Genèse des microstructures dans les zones affectées thermiquement des soudures d'acier inoxydable lean duplex

Genesis of microstructures in heat-affected zones of lean duplex stainless steel welds

• Auteur / Autrice : João Da silva trosdtorf
• Direction : Muriel Véron
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : MAT - Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 02/09/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés

Mots clés

Mots clés libres

Métallurgie

Soudage

Précipitation

Modélisation

Thermodynamique

Lean Duplex

Metallurgy

Welding

Precipitation

Modelisation

Thermodynamics

Lean Duplex

Résumé

Le Lean duplex présente une bonne résistance mécanique et à la corrosion avec une composition chimique peu affectée par le prix des éléments d'alliage. Ils constituent une alternative aux austénitiques classiques 304L et 316L, pour une utilisation dans le traitement de l'eau, les matériaux de structure ainsi que les citernes et de nombreuses autres applications. Leurs propriétés proviennent principalement de leur composition chimique riche en chrome (23%) et en azote (0,2%) et de leur microstructure bi-phasique composée de 50% de ferrite et de 50% d'austénite. Cependant, lors d'un processus de soudage, la microstructure de l'alliage peut changer. Le cycle thermique de chauffage et de refroidissement rapides appliqués de manière non homogène est normal lors d'une soudure. La région affectée par la chaleur est connue sous le nom de ZAT (zone affectée thermiquement) et peut mesurer jusqu'à quelques millimètres de long. Ce traitement thermique peut entraîner la dissolution de l'austénite, la croissance de grains de ferrite, la précipitation de l'austénite sous forme de structures Widmänstatten ainsi que la précipitation de nitrures de chrome. Tous ces phénomènes se produisent hors équilibre, ce qui rend impossible l'application d'un modèle purement thermodynamique. De plus, ces transformations peuvent affecter la résistance à la corrosion et la résilience du matériau. Ce travail vise donc à étudier les transformations qui se produisent lors du soudage de ce type d'alliage, en utilisant à la fois l'expérimentation et la modélisation pour essayer de contrôler le processus.

Lean duplex has good mechanical and corrosion resistance, with a chemical composition that is little affected by the price of alloying elements. They are an alternative to the classic austenitic alloys 304L and 316L, for use in water treatment, structural materials, water tanks and many other applications. Their properties derive mainly from their chemical composition, rich in chromium (23%) and nitrogen (0.2%), and their two-phase microstructure composed of 50% ferrite and 50% austenite. However, during the welding process, the alloy's microstructure can change. The thermal cycle of rapid, inhomogeneously applied heating and cooling is normal for welding. The heat-affected region can measure up to a few millimeters in length. This heat treatment can lead to the dissolution of austenite, the growth of ferrite grains, the precipitation of austenite in the form of Widmänstatten structures, and the precipitation of chromium nitrides. All these phenomena occur outside equilibrium, making it impossible to apply a purely thermodynamic model. Moreover, these transformations can affect the material's corrosion resistance and resilience. The aim of this work is therefore to study the transformations that occur when welding this type of alloy, using both experimentation and modelling to try and control the process.