{"id":5721,"date":"2020-03-23T07:13:51","date_gmt":"2020-03-23T07:13:51","guid":{"rendered":"https:\/\/www.kaysuns.com\/?p=5721"},"modified":"2025-09-19T05:34:01","modified_gmt":"2025-09-19T05:34:01","slug":"erreurs-courantes-dans-le-soudage-des-tuyaux-en-acier-inoxydable-duplex","status":"publish","type":"blog","link":"https:\/\/www.kaysuns.com\/fr\/blog\/erreurs-courantes-dans-le-soudage-des-tuyaux-en-acier-inoxydable-duplex\/","title":{"rendered":"Erreurs courantes dans le soudage de tuyaux en acier inoxydable duplex"},"content":{"rendered":"

Exp\u00e9riences et r\u00e9sultats du soudage duplex de tubes en acier inoxydable<\/h2>\n\n\n\n

L'homme produit et utilise de l'acier inoxydable duplex depuis pr\u00e8s de 80 ans. Les premiers alliages, tels que l'alliage mall\u00e9able 329 et l'alliage coul\u00e9 CD4MCu, contenaient beaucoup plus de ferrite que d'aust\u00e9nite. <\/em><\/p>\n\n\n\n

Les gens ne font pas attention \u00e0 l'importance de l'azote. De nombreux alliages contiennent tr\u00e8s peu d'azote, de sorte que lorsque le traitement thermique n'est pas effectu\u00e9 apr\u00e8s le soudage, la zone affect\u00e9e thermiquement de ces alliages devient g\u00e9n\u00e9ralement fragile et a une mauvaise r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion. Le soudage au gaz du m\u00e9tal fondu pr\u00e9sente \u00e9galement ce d\u00e9faut.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Dans les ann\u00e9es 1980, l'importance de l'azote pour tuyaux en acier inoxydable duplex<\/a> \u00e9tait pleinement reconnu et les exigences minimales en mati\u00e8re de teneur en azote \u00e9taient g\u00e9n\u00e9ralement sp\u00e9cifi\u00e9es. En ajoutant une teneur en azote appropri\u00e9e au m\u00e9tal de base et en utilisant un m\u00e9tal d'apport de soudure avec une teneur en nickel accrue, la soudure peut avoir des quantit\u00e9s approximativement \u00e9gales d'aust\u00e9nite et de ferrite \u00e0 l'\u00e9tat soud\u00e9, ce qui am\u00e9liore consid\u00e9rablement les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques. R\u00e9sistance \u00e0 la corrosion am\u00e9lior\u00e9e.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Erreurs<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Sp\u00e9cifications d\u00e9raisonnables des m\u00e9taux de base<\/h4>\n\n\n\n

Au cours des 25 derni\u00e8res ann\u00e9es, l'acier inoxydable duplex le plus courant est un alliage appel\u00e9 2205. La quasi-totalit\u00e9 de la litt\u00e9rature utilise la plage de composition de l'UNSS31803 pour d\u00e9crire cet alliage. Cependant, l'UNS S31803 a une teneur minimale en azote de 0,08%.<\/p>\n\n\n\n

La pratique a montr\u00e9 que cette teneur en azote est trop faible si l'on veut que la zone affect\u00e9e thermiquement et la zone de fusion conservent de bonnes performances dans les conditions suivantes post-soudure<\/a> conditions. Apr\u00e8s avoir pris conscience de ce probl\u00e8me, l'ASTM utilise l'UNSS32205 pour d\u00e9finir le 2205 depuis 2000.<\/p>\n\n\n\n

Le tableau 1 pr\u00e9sente la gamme de composition de l'UNS S31803 et de l'UNS S32205. Il convient de noter que, par rapport \u00e0 la norme S31803, outre l'augmentation de la teneur minimale en azote, les teneurs minimales en chrome et en molybd\u00e8ne<\/a> a \u00e9galement augment\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

