Evaluation des propriétés mécaniques et du comportement à la corrosion de soudures dissemblables

Documents pareils
On peut être «lourd» et agile!

LES RÉPLIQUES MÉTALLOGRAPHIQUES

Qu est-ce que l acier inoxydable? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

Microstructure des soudures de titane. Paul Danielson, Rick Wilson, et David Alman U. S. Department of Energy, Albany Research Center Albany, Orégon

Le polissage par laser

INFO SOUDAGE LE SOUDAGE PAR FRICTION, UN PROCEDE DE SOUDAGE MULTIPLE ET INNOVATEUR

Chapitre 3 : Consommables arc

LE CETIME votre partenaire pour le progrès et l innovation:

' Département de Chimie Analytique, Académie de Médecine, 38 rue Szewska,

HISTAR. ArcelorMittal Europe - Long products Sections and Merchant Bars

La présente fiche technique décrit les exigences auxquelles doit répondre le Système Barofor Round.

Plaques CDP CastoDur Diamond Plates

UGIWELD TM, faites le vœu de l éternité

warrior PRET a TouT!

La soudure à l arc. électrique. Jean-Claude Guichard. Groupe Eyrolles, 2006, ISBN :

PROCÉDÉS DE SOUDAGE (MANUELS ET SEMI- AUTOMATIQUES)

Les composites thermoplastiques

Examen au Microscope Electronique à Balayage mettant en évidence les borures du Superplast 300.

Principe et élaboration de poudre par atomisation gazeuse, granulométrie et traçabilité pour la fabrication additive.

Des innovations avec des matériaux plastiques haute performance. La gamme complète en PTFE, une gamme leader.

Classement selon la Directive EU 1999/45/EC Pour plus d information, voir nos fiches de données de sécurité (MSDS)

pouchard tubes pouchard tubes C A T A L O G U E G E N E R A L Pouchard Tubes Pantin Pouchard Tubes Lyon Pouchard Tubes Nantes PANTIN

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Classement selon la Directive EU 1999/45/EC Pour plus d information, voir nos fiches de données de sécurité (MSDS)

IMAGERIE PAR TOMOGRAPHIE ÉLECTRIQUE RÉSISTIVE DE LA DISTRIBUTION DES PHASES DANS UNE COLONNE À BULLES

PMI-MASTER Smart. PMI portatif. Le premier spectromètre par émission optique ARC / SPARK réellement portable

Long Carbon Europe Sections and Merchant Bars. Poutrelle Angelina. L alchimie réussie entre résistance, légèreté et transparence

Dr Berdj Haroutunian, 5, Chemin Gottret ch-1255 VEYRIER tél (0) berdj@haroutunian.ch

JOURNEE TECHNIQUE AFIAP du 15 Mai 2014

RELAIS STATIQUE. Tension commutée

SOMMAIRE Thématique : Matériaux

MODELE DE PRESENTATION DU PROJET

CONTRÔLE PAR THERMOGRAPHIE INFRA-ROUGE DES DOUBLES SOUDURES AVEC CANAL CENTRAL DES GÉOMEMBRANES PLASTOMÈRES

FICHE TECHNIQUE POSTE METALLIQUE

Mario Geiger octobre 08 ÉVAPORATION SOUS VIDE

Présentations GTF. Point de vue d un utilisateur final. Durée de vie des ouvrages : Approche Prédictive, PerformantielLE et probabiliste

Les métaux pour construction métallique

Plate forme de modélisation en vue de la prédiction de la durée de vie des bétons vis-à-vis de la pénétration d agents agressifs

Procédés ciblés par le programme

Procédés ciblés par le programme

Correction ex feuille Etoiles-Spectres.

27 e JOURNÉES D'ÉTUDE DES MATÉRIAUX EN RAFFINERIE TEXTES. DUNKERQUE 27 et 28 juin 2012

Tout savoir sur. la fibre optique. Livret didactique

NUMERICAL SIMULATION OF THE CLADDING OF A FERRITIC BLOCK WITH A STAINLESS STEEL STUDY OF POST-WELD HEAT TREATMENT

Mobilier industriel en acier inoxydable

INFLUENCE de la TEMPERATURE. Transition ductile/fragile Choc Thermique Fluage

Mode d'emploi du plugin Grayscale_Granulometry

Sertissage Aciers COMAP,

Energie solaire

Système multicouche raccords à sertir et tubes

PROTECTION DEs MAINs ET DEs BRAs INfORMATIONs TEChNIquEs

MESURE DE LA TEMPERATURE

CASQUE AUTO-OBSCURCISSANT

DIVA DIVA. DIVA, le chant des flammes ne vous atteindra pas IGNIFUGE SUPPORTS SENSIBLES

