STRUC-PROP/SCIE P45
10 e Colloque RX et matière 2013
Comportement structural et mécanique d’une soudure hétérogène en aciers inoxydables Duplex 2205 / Super martensitique à 13%Cr
Kheireddine Bettahar a, b, Mebrouk Bouabdallah b, Mohamed Gaceb c, Riad Badji a, Brigitte Bacroix d, Charlie Kahloun d
a Welding and NDT Research Center (CSC), Algeria
b Laboratoire LGSDS, Ecole Nationale Polytechnique, Algérie
c Laboratoire LFEPM, Faculté des hydrocarbures, UMBB, Algérie
d Laboratoire LSPM, CNRS, Paris.
Cette étude est une contribution à la caractérisation et à la compréhension des propriétés structurales et mécaniques de la soudure hétérogène d’aciers inoxydable Duplex /Super- martensitique. Ces deux matériaux sont connus par leur haute performance qui combine la bonnerésistance à la corrosion, les bonnes propriétés mécaniques et l’excellente soudabilité [1-
4]. Le tableau 01 présente les compositions chimiques des matériaux de base et du métal d’apport utilisé.
Tableau 01 : Compositions chimiques
La figure 1 présente une macrographie de la soudure et les résultats de microdureté, elle montre clairement l’aspect hétérogène de la soudure. Les examens préliminaires basés sur la microscopie optique, l’analyse d’image et la diffraction des rayons X, (figure 2 et 3), nous ont permis d’identifier les différentes phases présentes dans le joint soudé.
Figure 1 : a) Macrographie et histogrammes de Micro dureté Hv1 b) Profil de Micro dureté Hv 0,05 de la ZAT Supermartensitique
Le métal de base duplex est caractérisé par une structure en bande constituée de deux phases ferrite/austénite avec une fraction volumique d’environs 50% chacune. La présence simultanée des deux phases ferrite et austénite confère au matériau les meilleurs propriétés [1,4]. Le métal d’apport utilisé qui est le superduplex 2207 est
constitué également de ferrite et d’austénite.
Suite au processus de solidification, la zone fondue possède une structure dendritique, l’austénite se présente sous forme d’ilots dans une matrice ferritique.
Eléments Cr Ni C Mn P S Cu Mo N Si Ti Nb Al W
Duplex (D) 22.4 6.9 0.021 0.48 0.022 0.0007 0.61 3.65 0.25 0.49 - - - 0.64
Métal d’apport (MA) 25.1 6.7 0.02 - - - 0.5 3.5 0.3 0.4 - - - 2
Supermartensitique (M) 13 7 0.015 1 0.02 0.005 0.25 2.5 0.01 0.05 0.15 0.05 0.055 -
STRUC-PROP/SCIE P45
10 e Colloque RX et matière 2013
Figure 2 : Diffractograms des matériaux
Figure 3 : Micrographies optiques, a et b) Zones de liaison Duplex et Super martensitique (Attaque électrolytique à l’acide oxalique suivi de NaOH), c) zone de liaison Super martensitique (Attaque électrolytique au NaOH (ferrite en
noir, martensite en claire) Le matériau de base Super martensitique est caractérisé par
une structure de martensite en latte, dans laquelle se précipite
une fine quantité de ferrite répartie longitudinalement dans le sens de laminage. La fraction volumique de cette ferrite quantifiée par analyse d’image est de 4%. Les Diffractograms des rayons X montrent la présence de traces d’austénite résiduelle. Cette austénite secondaire
contribue remarquablement à l’amélioration de la ténacité du matériau [5].
Les zones affectées thermiquement ont évoluées différemment suite aux cycles thermiques de soudage. Du coté duplex la ZAT est caractérisée par une zone de surchauffe adjacente à la ligne de fusion et une zone de recuit partiel plus proche du métal de base, la dureté atteint un maximum au voisinage de la ligne de fusion et diminue graduellement en allant vers le métal de base. Du coté Super martensitique, la ZAT est constituée de quatre sous ZAT principales, relativement aux transformations structurales provoquées en fonction des pics de températures atteintes, et la vitesse de refroidissement. Cette zone a fait l’objet de plusieurs études [5,6]. La première sous ZAT est la zone qui a subi une feritisation complète, le refroidissement très rapide de cette zone donne naissance à une structure à gros grains composée de martensite non revenue avec une quantité de ferrite et des traces d’austénite résiduelle emprisonnée. La deuxième sous ZAT est considérée comme dual-phase, c’est une continuité de la première zone avec une proportion de ferrite plus importante. La troisième sous ZAT a subi une feritisation partiel, la structure obtenue au refroidissement et une martensite non revenu plus fine. La quatrième partie de la ZAT est une région qui est considérée comme adoucie (Martensite revenu) suite aux cumules des cycles thermiques de soudage.
Les profils de microdureté réalisés montrent une bonne corrélation entre l’évolution de la dureté avec les transformations structurales citées ci-dessus.
Références
[1] J.C. LippoldDamian,J. Kotecki, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey 2005 [2] V. Olden, C. Thaulow, R. Johnsen,Materials and Design 29 (2008) 1934–1948
[3] X.P. Ma, L.J. Wang, C.M. Liu, S.V. Subramanian, Materials Science and Engineering A 539 (2012) 271–279 [4]R. Badji, B. Bacroix, M. Bouabdallah, Material characterisation 6 2 (2011) 833 – 843
[5] D. Carrouge, H. K. D. H. Bhadeshia, P. Woollin, Science and Technology of Welding and Joining 2004 Vol. 9 [6] J. E. Ramirez,Welding Journal May 2007, Vol. 86