\n\n \n \n <\/tr>\n \n \n \n \n
Table de composition de 2205 duplex en acier inoxydable<\/td>\n <\/tr>\n
UNS<\/td>\n Gamme de composition chimique \/% (maximum)<\/td>\n <\/tr>\n
C<\/td>\n Mn<\/td>\n P<\/td>\n S<\/td>\n Si<\/td>\n Cr<\/td>\n Ni<\/td>\n Mo<\/td>\n N<\/td>\n <\/tr>\n
S31803<\/td>\n 0.030 <\/td>\n 2.000 <\/td>\n 0.030 <\/td>\n 0.020 <\/td>\n 1.000 <\/td>\n 21.0~23.0<\/td>\n 4.5~6.5<\/td>\n 2.5~3.5<\/td>\n 0.08~0.20<\/td>\n <\/tr>\n
S32205<\/td>\n 0.030 <\/td>\n 2.000 <\/td>\n 0.030 <\/td>\n 0.020 <\/td>\n 1.000 <\/td>\n 22.0~23.0<\/td>\n 4.5~6.5<\/td>\n 3.0~3.5<\/td>\n 0.14~0.20<\/td>\n <\/tr>\n<\/table>\n

Tableau 1<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

La figure 1 montre la microstructure de l'acier forg\u00e9 conforme \u00e0 la composition de l'UNS S31803 mais pas \u00e0 la composition de l'UNS S32205, et la r\u00e9partition des \u00e9l\u00e9ments d'alliage entre la phase ferrite et la phase aust\u00e9nite. Pour le S32205, la teneur en azote de 0,12% est trop faible. <\/p>\n\n\n\n

Sur la figure 1 (a), la ferrite est d'un gris plus fonc\u00e9, tandis que l'aust\u00e9nite est presque blanche. On peut voir sur la figure que la phase ferrite est riche en chrome et molybd\u00e8ne et la phase aust\u00e9nite est riche en nickel et en azote.<\/p>\n\n\n

\n
\"Microstructure
Figure 1 : Microstructure et distribution \u00e9l\u00e9mentaire de UNS S31803<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

En particulier, la teneur en chrome dans la ferrite est d'environ 25% et seulement de 20% dans l'aust\u00e9nite, comme le montre la figure 1 (b). La teneur en molybd\u00e8ne dans la ferrite est d'environ 3,5%, dans l'aust\u00e9nite La teneur en molybd\u00e8ne n'est que de 2,5%, comme le montre la figure 1 (d). La teneur en nickel dans l'aust\u00e9nite est de 7,5%, et elle est d'environ 5% dans la ferrite. Voir figure 1 (c), la teneur en azote dans l'aust\u00e9nite est d'environ 0,3%, et est nulle dans la ferrite, comme le montre la figure 1 (e). <\/p>\n\n\n\n

La r\u00e9partition des phases est fondamentalement \u00e9quilibr\u00e9e. L'acier \u00e9tant un produit lamin\u00e9 \u00e0 chaud, la structure est en forme de bande.<\/p>\n\n\n

\n
\"Microstructure
Figure 2 : Microstructure et distribution des \u00e9l\u00e9ments des soudures GTA auto-fondantes de l'UNS S31805<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Par rapport \u00e0 la figure 1, la figure 2 montre la microstructure et la distribution des \u00e9l\u00e9ments d'alliage de la zone de fusion de la soudure GTA auto-fondante de UNSS31803, qui est la m\u00eame que le mat\u00e9riau de la figure. 1.<\/p>\n\n\n\n

