Essais de fissuration à froid appliqués aux métaux d'apport inoxydables martensitiques 410NIMO

• Main Author: Paquin, Mathieu
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2014
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/1307/1/PAQUIN_Mathieu.pdf; http://espace.etsmtl.ca/1307/2/PAQUIN_Mathieu%2Dweb.pdf

Les aciers inoxydables martensitiques représentent, depuis quelques années, un matériau de choix pour la fabrication de pièces mécaniques, notamment les turbines hydroélectriques. Le développement de ces alliages, notamment de type 13%Cr-4%Ni, a mené à l’élaboration de nuances à très bas taux de carbone, leur conférant une bonne soudabilité. L’assemblage de ces pièces, fait par soudage autogène, demande l’utilisation de produits d’apports d’aciers inoxydables martensitiques à basse température de transformation de phase tels que le 410NiMo. Ces produits sont aussi utilisés pour l’assemblage par soudage hétérogène de pièces d’aciers sensibles à la fissuration à froid. La transformation de l’austénite en martensite se produisant à basse température, les contraintes résiduelles apparaissant suite à l’opération de soudage monopasse sont différentes de celles normalement retrouvées lors du soudage des aciers et réduisent les risques de fissuration. Par contre, l’expérience industrielle montre qu’en situation de soudage multipasses, les risques de fissuration à froid sont tout de même présents. Ce projet avait pour but la détermination d’un essai de fissuration permettant d’évaluer la sensibilité à la fissuration à froid des produits d’apports inoxydables de type 410NiMo en fonction du mode opératoire de soudage, en situation de soudage autogène. La littérature contient beaucoup d’informations concernant le phénomène de fissuration à froid. Pour que ce phénomène se produise, trois conditions doivent être présentes simultanément. Ces conditions sont : une microstructure fragile, un taux d’hydrogène diffusible élevé et des contraintes résiduelles importantes. Or, il semble que malgré le faible taux massique de carbone (0.022%C) et du faible taux d’hydrogène diffusible (< 3 ml/100g) du produit d’apport, les risques de fissuration à froid restent présents lors de dépôts multipasses. L’utilisation d’essais de fissuration a été nécessaire afin d’évaluer la sensibilité à la fissuration de l’acier inoxydable martensitique. En préambule, des essais Tekken et GBOP ont été faits afin de déterminer celui permettant d’obtenir les résultats les plus représentatifs de la réalité industrielle. Ensuite, ils ont été modifiés afin d’inverser la contrainte de compression dans le cordon d’essai en tension par l’ajout d’une deuxième soudure. Cette inversion se produit lors du soudage multipasses et a été identifié comme étant un facteur important dans l’apparition du phénomène de fissuration. Les résultats issus de ces essais et présentés dans ce document montrent que l’essai Tekken n’est pas adapté aux aciers à basse température de transformation. Il a aussi été démontré que l’essai GBOP avec deux soudures juxtaposées donnait des résultats qui concordent avec les observations faites en milieu industriel. La seconde étape du projet consistait à étudier l’essai de fissuration retenu. Des essais d’émission acoustique ont été faits durant le soudage et le refroidissement de l’essai GBOP. Ces essais ont été menés dans le but de détecter le moment où la fissuration de l’éprouvette se produisait et de valider la méthode d’inspection. Cette inspection se fait suite à la séparation de l’éprouvette, par l’observation du faciès de rupture. Habituellement, les zones clivées de ce faciès peuvent être associées au phénomène de fissuration à froid tandis que les zones plus ductiles sont associées à la séparation de l’éprouvette. Grâce à ces essais, il a été possible de valider cette affirmation. Ensuite, la pertinence de l’ajout d’une deuxième soudure a été validée par l’étude des contraintes résiduelles par la méthode des contours. Il a été possible d’observer une zone de tension dans le premier cordon, favorisant la fissuration de l’éprouvette. Finalement, quelques séries d’essais ont été faites avec différents produits d’apports afin de confirmer que l’utilisation de l’essai GBOP modifié pour les produits d’apport 13%Cr-4%Ni était adéquate. L’étude fractographique de quelques résultats a aussi été faite.