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Tenue a la corrosion des assemblages soudes

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Tenue a la corrosion des assemblages soudes

  1. 1. ÉCOLE SUPÉRIEURE DU SOUDAGE ET DE SES APPLICATIONS - 85ÈME PROMOTION TENUE À LA CORROSION DES ASSEMBLAGES SOUDÉS DUPLEX ET SUPER-DUPLEX Présenté par : EL CORDAHI Gaby Date : vendredi 22 avril 2016 Nombre de pages : 69
  2. 2. FRIEDLANDER - Département international Rapport de stage en entreprise EL CORDAHI Gaby – ESSA 85 Page 2 de 69 INFORMATION SUR LE STAGIAIRE : Nom : EL CORDAHI Prénom : Gaby Statut : Étudiant à l’ESSA – 85ème Promotion Formation : Ingénieur Mécanicien (2013) E-mail : gabycordahi@hotmail.com ENTREPRISE D’ACCUEIL : Nom : Groupe ORTEC Website : www.ortec.fr Adresse : Parc de Pichaury550 rue Pierre Berthier 13799 AIX-EN-PROVENCE CEDEX Service : Service Qualité Internationale INFORMATION SUR LE TUTEUR DU STAGE : Nom : ALICHE Prénom : Christian Position : Responsable du département qualité international E-Mail : christian.aliche@ortec.fr Nom : AMADU Prénom : Loïc Position : Ingénieur soudeur E-Mail : loic.amadu@ortec.fr SUJET DE STAGE : Soudage des duplex et super-duplex : analyse de la tenue à la corrosion des assemblages de qualification; adéquation des énergies de soudage, gaz de protection et évolution des consommables de soudage. PERIODE DU STAGE : Début : Lundi 22 Février 2016 Fin : Vendredi 22 Avril 2016 Période : 9 semaines
  3. 3. FRIEDLANDER - Département international Rapport de stage en entreprise EL CORDAHI Gaby – ESSA 85 Page 3 de 69 RESUMÉ Les aciers inoxydables austéno-ferritiques sont employés dans l’industrie pour leur intérêt économique, leur bonne tenue mécanique et leur résistance à la corrosion. Ces derniers évoluent avec les techniques d’élaboration de l’acier qui nous permettent d’exploiter des nuances encore plus nobles et plus chargées en éléments d’addition. La problématique réside dans le soudage de cette famille d’aciers inoxydables. Plus particulièrement, dans le maintien de l’équilibre des phases ferrite (δ) et austénite (γ) dans la zone fondue et dans la zone affectée thermiquement. Le procédé, la préparation des bords, l’épaisseur, l’énergie de soudage, la vitesse de refroidissement, la température entre passes, la dextérité du soudeur (si soudage manuel), le taux de dilution, la composition chimique du métal de base / d’apport et la composition des gaz de protection (endroit et envers) sont des variables fondamentales à la morphologie des phases et leurs caractéristiques dans la soudure. Plus l’alliage est chargé en éléments d’addition, plus les conditions de soudage doivent être strictes et le contrôle exigeant. D’un point de vue chimique, l’addition de l’azote dans le gaz de protection permet de compenser sa volatilisation lors du soudage et donc de maintenir un PREN stable des phases développées. L’ajout du nickel dans le métal d’apport, en proportion supérieure à celle du métal de base (2 à 4%), favorise la formation de l’austénite primaire malgré les vitesses de refroidissement rapides. La formation de l’austénite primaire permet de s’éloigner le moins possible de la répartition des phases optimale et de conserver au mieux les caractéristiques mécaniques et la tenue à la corrosion. Toutefois, ces additions doivent être correctement exploitées par des conditions de soudage favorables. Si ce n’est pas le cas, la précipitation de composé de seconde phase (l’austénite secondaire) sera le signe d’une mauvaise répartition des éléments d’alliage au sein des deux phases et d’une hétérogénéité chimique à la base de la dégradation de la résistance à la corrosion. D’un point de vue opératoire, le contrôle adéquat des énergies de soudage est nécessaire. Une attention particulière doit être portée sur le soudage de la passe de pénétration, massive et à faible dilution, et la passe de soutien plus fine. Les séquences de soudage doivent aussi être optimisées pour maîtriser au mieux les variations des cycles thermiques en soudage multi-passes et les