Qu’est-ce que la sensibilisation dans l’acier inoxydable austénitique et comment cela se produit
Qu’est-ce que la sensibilisation
Dans cet article, nous discutons de Qu’est-ce que la sensibilisation , de ses conséquences sur le soudage de l’acier inoxydable austénitique et de l’acier inoxydable austénitique, et comment nous pouvons empêcher la sensibilisation.
Comme nous le savons, le carbone (C) est une impureté indésirable dans les aciers inoxydables austénitiques en raison de son affinité thermodynamique excessive pour le chrome (Cr), c’est-à-dire que le carbone se combine facilement avec le chrome à une température plus élevée. Lorsque l’acier inoxydable austénitique est exposé à une plage de températures de 370 °C à 815 °C (700 °F à 1500 °F, référence API 571) pendant la fabrication, le soudage ou les applications à haute température, les carbures riches en chrome précipitent le long de l’austénite joints de grains. Lors de la précipitation du carbure, le carbone interstitiel (C) diffuse rapidement vers le chrome disponible dans le matériau le long des joints de grains et forme des carbures de chrome. La diffusion du chrome (Cr) étant lente, il ne peut pas diffuser du corps des grains pour remplacer le Cr qui est passé dans les carbures. Une concentration élevée de chrome dans les particules de carbure diminue la teneur en chrome immédiatement adjacente aux joints de grains.
En conséquence, le joint de grain a une résistance à la corrosion plus faible et peut être attaqué dans un environnement auquel l’acier inoxydable résisterait normalement. L’acier est dit sensibilisé et sensible à la corrosion intergranulaire, IGC (également appelée attaque aux joints de grains). Une section d’acier complète peut être affectée après service ou traitement thermique dans la plage de température critique, ou une partie de la zone affectée thermiquement d’une soudure peut souffrir du problème de sensibilisation.
Dans ces zones, la concentration de chrome tombe en dessous de 12 % en poids (le niveau auquel les aciers inoxydables acquièrent leur caractéristique « inoxydable ») et ainsi les zones appauvries deviennent anodiques en présence d’un électrolyte et sont sensibles à la corrosion.
Figure 1. Précipitation de carbure de chrome aux joints de grains austénitiques
Une précipitation de carbure de chrome peut se produire lors d’une exposition à des températures de fonctionnement élevées. Ceci n’est pas considéré comme un problème si les températures de fonctionnement restent au-dessus de la température du point de rosée. Cependant, en présence d’humidité et d’air, une attaque intergranulaire peut se produire en raison de l’épuisement localisé du chrome adjacent aux joints de grains. Pour les matériaux avec un tartre de sulfure métallique provenant de l’exposition à des espèces contenant du soufre (S) pendant le fonctionnement, le tartre peut réagir avec l’air et l’humidité pour former de l’acide polythionique. Ceci en combinaison avec une contrainte, résiduelle ou appliquée, peut conduire à un phénomène connu sous le nom de fissuration par corrosion sous contrainte polythionique selon API 571 .
Figure 2 – Fissure polythionique SCC
La précipitation du carbure de chrome peut également se produire par un refroidissement lent à partir d’une température élevée telle qu’un recuit en solution pendant la fabrication ou le soudage. Le phénomène associé au soudage est communément appelé pourriture de soudure où la zone affectée thermiquement est localement sensibilisée et donc sensible à l’attaque intergranulaire.
Prévention de la sensibilisation dans l’acier inoxydable austénitique
La susceptibilité à la sensibilisation peut être minimisée en utilisant une variante à faible teneur en carbone (c’est-à-dire 304L, 316L). Ces nuances de fabrication sont à très faible teneur en carbone donc naturellement limitées en atomes de carbone pour former les carbures de chrome. Les aciers inoxydables ordinaires et à haute teneur en carbone tels que les types 304/304H et 316/316H sont particulièrement sensibles à la sensibilisation dans la ZAT de soudure. Les grades « L » à faible teneur en carbone (<0,03 % C) sont moins sensibles et peuvent généralement être soudés sans sensibilisation. Les grades L ne sensibiliseront pas à condition que les températures de fonctionnement à long terme ne dépassent pas environ 750 °F (400 °C).
Une résistance améliorée à la sensibilisation peut être obtenue avec des versions chimiquement stabilisées de ces alliages contenant de petites quantités de titane (Ti) ou de niobium (Nb) et de tantale (Ta) tels que les types 321 et 347. [Notez que le niobium était aussi appelé Columbium (Cb) , mais Niobium est maintenant le nom généralement accepté.] L’alliage 20Cb-3, ainsi que les alliages 825 et 625, sont également chimiquement stabilisés. Ces ajouts forment des carbures plus forts que le chrome (ils forment leurs carbures de sorte qu’aucun carbone ne réagisse avec le chrome) et lient le carbone de sorte que les carbures de chrome ne se forment pas. Les ajouts de titane ou de niobium réduisent également la solubilité du carbone dans l’austénite, ce qui donne des carbures de type MC, où M représente le titane ou le niobium.Bien que ces matériaux alternatifs réduisent la sensibilité à la sensibilisation lors de courtes durées d’exposition à des températures élevées, les carbures riches en chrome précipitent encore après un vieillissement à long terme.
Les exigences supplémentaires des spécifications ASTM prévoient que les produits de broyage doivent être livrés dans un état thermiquement stabilisé plutôt que simplement recuits en solution. Ce traitement thermique minimisera les problèmes potentiels de sensibilisation à des températures plus élevées.
Un traitement thermique de stabilisation thermique à 1 650 °F (900 °C) peut être appliqué aux soudures en acier inoxydable austénitique stabilisées chimiquement une fois toutes les soudures terminées afin de réduire la sensibilisation au niveau des soudures. Ce traitement thermique est également appliqué après soudage du matériau qui a été thermiquement stabilisé dans le laminoir afin de restaurer la stabilisation thermique détruite par la chaleur de soudage.
Le traitement thermique en solution, communément appelé recuit en solution, est utilisé pour le matériau qui a été sensibilisé. Le matériau est chauffé à une température d’environ 1950° à 2050°F pour dissoudre les carbures, puis trempé à l’eau, ne permettant ainsi pas aux carbures de précipiter. Ceci est utile dans le cas de composants soudés qui ont subi une précipitation de carbures.