SIMULATION DU PROCÉDÉ DE FABRICATION DIRECTE DE PIÈCES THERMOPLASTIQUES PAR FUSION LASER DE POUDRE

ESDEP GROUPE DE TRAVAIL 3 FABRICATION ET MONTAGE

Défauts dan les sachets souples état date stérilisables en autoclave nouveau 31/05/2002 Caractérisation et classification

PERMA FRANCE S.A.S. Un partenariat unique depuis plus de 30 ans

PLATE-FORME DE MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE À TRANSMISSION

Chapitre XIV BASES PHYSIQUES QUANTITATIVES DES LOIS DE COMPORTEMENT MÉCANIQUE. par S. CANTOURNET 1 ELASTICITÉ

LE JOURNAL DE L ISQ. Volume 15 Numéro 2 L INFLUENCE DU BROSSAGE SUR LA PÉNÉTRATION LORS DU SOUDAGE DE PLAQUES EN ACIER INOXYDABLE

INTÉGRABLES. GAMME e10. e10-i61s e10-i113s. Têtes de marquage par rayage

Protégez-vous des risques liés aux fumées de soudage. Information prévention. Vous êtes soudeurs en atelier de Métallerie Serrurerie?

FICHE DE DONNEES DE SECURITE

Etude expérimentale et numérique de la Sédimentation/Consolidation de sols à très forte teneur en eau

Eléments de caractérisation des diamants naturels et synthétiques colorés

4.14 Influence de la température sur les résistances

Vis autoperceuses Vissage direct en une seule opération

Niveau 2 nde THEME : L UNIVERS. Programme : BO spécial n 4 du 29/04/10 L UNIVERS

Vanne " Tout ou Rien" à siège incliné Type 3353

Les rencontres de l Agence de l eau Clermont Ferrand 10 janvier TECHNIQUES D EPURATION Dispositifs agréés Abdel LAKEL, CSTB

Généralités. Aperçu. Introduction. Précision. Instruction de montage. Lubrification. Conception. Produits. Guides à brides FNS. Guides standards GNS

PROTECTION DU CORPS INfORmaTIONS TEChNIqUES

La fabrication des objets techniques

Matériau S235JR - DIN EN Finition de surface. Epaisseur du matériau 1,5 mm. Désignation Filetage M Cote X Longueur L Charge de traction

Chapitre n 6 MASSE ET ÉNERGIE DES NOYAUX

Brochure d information pour le patient

Eau chaude sanitaire FICHE TECHNIQUE

RÔLES DE LA MICROSTRUCTURE ET DE LA COMPOSITION MINERALOGIQUE DE SOLS ARGILEUX DU BASSIN DE PARIS SUR LEUR SENSIBILITE AU RETRAIT - GONFLEMENT

Sophie Guézo Alexandra Junay

DOCUMENTATION TECHNIQUE SOMMAIRE

La construction durable : quelle stratégie d innovation d. Pascal Casanova, Directeur R&D, Lafarge

Alfa Laval échangeurs de chaleur spiralés. La solution à tous les besoins de transfert de chaleur

pro-part Ficha técnica Applications recommandées Matériaux Supports

Partie Observer : Ondes et matière CHAP 04-ACT/DOC Analyse spectrale : Spectroscopies IR et RMN

UTILISATION DES SÉDIMENTS VALORISÉS : exemple de la plate-forme expérimentale SOLINDUS pour le pré-traitement des produits de dragage

Améliorer Processus de Production et Qualité. Solution MES - LIMS chez Salzgitter Mannesmann Stainless Tubes

Rondelles ONDULÉES Rondelles ONDUFIL TM Rondelles BELLEVILLE Produits SPÉCIAUX

Application à l astrophysique ACTIVITE

GENERALITES SUR LA MESURE DE TEMPERATURE

MENUISERIE METALLIQUE 5_200 1

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

Nanofluides et transfert de chaleur par convection naturelle

Sondes de conductivité pour applications industrielles hygiéniques

Vannes à boisseau sphérique Ball valves

L École nationale des pompiers du Québec. Dans le cadre de son programme de formation Pompier I

Douche Couture :Xetis révolutionne l architecture de la salle de bains

DELTA. Technologie XRF portable pour les applications PMI

Défi Transition énergétique : ressources, société, environnement ENRS Projet Exploratoire PALEOSTOCK