transformations qui en résultent dans les zones affectées par la chaleur (zone affectée thermiquement et passes réchauffées). D’un point de vue général, pour le soudage des nuances super-duplex, un préchauffage peut être bénéfique pour le soudage des premières passes sur des fortes épaisseurs afin de ralentir la vitesse de refroidissement et autoriser la diffusion des éléments d’addition. De plus, l’automatisation du procédé de soudage est conseillée puisqu’elle permet un contrôle strict de l’apport d’énergie en fonction de la position de soudage (contrôle du volume des passes et de la quantité du métal d’apport). Mots-clés : Aciers inoxydables austéno-ferritiques ; Austénite (γ) ; Austénite secondaire (γ2) ; Azote ; Corrosion ; Diffusion ; Duplex ; Énergie de soudage, Ferrite (δ) ; Gaz de protection ; Métallurgie; Nickel ; Nitrures ; Piqûre ; Précipitation ; PREN ; Répartition ; Super-duplex, TIG
  4. 4. FRIEDLANDER - Département international Rapport de stage en entreprise EL CORDAHI Gaby – ESSA 85 Page 4 de 69 SUMMARY (EN) Duplex and super-duplex stainless steels are widely used in the oil & gas industry. Their popularity is due to the fact that they offer good mechanical and pitting corrosion resistance properties. Today, the improvement of the steel making process makes it possible to have superior grades. Nevertheless, welding of such “noble” materials is a delicate issue. In fact, the problem lies in maintaining equilibrium between the ferrite (δ) and austenite (γ) phases in the weld metal and heat-affected zones. Welding process, joint preparation, welded thickness, welding energy, weld cooling speed, inter-pass temperature, welding technique (manual welding), dilution, chemical composition of the weld metal and composition of the shielding gas are all essential variables that directly influence the shape and characteristics of the phases that develop in the weld. The monitoring of theses variables becomes more delicate when dealing with increasing steel grades. The use of nitrogen in the shielding gas compensates the nitrogen losses in the weld and base metals that are caused by volatilization at high temperatures, hence improving the weld’s PREN. The addition of nickel in the filler metal, 2 to 4 % higher than that of the base metal, stabilizes the austenite formation despite the fast cooling speed of the deposited weld metal. The nucleation of primary austenite makes it possible to achieve phase equilibrium not far from the optimal range that grantees good mechanical and corrosion resistance properties. Nevertheless, the addition of both nitrogen and nickel should be carefully employed along with appropriate welding parameters. If not the case, the precipitation of secondary austenite takes place, as a result of an inappropriate element partitioning among the phases, leads to a decrease in the pitting corrosion resistance of the weld. Furthermore, a strict control of welding parameters must be met. Especially when it comes to the welding the root pass on thick-walled assemblies. The root pass shall be high in volume but low in dilution and the following pass shall be thin (“cold pass”). The welding sequence shall be also optimized to control the variations of the heat gradient that affects the work piece in multi-pass welding (heat affected zones and reheated passes). In general, when it comes to super-duplex stainless steels, a preheating is beneficial for the welding of the root pass in order to decrease the cooling rate and promote appropriate element partitioning between the phases. The use of an automated welding process is also recommended because it will allow the control of the welding energy in function of the welding position (subsequently the volume of the deposited weld bead). Key words: Austenite (γ); Corrosion; Diffusion; Duplex; Ferrite (δ); Metallurgy; Nickel; Nitrides; Nitrogen; Partitioning; Pitting; Precipitation; PREN; Secondary austenite (γ2); Shielding gas; Stainless steels; Super- duplex; TIG; Welding energy.

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