Il est difficile de voir le mod\u00e8le de distribution des \u00e9l\u00e9ments d'alliage sur les Fig. 2 (b), 2 (c) ou 2 (d) similaire \u00e0 la distribution de phase de la figure 2 (a). Cependant, la distribution d'azote indique que la concentration d'azote dans les paillettes d'aust\u00e9nite autour des joints de grains de ferrite est plus \u00e9lev\u00e9e que celle dans les grains de ferrite. Cela peut \u00eatre d\u00fb au temps suffisant pour que l'azote dans ces r\u00e9gions diffuse dans l'aust\u00e9nite sur les joints de grains de ferrite, ce qui fait que la r\u00e9gion \u00e0 c\u00f4t\u00e9 de la plaque d'aust\u00e9nite ne contient pratiquement pas d'azote, comme le montre la figure 2 (e).<\/p>\n\n\n\n

\u00c0 l'int\u00e9rieur des grains de ferrite, l'azote est bloqu\u00e9, il n'y a aucune chance de p\u00e9n\u00e9trer dans l'aust\u00e9nite et il pr\u00e9cipite sous forme de nitrure de chrome, ce qui est clairement visible, comme le montre la figure 2 (a). Pour la zone de fusion, la combinaison de gros grains de ferrite et de pr\u00e9cipit\u00e9s de nitrure de chrome est tr\u00e8s pr\u00e9judiciable \u00e0 la t\u00e9nacit\u00e9 et \u00e0 la r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion de la zone de fusion.<\/p>\n\n\n

\n
\"Microstructure
Figure 3 : Microstructure et distribution des \u00e9l\u00e9ments des soudures GTA auto-fondantes de UNS S32205<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

En effet, comme mentionn\u00e9 pr\u00e9c\u00e9demment, 100% de la solidification dans la zone de fusion est de la ferrite. Ensuite, lorsque la transformation en aust\u00e9nite commence, la diffusion est n\u00e9cessaire.<\/p>\n\n\n\n

\u00c9tant donn\u00e9 que le chrome, le nickel et le molybd\u00e8ne sont des \u00e9l\u00e9ments de remplacement, ils diffusent relativement lentement \u00e0 l'\u00e9tat solide, de sorte qu'ils ne peuvent pas atteindre une r\u00e9partition \u00e9quilibr\u00e9e entre la ferrite et l'aust\u00e9nite dans des conditions normales de refroidissement du soudage. L'azote est un \u00e9l\u00e9ment interstitiel et sa vitesse de diffusion est environ 100 fois plus rapide que celle de l'\u00e9l\u00e9ment de remplacement. En cons\u00e9quence, il a plus de capacit\u00e9 \u00e0 entrer dans l'aust\u00e9nite, bien que la composition ne soit pas compl\u00e8tement entr\u00e9e comme le montre la Fig. 2.<\/p>\n\n\n\n

Dans les mat\u00e9riaux contenant de l'azote 0,12%, la partie la plus chaude de la ZAT se comporte de la m\u00eame mani\u00e8re que le m\u00e9tal fondu. En particulier, il est compos\u00e9 de ferrite 100% puis se transforme en partie en aust\u00e9nite \u00e0 l'\u00e9tat solide. Par cons\u00e9quent, il est plus enclin \u00e0 former de gros grains de ferrite et des flocons d'aust\u00e9nite form\u00e9s le long des joints de grains de ferrite d'origine.<\/p>\n\n\n\n

La figure 3 montre la microstructure et la distribution des \u00e9l\u00e9ments d'alliage dans la zone de fusion GTA lorsque la teneur en azote de l'alliage 2205 est sup\u00e9rieure \u00e0 la teneur en azote indiqu\u00e9e sur la figure 2 et respecte les limites de composition des normes UNS S31803 et S32205.<\/p>\n\n\n\n

