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Thèse soutenue

Fragilisation par l'hydrogène de l'acier inoxydable austéno-ferritique Z2CND22 05 : rôle de la microstructure

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Auteur / Autrice : Francesco Iacoviello
Direction : Jacques Galland
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Métallurgie-Corrosion
Date : Soutenance en 1997
Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris

Résumé

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Les aciers inoxydables austéno-ferritiques sont caractérisés par des propriétés mécaniques élevées et par une bonne résistance à la corrosion, notamment à la corrosion sous contrainte et par piquration. En revanche, leur structure duplex montre une sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène. Parmi les aciers inoxydables austéno-ferritiques, la nuance z2cnd22 05 s'est progressivement imposée comme nuance de base et elle est la plus répandue des nuances austéno-ferritiques actuellement utilisées. Dans cette étude, nous avons analysé le comportement mécanique en traction et la cinétique de fissuration par fatigue de l'acier inoxydable austéno-ferritique z2cnd22 05, chargé ou non en hydrogène après différents traitements thermiques de revenu. Les températures et les durées des traitements thermiques de revenu ont été choisies avec la double finalité de fournir une caractérisation la plus complète possible de l'influence de toutes les phases secondaires, carbures et nitrures et, en plus, d'analyser d'une façon plus approfondie les températures critiques connues par la bibliographie et les résultats des essais de traction. De plus, nous avons perfectionné une technique d'évaluation du coefficient de diffusion, solution alternative à la mesure par perméation. Par ailleurs, nous avons utilisé la technique de l'analyse thermique pour mesurer l'énergie d'activation des pièges présents dans l'acier à l'état de livraison. Les résultats obtenus permettent d'établir les conclusions suivantes : - les joints de grains et les dislocations ont une influence négligeable sur le processus de diffusion de l'hydrogène - la quantité d'hydrogène absorbé dépend de la microstructure : la présence d'autres phases secondaires, carbures et nitrures dans la ferrite diminue fortement cette quantité. Cette diminution est probablement due a une variation de la solubilité et de la diffusivité de l'hydrogène - le chargement en hydrogène de l'acier duplex implique une forte diminution de #m% pour toutes les températures de revenu, sauf a 1050c ou la densité des dislocations est très basse et toutes les phases secondaires, carbures et nitrures, sont dissoutes. - le chargement en hydrogène de l'acier duplex n'induit pas de variation de r#e, tandis que la diminution de r#m dépend de la microstructure. L'indice fragilisation f permet de mettre en évidence l'influence positive de la décomposition spinodale et de la précipitation de la phase G. L'utilisation de l'indice de fragilisation % permet de montrer que la précipitation de la phase implique une fragilisation par l'hydrogène plus élevée, malgré des quantités inferieures d'hydrogène absorbe - l'acier duplex a l'état de livraison, charge en hydrogène, présente la possibilité de récupérer complètement ses propriétés mécaniques grâce a un traitement thermique de revenu à basse température (< 250°C) - la fissuration par fatigue a l'air ne varie pas avec la fréquence (entre 10 et 50 Hz) ni avec la direction de charge (lt ou Tl). Les modifications microstructurales dans la ferrite après revenu a 475c ou a 800c modifient la vitesse de fissuration dans les stades ii et iii, mais pas sur le stade de seuil - la fissuration de l'acier duplex sous chargement d'hydrogène en conditions potentiostatiques dans l'eau de mer n'a pas lieu - la fissuration de l'acier duplex sous chargement en conditions potentiostatiques dans une solution aqueuse d'acide sulfurique a lieu avec des vitesse plus élevées dans les trois stades de propagation, car outre la fragilisation de la ferrite, il y a un début de fragilisation de l'austénite. L’importance de l'influence de l'hydrogène est différente suivant les valeurs de k. La formation des stries a toujours lieu dans l'austénite et dans la ferrite, avec une distance entre stries qui dépend de la vitesse macroscopique, du libre parcours moyen de l'hydrogène dans la ferrite et dans l'austénite et de la dimension de la zone plastique réversible.