Métallurgie du soudage des aciersP.ROGUIN

Étude de cas MA2

1. Déterminer la constitution de la zone fondue que l'on obtiendrait en utilisant un métal d'apport de composition chimique identique à celle du métal de base.

Avec un métal de base X5CrNi18-10 (304), la constitution ZF que l'on obtiendrait en utilisant un MA identique s'établit à partir des formules d'équivalent Cr et Ni de ESPY (puisque présence d'un peu d'azote) :

Eq. Cr = %Cr + %Mo +1,5 × (%Si) + 0,5 × (%Nb) + 5 × (%V) + 3 × (%Al) = 18,35Eq. Ni = %Ni + 30 × (%C) + 0,87 + 0,33 × (%Cu) + 30 × (%N – 0,045) = 13,1

Placé sur le diagramme de SCHAEFFLER qui suit, la structure de la ZF est 100% austénitique.

2. Indiquer le (ou les) risques d'origine métallurgique que présenterait cet assemblage.

Les risques de l'assemblage dont le métal de base est austénitique sont :

– Fissuration à chaud– Corrosion intergranulaire

3. Listez succinctement les causes et les facteur du (ou des) risque(s) encourus

Fissuration à chaud Corrosion intergranulaireFacteurs – présence d'impuretés (S+P)

– structure 100% austénitique– déformations de retrait– paramètres de soudage (influent sur

la forme du bain, rapport l/h)

– formation de Cr23C6 aux JdG entre 500-900°C

– Appauvrissement de Cr aux JdG donc localement en surface

– Pas de couche protectrice Cr en surface

Solutions – MA à faible teneur en Ni (<4%)– MA procurant 5 à 10% de ferrite δ

qui dissout 4 fois plus de soufre. – MB à faible teneur en impuretés

(S+P+B < 0,015%) élaborés sous vide.

– Stabilisation au Ti ou Nb (plus carburigène que Cr qui piègent le C)

– utiliser MB à bas carbone (C< 0,03%)

– refaire hypertrempe après soudage

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4. Si le métal de base employé ne convient pas, choisissez une nuance qui conviendrait parmi les métaux de base de remplacement proposés

On choisit une nouvelle nuance d’acier inoxydable avec des caractéristiques mécaniques permettant de garantir au moins celle de la nuance X5CrNi18-10 :

– Rp0,2 = 210 MPa mini (20°C) et KV (20°C) = 60 J

La nuance X2CrNiN18-10 est bien appropriée :

– Rp0,2 = 270 MPa (20°C) et KV (20°C) = 60 J– Cette nuance est à bas carbone C = 0,02% ce qui permet de s’affranchir des risques de

corrosion intergranulaire.– Les niveau d’impuretés (S+P) sont bien plus bas que ceux de la nuance X5CrNi18-10, d’où

une sensibilité moins importante face à la fissuration à chaud.

On choisi donc la 4ème nuance X2CrNiN18-10 que l'on conserve pour la suite de l'exercice.

Synthèse des MB potentiels

# Nuance Eq. Cr (%) Eq. Ni (%) Formule Risque Re et KV ?1 X5CrNi18-10 18,35 13,1 ESPY FAC+CI MB Actuel2 X2CrNi19-11 19,62 14,27 ESPY FAC+CI Insuffisants3 X6CrNiNb18-10 17,95 12,62 ESPY FAC+CI Insuffisants4 X2CrNiN18-10 19,05 14 ESPY FAC+CI Acceptable5 X30Cr13 13 8,9 SCHAEFFLER FAF Non garanties6 X6Cr17 19,2 2,2 SCHAEFFLER GG Non garanties

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Légende– FAC : Fissuration à chaud– CI : Corrosion intergranulaire– FAF : Fissuration à froid– GG : Grossissement de grain

5. Parmi les métaux d'apport disponibles, déterminez celui qui est le plus approprié pour réaliser la première passe (passe de pénétration), sachant que le teneur en ferrite maximal admissible en zone fondue est de 10%

Dilution en première passe

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Par dénombrement, on trouve une dilution D :

D= 1201064,561

=0,49

Soit environ D = 50 %

Choix du métal d'apport

– On élimine les nuances de métaux d’apport qui ne sont pas à « bas carbone » car on cherche à limiter la sensibilisation à la corrosion intergranulaire : nuances 25-20 et 29-10 éliminés

– Les nuances de métaux d’apport ne permettant pas de garantir une énergie de rupture à la flexion par choc de 60 J à 20°C ne sont pas adaptées à la réalisation de la sphère : nuances 20-8-3 et 18-17-5 éliminées.

Il reste alors les nuances 308L et 309L que l'on place sur le diagramme de SCHAEFFLER qui suit.On recherche, avec D = 50% et ferrite < 10%, à obtenir Eq. Ni <15% et Eq. Cr < 25%. Soient :

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La première passe effectuée avec un 309L donne une constitution de zone fondue composée de moins de 10% de ferrite. Cependant, elle présente un risque de fragilisation par formation d’une phase sigma lors d’un éventuel TTAS.

La première passe effectuée avec le 308L permet d’obtenir une zone fondue qui ne présente pas de risque métallurgique. De plus, la zone fondue sera composée de moins de 10% de ferrite.

On retient donc le métal d'apport 308L

Synthèse des MA potentiels

# Nuance Eq. Cr (%) Eq. Ni (%) Convient ?A 25-20 28 26,5 Non, Carbone > 0,03%. Corrosion intergranulaireB 309L 25 14 Non, formation de phase σC 308L 20 11,5 Oui, convientD 29-10 31 17 Non , Carbone > 0,03%. Corrosion intergranulaireE 20-8-3 24 10 Non, KCV < 60JF 18-17-5 23 22 Non, aucun garantie de KCV

6. Donnez votre avis sur l'emploi de ce métal d'apport pour les passes suivantes (remplissage) sachant que la dilution des passes de remplissage est comprise entre 0 et 20%

La dilution va réduire à chaque passe, la zone fondue sera donc de plus en plus proche de celle du métal d’apport 308L. Ce métal présente une zone fondue avec moins de 10 % de ferrite.

Il n’y a donc pas de contre-indications à l’emploi du 308L pour les passes de remplissage.

Rappel des compositions de MA et MB

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