Influence des traitements thermiques à haute température sur l'évolution de la texture et de la microstructure des soudures d'acier inoxydable duplex 2205

Abstract

Ce travail traite de l’évolution de la texture et de la microstructure dans les soudures d’acier inoxydable duplex 2205 traitées thermiquement. L'analyse microstructurale a montré que la ZAT est caractérisée par une forte teneur en ferrite alors que le centre du métal fondu contient plus d’austénite. Les traitements thermiques effectués dans le domaine 800-1000°C ont causé la précipitation de la phase σ et des carbures de chrome M23C6 aux interfaces γ / δ qui sont les sites privilégiés de germination. Au-delà de 1050°C la fraction volumique de la ferrite augmente avec la température. Les propriétés mécaniques optimales du joint soudé sont obtenues suite à un traitement d'hypertrempe à 1050 °C pendant 1h. Le passage de la température d'hypertrempe de 1050 à 1250 °C retarde la précipitation de la phase σ et favorise celle de l'austénite secondaire γ2. L’étude de la cinétique de précipitation de la phase σ dans les différentes zones de la soudure montre que celle-ci suit le modèle modifié de JMA. Les résultats obtenus montrent une dépendance significative de la précipitation de la phase σ par rapport à la température d’hypertrempe. L'analyse par EBSD de la texture cristallographique du métal fondu a permis de déterminer la relation d’orientation exacte entre l'austénite et la ferrite comme étant une rotation de 44.2° autour d’un axe <0.16, 0.16, 0.97>. La texture du métal de base reste quasiment stable suite à l’opération de soudage et aux traitements thermiques effectués au moment où une petite dispersion vient perturber légèrement la relation d’orientation dans le métal fondu. L’objectif de cette thèse est d'étudier l’évolution de la microstructure et de la texture dans les soudures de l’acier inoxydable duplex 2205 et de mettre en évidence l’effet des traitements thermiques sur ces deux caractéristiques. Nous avons, pour cela, divisé ce travail en trois parties: La première partie est consacrée à l’étude bibliographique dans laquelle on présente les aciers inoxydables duplex, leur évolution structurale et les différents phénomènes de précipitation rencontrés et on fait un bref rappel sur la théorie de germination en phase solide dans les matériaux polycristallins; on présente ensuite les aspects liés à la métallurgie de soudage de ces aciers, leur mode de solidification et les diverses transformations de phase qui se produisent à l’état solide. On termine cette partie par une étude des différents types de textures développées dans ces aciers. Dans la seconde partie nous présentons les techniques d’observation et d’analyse que nous avons choisies pour notre étude. Le matériau étudié est présenté, avec sa composition chimique et ses caractéristiques mécaniques. Une brève description du principe de chaque technique est donnée. La troisième partie consacrée aux résultats expérimentaux rassemble les études relatives à: • La microstructure obtenue après soudage et différents traitements d’hypertrempe: à l’issue de cette étude l’équilibre γ/δ et son influence sur les propriétés mécaniques sont évalués et une température de traitement thermique donnant des propriétés mécaniques optimales est déduite. • La cinétique de précipitation à haute température: les paramètres de cinétique de transformation de la ferrite δ sont évalués et commentés à la lumière de la bibliographie consultée. • L’évolution de la texture dans les différentes parties de la soudure et son évolution en fonction des traitements thermiques appliqués. Enfin, une conclusion générale termine cette étude.