Transcription:

Evaluation des propriétés mécaniques et du comportement à la corrosion de soudures dissemblables B. BELKESSA 1, N. OUALI 1, D. MIROUD 2, B. CHENITI 1 1) Centre de Recherche Scientifique en Technologies Industrielles CRTI BP64, Route de Dély Brahim, Chéraga, Alger, Algérie 2) Laboratoire de Sciences et Génie des Matériaux, FGMGP, USTHB BP32 16111 El Alia, Bab Ezzouar Alger Algérie. 1. Introduction Actuellement, le soudage des matériaux de différentes nuances est inévitable dans plusieurs industries d engineering ; il est particulièrement utilisé pour assembler un acier inoxydable avec un acier au carbone ou faiblement allié, qui sont largement utilisés dans les enceintes sous pression, les chaudières, les échangeurs thermiques dans l industrie énergétique et pétrochimique [1-3]. Le soudage de matériaux dissemblables est généralement plus difficile que celui des matériaux similaires, en raison de divers facteurs tels que les différences dans la composition chimique, les propriétés physiques et mécaniques des matériaux soudés. Ces différences entraînent une sérieuse difficulté dans la sélection du métal d'apport, qui doit être compatible à la fois aux différents métaux de base à assembler [4-5]. En effet, au cours du soudage de matériaux différents, certains problèmes et difficultés peuvent subvenir, tels que la formation de phases intermétalliques fragilisant, causée par la migration du carbone entraînant une chute de la résistance du matériau ferritique dans la région adjacente à la ligne de fusion ainsi qu une augmentation de la dureté dans la zone fondue (zone enrichie en carbone) [6-7]; aussi, la différence des coefficients de dilatation thermique des matériaux à souder qui donnent naissance à des contraintes résiduelles thermiques dans les différentes régions de la soudure, et les difficultés dans la réalisation des traitements thermiques post soudage, en particulier à cause du phénomène de précipitation qui se produit à température élevée [8].

2. MATERIAUX ET PROCEDURES EXPERIMENTALES De nombreuses techniques d'observation, d'analyse et de caractérisation ont été utilisées pour caractériser le comportement microstructurale et mécanique des soudures hétérogènes. 2.1 Matériaux utilisés Les deux métaux de base utilisés dans cette étude sont : un acier inoxydable austéno-ferritique (duplex) de nuance SAF 2205 et un acier faiblement allié à haut limite d élasticité (HLE) de nuance API 5L X52. Ces matériaux se présentent sous forme de tube de 152 mm de diamètre et de 12 mm d épaisseur. Le soudage a été réalisé par le procédé TIG pour la passe de racine, et le procédé SMAW pour les passes de bourrage et de finition. Deux métaux d apport différents ont été employés, un métal duplex de nuance E 2209 et l autre austénitique de nuance E309 (selon AWS). La composition chimique de ces matériaux, analysée par spectroscopie à fluorescence, est donnée dans le tableau 1. Tableau 1. Composition chimique des matériaux Composition chimique de l acier inoxydable Duplex SAF 2205 C Si Mn P S Cr Mo Ni 0.029 0.46 1.7 0.029 0.0026 21.57 2.48 5.79 N Co Cu W V Creq Nieq 0.2 0.043 0.18 0.053 0.053 24.06 10.85 Composition chimique de l acier HLE API X52 C Si Mn P S Cr Mo Ni 0.14 0.24 1.18 0.0017 0.0055 0.058 0.014 0.041 Nb Co Cu Al V Creq Nieq 0.0055 0.013 0.046 0.032 0.049 0.072 4.95 Compositions chimiques des métaux d apport C Si Mn Cr Ni Mo N Créq Niéq E2209 0.03 0.8 0.8 22 9 3 0.15 25 13.05 E309 0.03 0.8 0.8 24 13 - - 24 14.05

