Brevet FR2206387A1 — publié le 19740607

L'invention concerne l'utilisation d'un acier ferritique-austénitique au chrome-nickel-molybdène-azote non stabilisé et rEsis- tant à la corrsion, que l'on peut souder facilement et avec le quel on peut réaliser des soudures ductiles, sans criques ni pores, qui sont résistantes dans toutes les zones (soudure, zone soumise à l'influence de la chaleur, matière de base) à la corrosion intercristalline, notamment lorsqu'on utilise cosse critères de contr8le les sévères échelles de mesure de l'essai Moypenny-Strauss ou un traitement par de l'acide nitrique à å suivi d'un essai de flexion. Les aciers austénitiques au nickel-chrome connus, résistants à la corrosion, deviennent sensibles à la corrosion intercristalline en milieu corrosion aqueax, par le soudage ou tout autre chauffage à des températures comprises entre 500 et 800 C. Généralement, ce phénonène de corrosion est évité en chauffant à nouveau à des températures élevées et en refroidissant brusquement l'assemblage soudé, après le soudage. Toutefois ce processus de recuit et de trempe à partir de températures élevées est souvent difficile à appliquer en raison de la dimension de la pièce et il peut provoquer des déforiations de la pièce ou des tensions résiduelles dans celle-ci. Dans le cas oh l'on n'effectue pas de trempe, la résistance à la corrosion intercristalline n'est pas assurée. De même, dans les aciers ferritiques-austénitiques commis résistant & la corrosion, les avantages concernant de meilleures facilités d'usinage, une limite d'allongement plus élevée et une certaine insensibilité 9 la corrosion intercristalline ne sont obtenus qu'au prix de l'obligation d'effectuer un traitement thermique après soudage. En raison des difficultés qui apparaissent lors de l'application d'un traitement thermique sur des assemblages déjà soudés, les aciers connus présentent un inconv6nient notable. I1 faut noter, plus particulièrement en ce qui concerne la soudabilité des aciers connus au nickel-chrome, que, non seule nent les aciers ferritiques à teneurs élevées en chrome et en molybdène sont sensibles 9 la "fragilisation des 475 C lais 6galement les aciers ferrritques-austénitiques, notannent dans la zone soumise à la chaleur du soudage.Ceci vaut notamment pour les aciers à base de CrNiMoN; ceux-ci pouvant, on le sait, être rendus résistants à la détérioration des grains, même après soudage, par le fait qu'ils sont stabilisés en fonction du carbone et de l'azote au moyen de teneurs suffisantes en titane, niobium ou tantales Dans ces aciers, le phénomène connu qui fait que la structure, dans la zone soumise à la chaleur du soudage, devient à grains grossiers, infirme la stabilisation. Les aciers ferritiques-austénitiques usuels du type décrit doivent subir un traitement thermique après soudage. Par ailleurs les soudures réalisées sont sensibles à la corrosion inter-cristalline, qui est ainsi un critère essentiel pour l'aptitude au soudage des aciers résistant à la corrosion. Le tableau suivant (page 3) donne le résultat d'essais sur des aciers connus1 dont la sensibilité à la corrosion intercristalline, dans la zone soumise à la chaleur du soudage, a été étudiée d'après l'essai Monypenny-Straus, selon DIN 50 914, ainsi que d'après l'essai de flexion sur des éprouvettes traitées 5 x 48 h par HNO3, ce qui constitue un critère de contrôle plus précis. Sur le tableau, les lettres "IK" indiquent la constatation d'une corrosion intercristalline, et les lettres "o.B." la non-constatation d'une telle corrosion0 (Tableau 1, page 3). On voit clairement d'après le tableau que la sensibilité connue à la corrosion intercristalline des alliages d'acier au nickel-chrome ferritîques-austénitiques subsiste aux endroits des soudures si un traitement thermique approprié n'a pas été appliqué, ou si l'acier n'est pas suffisamment stabilisé. Pour l'acier n 4 du tableau 1, la Invention "o.B" (pas de constatation) dans l'essai Mongpenny-Strausss est probablement imputable au fait que cet essai n'est pas