La teneur en azote du m\u00e9tal d\u00e9pos\u00e9 sur la figure 3 est plus \u00e9lev\u00e9e (la teneur en azote est de 0,18%, alors que la teneur en azote de la figure 2 est de 0,12%), ce qui modifie consid\u00e9rablement la microstructure apr\u00e8s soudage. En particulier, on peut clairement voir sur la figure 3 (a) qu'il se forme plus d'aust\u00e9nite que l'aust\u00e9nite form\u00e9e sur la figure 2 (a), et l'aust\u00e9nite est dispers\u00e9e \u00e0 travers l'ensemble des grains de ferrite au lieu d'\u00eatre principalement limit\u00e9e au fer. Joint de grain du corps de l'\u00e9l\u00e9ment. Par rapport \u00e0 la fig. 2 (a), la pr\u00e9cipitation du nitrure de chrome n'est pas visible sur la Fig. 3 (a). Au lieu de cela, tout l'azote p\u00e9n\u00e8tre dans l'aust\u00e9nite, comme le montre la figure 3 (e). De plus, sur les figures 3 (b) et (d), une petite distribution de chrome et de molybd\u00e8ne est clairement visible dans cette r\u00e9gion. Grains de ferrite primaire.<\/p>\n\n\n\n

En raison de la teneur en azote plus \u00e9lev\u00e9e de cet \u00e9chantillon, la formation d'aust\u00e9nite peut commencer \u00e0 des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es que les alliages 0,12% N, et comme la diffusion et la transformation commencent \u00e0 des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es, le molybd\u00e8ne et le chrome peuvent diffuser plus rapidement, la diffusion prendra plus de temps. On peut \u00e9galement voir sur la figure 3 (a) que les paillettes d'aust\u00e9nite form\u00e9es sur la totalit\u00e9 des grains de ferrite d'origine ont bris\u00e9 les gros grains de ferrite d'origine. Comme les grains de ferrite d'origine sont bris\u00e9s en petits grains par les bandes d'aust\u00e9nite internes, la t\u00e9nacit\u00e9 est am\u00e9lior\u00e9e. Et parce qu'aucun nitrure de chrome n'est pr\u00e9cipit\u00e9, la r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion est am\u00e9lior\u00e9e. Il en est de m\u00eame dans la partie \u00e0 haute temp\u00e9rature de la zone affect\u00e9e thermiquement. De cette fa\u00e7on, on peut conclure que UNSS32205 avec une teneur en azote plus \u00e9lev\u00e9e dans la figure 3 est nettement meilleur que UNS S31803 avec une teneur en azote plus faible dans la figure 2.<\/p>\n\n\n\n\n \n \n <\/tr>\n \n \n \n \n
La composition limite de l'alliage 2550<\/td>\n <\/tr>\n
UNS<\/td>\n Gamme de composition chimique \/% (maximum)<\/td>\n <\/tr>\n
C<\/td>\n Mn<\/td>\n P<\/td>\n S<\/td>\n Si<\/td>\n Cr<\/td>\n Ni<\/td>\n Mo<\/td>\n N<\/td>\n Cu<\/td>\n <\/tr>\n
S32550<\/td>\n 0.040 <\/td>\n 1.500 <\/td>\n 0.035 <\/td>\n 0.030 <\/td>\n 1.000 <\/td>\n 24.0~27.0<\/td>\n 4.5~6.5<\/td>\n 2.9~3.9<\/td>\n 0.10~0.25<\/td>\n 1.50~2.50<\/td>\n <\/tr>\n
S32520<\/td>\n 0.030 <\/td>\n 1.500 <\/td>\n 0.030 <\/td>\n 0.020 <\/td>\n 0.800 <\/td>\n 24.0~26.0<\/td>\n 5.5~8.0<\/td>\n 3.0~4.0<\/td>\n 0.20~0.35<\/td>\n 0.50~2.00<\/td>\n <\/tr>\n<\/table>\n

