Microstructure, transformations de phases et durabilité à haute température des alliages de la série HP

Microstructures, phase transformation and durability at high temprature of HP alloys

• Auteur / Autrice : Johanne Laigo
• Direction : Franck Tancret, René Le Gall
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : École polytechnique universitaire de Nantes Université

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nitrures

Carbures

Siliciures

Transitions de phases

Matériaux -- Fluage

Mots clés libres

Alliage austénitique

Précipitation

Résumé

Cette étude porte sur l’identification des phénomènes responsables de l’endommagement des alliages de la série HP utilisés pour la fabrication des tubes de reformeur dans les usines de production de gaz de la société Air Liquide. Elle vise à améliorer la durée de vie en service de ces alliages. La littérature a montré que leur endommagement est, entre autres, une conséquence de leur importante évolution microstructurale à haute température. Les microstructures aux divers stades des traitements thermiques, effectués entre 750°C et 1150°C, ont été étudiées par microscopie électronique à balayage, spectroscopie de dispersion en énergie et microsonde de Castaing. De ces études, il ressort qu’à partir d’une microstructure brute de fonderie, constituée d’austénite et de carbures intergranulaires de type M7C3 et MX, il peut se former, aux détriments de ces derniers, des carbures de type M23C6, ainsi que des siliciures et nitrures. Des informations complémentaires relatives aux transformations de phases et à leur influence sur les propriétés mécaniques sont apportées par le biais de la modélisation (simulation thermodynamique et de la diffusion, éléments finis, réseaux de neurones). L’analyse des données de la littérature scientifique, ainsi que des tests de fluage effectués sur des alliages de microstructures différentes, a permis d’identifier les rôles de diverses phases et transformations de phases dans la résistance en fluage. Il en est déduit des propositions pour la conception d’alliages aux performances optimisées.

This study deals with the identification of the phenomena at the origin of damage in HP alloys for reformer tube applications, used for gas production in Air Liquide factories. It aims at an improvement of the service lifetime of these alloys. Literature has shown that damage is, among others, a consequence of an important microstructural evolution at high temperature. The microstructures during various states of heat treatments, performed between 750°C and 1150°C, were studied by scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and electron probe micro-analysis. From these observations it is concluded that, starting from an as-cast microstructure constituted of austenite and intergranular carbides of the M7C3 and MX types, M23C6 carbides can be formed, as well as silicides and nitrides. Additional information, related to these phase transformations and to their influence on mechanical properties, are obtained by the means of modelling (thermodynamic and diffusion simulation, finite elements, neural networks). The analysis of data collected from the scientific literature, as well as creep tests preformed on alloys with different microstructures, allowed to identify the role of various phases and phase transformations in creep resistance. From these results, propositions are deduced for the design of alloys with optimised performance.