3. Evolution microstructurale dans la soudure hétérogène 3.1 Evolution de la microstructure dans l acier Duplex 2205 La microstructure du métal de base de l acier inoxydable duplex 2205 est caractérisé par la présence d'une structure en bande biphasée composée deux phases, la ferrite et l austénite. La forme allongée des grains est due au procédé de laminage à chaud lors de l élaboration du matériau. Aucune forme de précipité n a été observé (Figure 1) Fig.1 Micrographie optique du MB de l acier inoxydable duplex 2205 Fig.2 Micrographie optique de la zone de liaison ZF/ZAT de l acier duplex 2205 Comme le montre la micrographie optique de la figure 2, la zone affectée thermiquement des soudures réalisées en acier inoxydable 2205 est constituée de deux régions à savoir la zone de surchauffe (zone1), adjacente au métal fondu, et la zone de recuit partiel adjacente au métal de base (zone 2) ; Dans la zone de surchauffe (zone 1), la structure est chauffée, jusqu à l état ferritique monophasé. Au refroidissement, l austénite se reforme par une transformation à l état solide aux interfaces ferrite/ferrite et dans les grains ferritiques. Dans la zone recuite partiellement (zone 2), on observe une faible recristallisation de la microstructure qui se traduit par une modification de la morphologie des grains des deux phases. 3.2 Evolution de la microstructure dans l acier HSLA API X52 La structure du métal de base de l acier HSLA X52, est principalement composée d une microstructure laminée formée d une matrice ferritique (zones blanches) et des colonies de perlite (zones sombres). La direction du laminage liée au processus thermomécanique de laminage de la structure est clairement montrée par la figure 3.

Comme le montre les figure 4, une limite de type II (type II boundary) est observée dans les soudures hétérogènes au voisinage de la ligne de fusion du côté de l'acier X52. Ces limites se forment à l'état solide pendant le refroidissement des soudures, ce qui permet la croissance des grains d'austénite à travers la ligne de fusion [1] L examen métallographique révèle la présence d'une zone étroite d'environ 40 µm entre la ligne de fusion et de la limite de type II, appelée "bande martensitique". Le développement de cette limite a été attribué aux différences dans la structure cristallographique entre les matériaux soudés [8]. Fig.3 Micrographie optique du métal de base de l acier HSLA API X52 Fig.4 Micrographie optique de la zone de liaison ZF/ZAT-API X52 La figure 5 montre les micrographies optiques des zones fondues. Les deux zones sont composées de ferrite et d'austénite ; une structure composée d'austénite de widmanstatten dans une matrice ferritique est observée pour la soudure E2209, alors qu'une structure en ferrite interdendritique dans une matrice austénitique est observée dans la zone fondue de la soudure E309. Fig. 5 Micrographies optiques des zones fondues : a) E2209, b) E309

4. Analyse EDS à l interface entre la zone fondue et la ZAT de l acier API X52 Comme on peut le voir sur la figure 6, l analyse par EDS associé au MEB au niveau de l interface entre l acier X52 et la zone fondue révèle un significatif gradient de concentration du Cr et du Ni. Les résultats de l'analyse par EDS sont quasi identiques pour les deux soudures hétérogènes. Fig.6 Analyse EDX à travers l interface entre la zone fondue E2209 et l acier X52

4. Evolution de la dureté le long des soudures hétérogènes La figure 7 montre les profils de dureté des soudures hétérogènes. L allure des courbes représentant l évolution de la dureté dans les deux soudures (E2209 et E309) est identique. En raison des différences dans la composition chimique de ces matériaux, les valeurs de dureté enregistrées dans les 02 zones fondues sont supérieures à celle du MB et de la ZAT de l acier X52, Une dureté élevée est enregistrée au niveau de la ZAT de l acier inoxydable duplex par rapport au métal de base ; ceci est due à l augmentation de la teneur en ferrite dans cette zone, provoquée par les cycles thermiques de soudage. En outre, les valeurs de dureté les plus faibles sont enregistrés dans la ZAT de l acier X52 ; en raison de la croissance du grain de la microstructure dans cette région. Fig.7 Evolution de la dureté HV10 le long du cordon de soudure 5. Comportement à la corrosion des soudures hétérogènes Les courbes de polarisation potentiodynamiques du métal de base, de la zone affectée thermiquement et des zones fondues sont illustrées dans les figures 6 et 7. Comme le montre la figure 6, les courbes de polarisation potentiodynamique du métal de base et de la ZAT de l acier inoxydable duplex 2205 ont une allure quasi identique qui consiste en une large région de passivation, caractéristique générale des aciers inoxydables duplex [9].