un critère de contrôle pour l'acier cité du fait de sa teneur élevée en chrome En conséquence, il manque à ces aciers de l'état de la technique l'aptitude au soudage et la fiabilité de la soudure.Les aciers examinés n 1-5 du tableau 1 subissent, une fois soudés, d'après les critères de contrôle indiqués, une corrosion intercristalline dans la zone soumise à l'influence de la chaleur du soudage. Lorqu'ils sont refroidis brusquement, ces aciers présentent un rapport ferrite-austénite d'environ 50:50 %.Dans les zones soumises à la chaleur du soudage la teneur en ferrite après soudage dépasse 80 ao Tous les aciers ferritiques-austénitiques précédeiment cités doivent subir un traitement thermique pour obtenir des qua Tableau 1 (Etat de la technique) Constatation dans la zone soumise à l'influence du soudage après : Acier Composition chimique en % en poids l'essai Mony- l'essai de N C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti N Penny-Strauss flexion sur des éprouvettes traitées 5 x 48 n par HNO3 1 0,030 1,80 1,90 0,023 0,010 18,65 4,63 2,82 - 0,031 IK IK 2 0,029 1,80 1,63 0,030 0,013 18,28 4,72 2,68 - 0,033 IK IK 3 0,030 1,79 1,84 0,030 0,012 18,10 4,56 2,84 0-22 0,025 IK IK 4 0,060 0,50 0,46 0,015 0,005 26,30 5,53 0,06 0,23 0,029 o.B. IK 5 0,021 0,26 1,61 0,024 0,008 21,73 5,92 1,95 - 0,050 IK IK lités optimales.De même, ils ont tendance à la corrosion intercristalline après soudage sans addition et/ou avec addition d'un matériau du même type, si les soudures ne sont pas soumises à un traitement thermique. Toutefois, un tel traitement thermi- que après soudage est très difficile à réaliser et obère la fabrication des objets de frais supplémentaires considérables. Dans de nombreux cas, il n'est pas possible d'appliquer les traitements thermiques en raison de la dimension des pièces, notauent sur le chantier lui-même, où l'on ne dispose pas de fours de capacité et de dimensions suffisantes, de sorte que l'on ne peut pas obtenir la résistance indispensable à la corrosion intercristalline et, de ce fait, la fiabilité souhaitable. Pour cette raison, le but de l'invention est d'améliorer la fiabilité lors dn soudage d'obJets fabriqués à partir d'alliages nickel-chroie ferritiques-austénitiques, résistant à la corrosion, du type précité, de façon & supprimer le traitement thermique et à obtenir la résistance souhaitée à la corrosion intercdristaline. Ce but est atteint conformément àf l'invention par le fait que, pour fabriquer des objets soudés sans traitement thermique postérieur, qui doivent résister à la corrosion intercristalline d'après l'essai Monypenny-Strauss ou après traitement par EN03 à 65 % suivi d'un essai de flexion, on utilise un acier chromenickel-molybdène-azote ferritique-austénitique, non stabilisé, résistant & la corrosion, contenant 0,002 à 0,030 % de carbone, 18 à 26 % de chrome, 2 à 8 % de nickel, 1,6 à 5,0 % de molybdène, une teneur en azote de 0,06 à 0,25 %, jusqu'à 0,8 % de silicium, jusqu'à 2 % de manganèse, reste en fer, avec les impu retés usuelles inhérentes à la fusion. On peut ainsi réaliser, sans traitement thermique, une soudure ductile, sans criques ni pores, qui, notamment dans la zone de la soudure et dans la zone soumise à l'influence de la chaleur, ne présente pas de corrosion intercristalline, à l'état simplement soudé et sans traitement thermique, l'vessai Monypenny-Strauss ou un traitement par de l'acide nitrique à 65 % suivi d'un essai de flexion étant utilisés comme critères de contrôle. La proposition d'utiliser l'acier précité pour fabriquer des objets soudés, conduit à la constatation surprenante que l'on peut obtenir une résistance à la corrosion intercristalline lors du sondage sans être obligé d'appliquer un traitement thermique ultérieur si les aciers ont la composition de l'invention. On propose de préférence l'utilisation d'un alliage chromenickal-molybdène-azote-acier constitué par 0,014 à 0,028 % C 19,0 à 25,0 % Cr 4,0 à 7,0 % NI 1,8 à 4,2 % MO 0,08 à 0,15 % N 0,20 à 0,6 % Si 1,6 à 2,0 % Mn max. 0,015 % s max. 