Tableau 2<\/p>\n\n\n\n

Il est clair que UNS S31803 ne convient pas comme m\u00e9tal de base pour une utilisation apr\u00e8s soudage, et UNS S32205 doit \u00eatre utilis\u00e9. Parmi les aciers inoxydables duplex, UNS S31803 n'est pas le seul m\u00e9tal de base qui ne convient pas au soudage des structures. Il en va de m\u00eame pour l'alliage 255, qui est un composant de l'UNS S32550. Le tableau 2 compare la composition des UNSS32550 et UNSS32520 utilis\u00e9s pour le surfa\u00e7age. La composition est g\u00e9n\u00e9ralement la m\u00eame. Cependant, la teneur minimale en azote de l'UNS S32520 est sup\u00e9rieure \u00e0 celle de l'UNS S32550. De toute \u00e9vidence, UNS S32520 est plus adapt\u00e9 aux applications post-soudage. De plus, UNSS32550 peut \u00e9galement \u00eatre utilis\u00e9, mais la teneur en azote de la composition de l'acier doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9e \u00e0 la limite sup\u00e9rieure.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Apport de chaleur de soudage d\u00e9raisonnable<\/h4>\n\n\n\n

La vision traditionnelle de l'apport de chaleur de soudage est que lors du soudage d'acier inoxydable duplex avec une teneur en chrome 22%, l'apport de chaleur doit \u00eatre limit\u00e9 \u00e0 0,5 2,5kJ \/ mm, et lors du soudage d'acier inoxydable super duplex avec une teneur en chrome 25%, l'apport de chaleur doit \u00eatre limit\u00e9 \u00e0 0,5 ~ 1,5 kJ \/ mm. <\/p>\n\n\n\n

Lorsqu'un apport de chaleur inf\u00e9rieur est utilis\u00e9, m\u00eame pour les aciers duplex \u00e0 haute teneur en azote, l'aust\u00e9nite est refroidie \u00e0 une vitesse tr\u00e8s rapide. La formation est \u00e9galement insuffisante. Lorsqu'un apport de chaleur plus \u00e9lev\u00e9 (> 1,5 kJ) est utilis\u00e9, dans des conditions de refroidissement lent, les compos\u00e9s interm\u00e9talliques ont tendance \u00e0 pr\u00e9cipiter dans la ferrite. Par rapport \u00e0 l'acier inoxydable duplex 22% Cr, la tendance de l'acier inoxydable super duplex 25% Cr est plus \u00e9vidente.<\/p>\n\n\n

\n
\"\"
Figure 4<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

La figure 4 montre la microstructure du m\u00e9tal fondu pr\u00e8s de l'\u00e9paisseur moyenne de l'\u00e9chantillon. Il existe un grand nombre de pr\u00e9cipit\u00e9s angulaires dans la ferrite seule. Cependant, il n'a pas \u00e9t\u00e9 d\u00e9termin\u00e9 exactement quel \u00e9tait le pr\u00e9cipit\u00e9. Notre conclusion est que les pr\u00e9cipit\u00e9s ont \u00e9t\u00e9 g\u00e9n\u00e9r\u00e9s par chauffage r\u00e9p\u00e9t\u00e9 pendant douze passages de l'\u00e9prouvette.<\/p>\n\n\n\n

Le fonctionnement normal lors du soudage d'aciers inoxydables duplex, en particulier de tuyaux en acier inoxydable super duplex, est que l'apport de chaleur au niveau du cordon de racine est sup\u00e9rieur au cong\u00e9 d'origine. L'utilisation de cordon de racine d'une \u00e9paisseur d'environ 6 mm est assez bonne.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Traitement thermique apr\u00e8s soudage d\u00e9raisonnable<\/h4>\n\n\n\n

Si les pi\u00e8ces moul\u00e9es soud\u00e9es ou les t\u00eates soud\u00e9es n\u00e9cessitent un traitement post-soudure traitement thermique<\/a>L'utilisation de m\u00e9taux d'apport riches en nickel, couramment utilis\u00e9s, associ\u00e9e \u00e0 l'utilisation de temp\u00e9ratures de recuit d\u00e9raisonnables qui r\u00e9pondent aux sp\u00e9cifications du m\u00e9tal de base, am\u00e8nera les fabricants d'acier inoxydable duplex \u00e0 commettre une autre erreur (pour l'acier inoxydable duplex, la teneur en nickel est g\u00e9n\u00e9ralement de 9%, d'autres sont similaires aux m\u00e9taux d'apport).<\/p>\n\n\n\n

