METALLURGIE

Métallurgie du soudage

La microstructure ci-dessus correspond à celle d’un acier austéno-ferritique 25 %Cr et 20% Ni dont la microstructure originale a été modifiée par un long séjour (plusieurs heures) à haute température en service. La ferrite originale de cet acier a favorisé l’apparition d’une structure tourmentée qui s’apparente à la structure martensitique et qui engendre une très grande fragilité de l’acier.

La transformation de la phase α à la phase σ s’effectue entre 550-850 °C pour des séjours de quelques centaines à quelques centaines de milliers d’heures.

La phase σ est un composé équiatomique (48% Fe et 52% Cr), très dure et fragile (700-800 HV) et amagnétique contrairement à la ferrite α. La formation de la phase σ est favorisée par un acier présentant une faible teneur en éléments gammagènes et/ou une forte teneur en éléments alphagènes. Un acier austénitique ayant une très faible teneur en ferrite sera ainsi moins sensible à la fragilisation par la phase σ.

Dans le cas des aciers austénito-ferritiques, la phase sigma se forme à partir de la ferrite au niveau des joints de grains en appauvrissant la phase austénitique voisine en chrome et l’enrichissant en nickel. La vitesse maximale de cette transformation est atteinte à environ 720 °C. A 980 °C, d’autres composés intermétalliques cohébitent avec la phase sigma : les phases ε, χ et ζ.

Au-delà de 980 °C, la phase ε se dissout dans la matrice austénitique comme les carbures. Quant à la phase χ, elle se forme sous les mêmes conditions et présente les mêmes propriétés générales que la phase σ. La composition de la phase χ pour un acier Cr-Ni-Mo (36% Fe, 12% Cr et 10%Mo) est de 56% Fe, 17% Cr et 27%Mo.

L’apparition de la phase sigma (σ) met en cause deux facteurs :

-Résistance à l’oxydation qui compromet la réfractibilité de l’acier austéno-ferritique: ceci est lié à la fois au volume d’oxydes formés, à la perméabilité à l’oxygène et à l’adhérence de ces oxydes à la surface. La résistance à l’oxydation est favorisée et directement proportionnelle aux teneurs en Chrome, Nickel et Aluminium. Toutefois, la réfractibilité sous des condition thermiques cycliques est liée au coefficient de dilatation de l’acier : les acier Cr-Ni 18-8 à 25-20 subiront des craquellements lorsque la température en service évolue cycliquement, contrairement aux aciers très riches en Chrome ayant un faible coefficient de dilatation.

-Propriétés mécaniques dégradées à des températures ≥ 500-550°C.