La figure 7 montre clairement que la résistance à la corrosion, dans une solution de 3.5 M NaCl, de la soudure produite avec l électrode E309 est nettement meilleure que celle de la soudure réalisée avec l électrode E2209. Ceci peut être expliqué par la présence d un taux de ferrite plus élevé dans la soudure duplex (E2209) comparé à celui de la soudure austénitique (E309), et sachant que la ferrite contenant une forte teneur en chrome peu avoir un effet négatif et dommageable sur la résistance à la corrosion, du fait de la différence de potentiel entre la ferrite et l austénite [10]. Fig. 6 Courbes de polarisation potentiodynamiques de l acier inoxydable duplex 2205 Fig.7 Courbes de polarisation potentiodynamiques des soudures E2209 et E309 6. Conclusion Suite aux effets des cycles thermiques du soudage, la microstructure, dans la zone de surchauffe (partie de la ZAT adjacente à la ligne de fusion) est devenue entièrement ferritique. La reformation de l austénite dans cette zone se fait par germination hétérogène lors du refroidissement. Dans la zone de recuit partiel, la microstructure a subi des phénomènes de recristallisation et de croissance des grains. L équilibre de phase δ/γ dans cette zone est moins altéré que celui dans la zone de surchauffe. Dans les deux zones fondues, la structure de solidification résulte du mode de solidification ferritique ; elles sont composées de ferrite et d'austénite. Une structure composée d'austénite de widmanstatten dans une matrice ferritique est observée dans la micrographie de la soudure produite par l'électrode E2209, alors qu'une structure en ferrite interdendritique dans une

matrice austénitique est observée dans la zone fondue de la soudure produite par l électrode de E309. Une limite de type II (type II boundary) s est formé voisinage de la ligne de fusion du côté de l'acier X52, cette limite est caractéristique dans le soudage hétérogène entre les aciers inoxydables et les aciers faiblement alliés. Le développement de cette limite a été attribuée aux différences dans la structure cristalline entre les matériaux à assembler. La résistance générale à la corrosion de la soudure produite avec le métal d apport austénitique E309 est meilleure que celle produite avec le métal d apport duplex E2209. La soudure duplex (E2209) présente un taux de ferrite relativement supérieur à celui de la soudure austénitique (E309), et la ferrite peu avoir un effet négatif sur la résistance à la corrosion, du fait de la différence de potentiel entre la ferrite et l austénite Références [1] J. Lippold and D. Kotecki, Welding Metallurgy and Weldability of Stainless Steels. 2005. [2] a. R. Khalifeh, a. Dehghan, and E. Hajjari, Dissimilar joining of AISI 304L/St37 steels by TIG welding process, Acta Metall. Sin. (English Lett., vol. 26, no. 6, pp. 721 727, 2013. [3] J. Wang, M. X. Lu, L. Zhang, W. Chang, L. N. Xu, and L. H. Hu, Effect of welding process on the microstructure and properties of dissimilar weld joints between low alloy steel and duplex stainless steel, Int. J. Miner. Metall. Mater., vol. 19, no. 6, pp. 518 524, 2012. [4] M. Jafarzadegan, a Abdollah-Zadeh, a H. Feng, T. Saeid, J. Shen, and H. Assadi, Microstructure and Mechanical Properties of a Dissimilar Friction Stir Weld between Austenitic Stainless Steel and Low Carbon Steel, J. Mater. Sci. Technol., vol. 29, no. 4, pp. 367 372, 2013. [5] R. Kaçar and O. Baylan, An investigation of microstructure/property relationships in dissimilar welds between martensitic and austenitic stainless steels, Mater. Des., vol. 25, no. 4, pp. 317 329, 2004. [6] C. Pan and Z. Zhang, Characteristics of the weld interface in dissimilar austenticpearlitic steel welds, Mater. Charact., vol. 33, no. 2, pp. 87 92, 1994. [7] T. Vigraman, R. Narayanasamy, and D. Ravindran, Microstructure and mechanical property evaluation of diffusion-bonded joints made between SAE 2205 steel and AISI 1035 steel, Mater. Des., vol. 35, pp. 156 169, 2012.

[8] P. B. Srinivasan, V. Muthupandi, W. Dietzel, and V. Sivan, An assessment of impact strength and corrosion behaviour of shielded metal arc welded dissimilar weldments between UNS 31803 and IS 2062 steels, Mater. Des., vol. 27, no. 3, pp. 182 191, 2006. [9] H. Sarlak, M. Atapour, and M. Esmailzadeh, Corrosion behavior of friction stir welded lean duplex stainless steel, Mater. Des., vol. 66, pp. 209 216, 2015. [10] G. R. Mirshekari, E. Tavakoli, M. Atapour, and B. Sadeghian, Microstructure and corrosion behavior of multipass gas tungsten arc welded 304L stainless steel, Mater. Des., vol. 55, pp. 905 911, 2014.