones soudées soumises à des hétérogénéités microstructurales et des contraintes mécaniques, restent encore insuffisamment compris.
Méthode expérimentale
L’étude repose sur un programme expérimental combinant essais de corrosion accélérée et caractérisations multi-échelles.
Des essais cycliques ont été réalisés en chambre climatique avec contamination contrôlée en ZnCl₂, simulant la formation de films liquides déliquescents à température élevée (~95 °C) et humidité relative modérée (~30 %).
Trois matériaux principaux ont été évalués : AISI 316L, UR66™ et Hastelloy® C22, sous différentes configurations (éprouvettes soudées, flexion 4 points, U-bend) afin d’étudier l’effet des contraintes mécaniques.
L’influence des procédés de soudage et des métaux d’apport a été analysée, notamment pour C22 avec plusieurs fils enrichis en Mo et W.
Les analyses ont combiné observations visuelles, métallographie, mesures de piqûres, contrôles non destructifs (radiographie, ressuage), ainsi que des techniques avancées comme le Scanning Kelvin Probe (SKP) pour cartographier les potentiels électrochimiques locaux et comprendre les phénomènes de corrosion galvanique au sein des soudures.
Résultats et conclusions
Les résultats montrent une forte dépendance du comportement en corrosion vis-à-vis du matériau et de l’état métallurgique.
L’acier inoxydable AISI 316L, bien que relativement résistant à la corrosion localisée sans contrainte, se révèle très sensible à la fissuration sous contrainte en présence de chlorures de zinc, ce qui limite son utilisation dans ces environnements.
L’alliage UR66™ présente une meilleure résistance à la fissuration mais reste sensible à la corrosion par piqûres, principalement dans la zone affectée thermiquement (ZAT), en lien avec des effets microstructuraux et galvanique locaux.
L’alliage base nickel Hastelloy® C22 montre les meilleures performances globales, avec une forte stabilité vis-à-vis de la fissuration et une corrosion localisée limitée essentiellement à la zone fondue.
L’étude met également en évidence le rôle déterminant :
- de la composition des métaux d’apport (notamment les teneurs en Mo et W),
- de la microstructure (taille des dendrites, zones interdendritiques),
- et des procédés de soudage (mode pulsé, traitements de surface).
Enfin, les résultats confirment que les hétérogénéités électrochimiques dans les soudures (cartographiées par SKP) gouvernent l’initiation de la corrosion localisée via des effets de couplage galvanique, et que le contrôle de ces paramètres est essentiel pour améliorer la durabilité des équipements.