L'exigence g\u00e9n\u00e9rale est de recuit \u00e0 une temp\u00e9rature minimale de 1040 \u00b0 C puis de tremper \u00e0 l'eau \u00e0 partir de la temp\u00e9rature de recuit. Parce que les gens ne savent pas que la phase est presque toujours form\u00e9e dans l'acier inoxydable duplex pendant le chauffage \u00e0 la temp\u00e9rature de recuit, et plus la teneur en nickel augmentera la temp\u00e9rature de la phase de solution solide de la phase . Dans ce cas, le m\u00e9tal d'apport riche en nickel est dangereux.<\/p>\n\n\n

\n
\"\"
Figure 5<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

La figure 5 r\u00e9alis\u00e9e par Grobner montre l'effet du nickel sur la temp\u00e9rature de la phase en solution solide de la phase de l'alliage 25% Cr-3.5% Mo.<\/p>\n\n\n\n

Bien que l'alliage utilis\u00e9 pour dessiner ce diagramme ne contienne pas d'\u00e9l\u00e9ments d'alliage tels que le mangan\u00e8se, le silicium et l'azote, il est pratique pour les gens de comprendre l'effet du nickel dans la nature. Il montre clairement que la temp\u00e9rature de la phase de solution solide de la phase augmente avec l'augmentation de la teneur en nickel. En particulier, la temp\u00e9rature de ligne de phase de solution solide en phase du m\u00e9tal fondu contenant 9% Ni sera d'au moins 50 \u00b0C sup\u00e9rieure \u00e0 la temp\u00e9rature de ligne de phase de solution solide de phase du m\u00e9tal de base adapt\u00e9 contenant 5% Ni.<\/p>\n\n\n\n

Conclusion<\/h3>\n\n\n\n

La pratique a prouv\u00e9 que l'acier inoxydable duplex, y compris l'acier inoxydable super duplex, a de bonnes performances de soudage et est un mat\u00e9riau d'ing\u00e9nierie tr\u00e8s important.<\/p>\n\n\n\n

Cependant, en raison de la n\u00e9gligence et de l'ignorance, certaines erreurs peuvent \u00eatre commises. Afin que la zone affect\u00e9e thermiquement et le m\u00e9tal de soudure aient de bonnes performances, il convient d'utiliser un m\u00e9tal de base avec une teneur \u00e9lev\u00e9e en azote d'au moins 0,14% d'azote. Sinon, une grande quantit\u00e9 de ferrite et de nitrure de chrome sera pr\u00e9cipit\u00e9e dans la zone affect\u00e9e thermiquement, ce qui endommagera la r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion et les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques.<\/p>\n\n\n\n

Afin d'\u00e9viter la pr\u00e9cipitation d'acier inoxydable super duplex dans la zone de chauffage r\u00e9p\u00e9t\u00e9e, l'utilisation d'une grande quantit\u00e9 d'apport de chaleur faible et de petits cordons doit \u00eatre \u00e9vit\u00e9e. Et lors du soudage de tuyaux en acier inoxydable duplex et super duplex, pour \u00e9viter les pr\u00e9cipitations sur la surface interne du tuyau, le cordon de racine doit utiliser un apport de chaleur plus \u00e9lev\u00e9 (sup\u00e9rieur \u00e0 1kJ\/mm), qui est sup\u00e9rieur \u00e0 l'apport de chaleur du quelques premi\u00e8res soudures continues.<\/p>\n\n\n\n

Le recuit post-soudage de l'acier inoxydable duplex soud\u00e9 doit tenir compte du fait que la temp\u00e9rature de la phase du m\u00e9tal fondu qui dissout le m\u00e9tal fondu riche en nickel est plus \u00e9lev\u00e9e que celle du m\u00e9tal de base.<\/p>\n\n\n\n

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