Effet des atmosphères de traitement thermique sur l'évolution de la microstructure et la résistance à la corrosion des soudures en acier inoxydable duplex 2205

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4592 (2023) Citer cet article

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Les effets de l'atmosphère post-traitement thermique sur la microstructure et la résistance à la corrosion des joints soudés duplex en acier inoxydable ont été étudiés. Le traitement thermique post-soudage (PWHT) a été réalisé avec et sans atmosphère protectrice. L'azote et l'argon sont utilisés individuellement comme gaz protecteurs. Un examen détaillé de la microstructure (optique et SEM) démontre que des précipités de nitrures sont fortement observés dans les zones soudées pour les échantillons protégés par l'azote. Une baisse observée de la fraction volumique de ferrite dans les échantillons traités thermiquement après soudage par rapport aux échantillons soudés sans traitement thermique, conduisant à une amélioration de la résistance à la corrosion des joints soudés traités thermiquement. Une exception pour l'utilisation de l'azote comme atmosphère de traitement thermique, une diminution de la résistance à la corrosion des constructions soudées est étudiée en raison des précipités de nitrure. Une augmentation de la dureté de la zone de soudure pour les échantillons traités thermiquement après soudage par rapport à l'alliage de base. La dureté initiale de l'acier inoxydable duplex était de 286 Hv, tandis que la dureté moyenne de la zone de soudure était de 340, 411, 343 et 391 Hv pour le PWHT tel que soudé utilisant des atmosphères d'air, d'argon et d'azote, respectivement. La dureté de la zone de soudure a augmenté à 33, 44, 20 et 37 %. Une diminution significative de la résistance ultime à la traction et de l'allongement après PWHT. Le matériau de base initial en acier inoxydable duplex à résistance à la traction ultime était de 734,9 MPa, tandis que la résistance à la traction ultime des joints soudés était de 769,3, 628,4, 737,8 et 681,4 MPa pour les conditions suivantes : tel que soudé, PWHT utilisant des atmosphères d'air, d'argon et d'azote, respectivement. .

L'acier inoxydable duplex (DSS) est le métal le plus approprié à utiliser dans des environnements difficiles tels que les pipelines en haute mer pour transférer des matières pétrolières, le dessalement de l'eau de mer, les réacteurs, les pétroliers, les industries chimiques des raffineries de pétrole et pétrochimiques en raison de sa résistance exceptionnelle à la corrosion et de sa haute résistance à la corrosion. force1,2. La composition chimique de l'acier inoxydable duplex (DSS) contient du Cr, Mo, Ni et N. De plus, la répartition des éléments d'alliage de l'acier inoxydable duplex (DSS) est inhomogène, tandis que le Cr et le Mo entraînent une augmentation du volume de ferrite. fraction, Ni et N augmentent la fraction volumique d'austénite. Le facteur clé pour influencer la fraction volumique de ferrite et la précipitation des phases intermétalliques (phases nocives) telles que la phase sigma (σ), la phase chi (χ), l'austénite secondaire (γ2), le nitrure (CrN et Cr2N), les carbures (M23C6) sont le recuit. température, vitesse de refroidissement, solidification après le processus de soudage3,4,5,6,7,8 et apport thermique8,9,10.

Le processus de soudage est un processus fondamental et indispensable dans l’industrie. Il s'agit d'un processus de traitement thermique qui aboutit à trois zones : le matériau de base (BM), la zone affectée thermiquement (HAZ) et la zone de soudure (WZ), chacune11. Le DSS après soudage montre trois zones différentes dans la composition chimique de la phase ferrite et austénite qui conduisent par conséquent à une résistance à la corrosion différente. L'influence du soudage ne se limite pas à la composition chimique, elle affecte également la fraction volumique de ferrite en raison de la chaleur12,13. Alors que Nilsson14 a indiqué que le soudage multi-passes permet de former une quantité excessive d'austénite secondaire, cela conduit donc à une faible résistance à la corrosion dans la zone de soudure.

De plus, le choix de l'électrode de soudage est d'une importance primordiale pour contrôler la microstructure de la zone de soudage et donc sur les propriétés après soudage15,16,17. Une tentative a été faite pour étudier l'effet du métal d'apport sur la solidification, la microstructure et les propriétés mécaniques de la soudure différente entre l'acier inoxydable super duplex 2507 et l'acier pour pipeline API X70 faiblement allié à haute résistance par Khan et al.15. Ils ont conclu que la microstructure de la soudure d'apport 309L est composée de ferrites squelettiques dans la matrice d'austénite, tandis que la soudure d'apport 2594 comporte de multiples austénites reformées intégrées dans la matrice de ferrite. De plus, Ramkumar et al.18 étudient la soudabilité, les propriétés métallurgiques et mécaniques des joints en aciers inoxydables super-duplex UNS 32750 par soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW) utilisant des métaux d'apport ER2553 et ERNiCrMo-4. Ils ont recommandé l'utilisation de l'ER 2553 pour le soudage de l'acier inoxydable super-duplex en raison de l'amélioration des propriétés mécaniques des joints soudés utilisant l'ER 2553 par rapport aux joints soudés utilisant l'ER NiCrMo-4. Ils ont attribué cette amélioration comparative des propriétés mécaniques à la présence de quantités suffisantes de ferrite, d'allotriomorphes et d'austénite sous forme de widmanstätten en forme de coin et de précipités intergranulaires dans la zone de soudure utilisant ER2553.