Le soudage des aciers inoxydables
Les aciers inoxydables sont considérés comme ayant une bonne soudabilité par rapport à de nombreux autres métaux et peuvent être soudés avec succès par un certain nombre de techniques différentes avec les réglages et conditions appropriés.
Aciers inoxydables austénitiques
D'une manière générale, les aciers inoxydables austénitiques sont insensibles à la fissuration après soudage. Comme ils ne sont pas durcissables au refroidissement, ils présentent une bonne ténacité et ductilité, sans nécessiter de traitement thermique avant ou après soudage. Cependant, dans certaines circonstances, des fissures dans le métal de soudure (ou d'apport) ou dans la zone affectée thermiquement (ZAT) peuvent se produire.
La fissuration par solidification du métal fondu est plus probable dans les structures entièrement austénitiques qui sont plus sensibles aux fissures que celles contenant une petite quantité de ferrite. Les nuances entièrement austénitiques comprennent les nuances 310, 320 et 330. Cependant, comme les aciers inoxydables austénitiques les plus utilisés contiennent en réalité une petite quantité de ferrite, cela est en réalité moins problématique qu’il n’y paraît à première vue ! Par exemple, l'alliage 316 contiendra entre 3 % et 10 % de ferrite. Fermonic 50 (XM-19, UNS S20910, 1.3964, Nitronic 50), Fermonic 60 (UNS S21800,Nitronique 60) etAlliage 254(UNS S31254, 1.4547, 254SMO, 6Mo) contiennent également une petite proportion de ferrite. Cette petite quantité de microstructure de ferrite présente est capable de dissoudre les impuretés qui pourraient conduire à la formation de fissures inter-dendritiques ou de ségrégations à basse température de fusion. Ceux-ci sont liés à la présence de phosphore ou de soufre, considérés comme des éléments indésirables car ils ne sont pas ajoutés délibérément mais sont plutôt récupérés à partir des déchets de départ, des matières premières et du processus.
La présence de carbone dans les aciers inoxydables austénitiques peut entraîner une corrosion intergranulaire du métal fondu ou ZAT après soudage. Les carbures de chrome se forment aux joints de grains des aciers inoxydables austénitiques dans la plage de température comprise entre 550 et 900 degrés. Cela signifie que les zones entourant les carbures ont désormais une teneur en chrome plus faible, car la diffusion du chrome dans le métal-mère est très lente. Ces zones à plus faible teneur en chrome sont donc moins résistantes à la corrosion, et toute corrosion qui se produit est plus susceptible de s'initier ici. Ce phénomène peut être provoqué par les températures rencontrées lors du soudage et est appelé sensibilisation.
Une teneur en carbone plus faible réduira le risque de sensibilisation après le soudage. Par conséquent, de nombreuses qualités standards sont disponibles avec une teneur en carbone nettement inférieure, telles queAlliage 316L(C < {{0}},03 %) par rapport à l'alliage 316 (C < 0,08 %).
Les qualités stabilisées telles que l'alliage 316Ti utilisent des ajouts de titane pour améliorer les propriétés à températures élevées. Cela réduit également la sensibilisation, car tout carbone présent dans le métal se combinera de préférence avec le titane plutôt qu'avec le chrome.
Enfin, si les aciers inoxydables austénitiques sont exposés entre 550-900°C pendant des périodes prolongées, il est alors possible de former la phase sigma délétère à partir des petites quantités de ferrite présentes. Ce mécanisme est couvert ci-dessous pour les aciers inoxydables duplex.
Aciers inoxydables duplex et super duplex
Comme pour les aciers inoxydables austénitiques les plus courants, la présence d'un peu de ferrite dans la microstructure peut contribuer à limiter le risque de fissuration à chaud lors du soudage. Étant donné que les aciers inoxydables duplex et super duplex contiennent des proportions presque égales d'austénite et de ferrite, ce n'est certainement pas un problème. Les aciers duplex sont donc facilement soudables, mais le mode opératoire de soudage doit être qualifié et contrôlé afin d'éviter la création de microstructures indésirables.
Le principal problème des aciers inoxydables duplex est leur propension à former une microstructure en phase sigma à partir de la transformation de la ferrite. Cette transformation se produit dans une gamme de températures et de durées différentes, comme le montre mieux un graphique TTT (température-temps – transformation). Sigma est une phase intermétallique amagnétique, riche en fer et en chrome. Les zones autour de la phase sigma auront une teneur en chrome plus faible et donc une résistance à la corrosion bien inférieure. De plus, la transformation de la ferrite en sigma peut entraîner des vides qui conduisent à la présence de fissures et à une baisse importante de la résistance mécanique et notamment de la ténacité aux chocs. Par conséquent, l’excellente résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques des aciers inoxydables duplex et super duplex sont complètement annulées s’ils sont exposés à des températures plus élevées.
Le graphique TTT suggère que Ferralium 255 (UNS S32550, F61, 1.4507) est légèrement moins susceptible de former un sigma que S32760 (F55, 1.4501, Zeron 100), S32750 (F53, 1.4410, SAF2507) ou S32205 (F51, 1.4462, duplex 220). 5 ) notes.
Pour éviter la formation de sigma, les conditions de soudage doivent être contrôlées pour limiter le temps en température. Comme le montre le diagramme TTT, des périodes de temps relativement plus courtes à ou autour de 800-900degC peuvent former une phase sigma. En raison de la taille relativement grande du métal de base par rapport à la zone de soudure, la chaleur du soudage est généralement dissipée assez rapidement. Des périodes de temps plus longues à des températures plus basses peuvent finalement conduire à la même transformation microstructurelle. Par conséquent, pour les soudures multipasses, il est important de limiter la température de soudure. Ceci peut être réalisé en réduisant l'apport de chaleur du soudage, en fournissant un certain degré de refroidissement ou en faisant une pause entre les passes.
L’autre défi principal du soudage des aciers inoxydables duplex et super duplex est le maintien de l’équilibre de la microstructure austénite : ferrite. Dans la zone du métal soudé, il y aurait généralement une perte d’azote. L'azote étant un stabilisant de l'austénite, la perte d'azote de la zone de soudure favorise une plus grande proportion de ferrite entraînant une perte de propriétés mécaniques et de corrosion. Ceci peut être surmonté en sélectionnant un métal d'apport surallié, c'est-à-dire avec un pourcentage plus élevé de nickel (un autre stabilisant de l'austénite) ou en utilisant de l'azote comme gaz de protection lui-même afin que le métal fondu capte une petite quantité d'azote.