0,025 % P le reste en fer avec les impuretés usuelles inhérentes à la fn- sion. L'utilisation propose, dans une aise en oeuvre appropriée de l'invention, d'un alliage chrone-nickel-molybdène-azote-acier du type précité, dont la teneur en nickel est de 5,0-5,8 % et la teneur en molybdène de 2,7-3,4 % présente des avantages particuliers lors de la réalisation d'éléments de construction, qui sont soumis à des milieux moins agressifs. Si les éléments de construction doivent résister à des ails eut plus fortement corresife, on préfère l'utilisation d'un alliage du type cité, qui présante une teneur en nickel de 6,2-6,8 % et une teneur en molybdène de 3,2-4,0 %.Avantageusement, la teneur en ferrite dans la matière de base de l'invention doit être 30-70 % après trempe à partir de 1 000-1080 C. Dans le tableau 2 (page 6), sont cités différents exemples de réalisation de l'acier à utiliser conformément à l'invention, qui conetituent des compositions typiques et éclairent les résultats en ce qui concerne la corrosion intercristalline; on a utilisé comme dritères de contröle l'essai Monypenny-Stranse ainsi qu t un traitement à l'acide nitrique à 65 % suivi d'un essai de flexion. On a contrôlé la zone soumise à l'influence de la soudure et n'ayant pas subi de traitement thermique, c'est-à-di re la soudure, la zone soumise à l'influence de la chaleur et la matière première de base. (Tableau 2, page 6). Des aciers numéros 6 à Il présentent, dans la matière première de base trempée à partir de 1000-1080 c, une teneur en ferrite de 30-70 X. Tableau 2 Constatation dans la zone soumise à l'influence du soudage après : Acier Composition chimique en % en poids l'essai l'essai de fle N C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti N Monypenny- xion sur des Strauss des éprouéprouvettes traitées 5 x 48 h à HNO3 6 0,028 0,43 1,65 0,021 0,010 20,87 5,93 2,56 - 0,082 o.B. o.B. 7 0,026 0,24 1,44 0,023 0,008 22,04 4,44 1,92 - 0,130 o.B. o.B. 8 0,019 0,48 1,73 0,019 0,009 21,86 5,58 3,37 - 0,149 o.B. o.B. 9 0,026 0,54 1,83 0,018 0,008 23,06 5,52 2,34 - 0,148 o.B. o.B. 10 0,021 0,54 1,87 0,019 0,009 22,04 5,56 2,95 - 0,150 o.B. o.B. 11 0,014 0,37 1,91 0,022 0,011 24,27 5,61 3,73 - 0,132 o.B. o.B. Les aciers de l'invention peuvent outre traités selon le procédé de soudage suivant pour former des éléments de construction de l'appareillage chisique : soudage par résistance, soudage & l'arc eoue gaz inerte, par exemple avec électrode de tungs- tène sans addition on avec addition du même type, ou avec électrode consommable avec addition du même type, en une ou plusieurs couches. Ceci est d'une grande importance pratique lorsqu'il s'agit de la fabrication de tuyaux soudés qui sont fabri qués selon le procédé de soudage par résistance ou le procédé à l'arc avec électrode de tungstène sans matériau d'addition. C'est en outre un avantage de l'utilisatin conforme l'invention des aciers cités de permettre la suppression des moyens auxiliaires usuels du soudage avec matériau austénitique d'addition, qui influence de façon défavorable, comme on le sait, la résistance à la corrosion de l'élément de construction soudé. L'invention repose sur la constatation que, aans un acier ferritique-austénitique non stabilisé de la composition décrite, sans traitement thermique ultérieur, les soudures résistent à la détérioration des grains. Donc, en utilisant les aciers confor mes & i l'invention, on peut supprimer le traitement thermique consécutif au soudage, ce qui présente un avantage considérable, notéamment lorsqu'il s'agit d'élémenta de construction de grandes dimensions ou de soudage sur le chantier.Par contre,la limite d'allongement d'environ 45-55 kg/n2 est auffisamment élevée, même si le maximum des alliages d'aciers ferritiques-austéniti- gues n'est pas atteint, Les alliages de l'invention conviennent particulièrement bien pour réaliser des éléments de construction soudés de l'appareillage général et de l'appareillage chimique, notamzent pour fabriquer des échangeurs thermiques et leurs pièces. il s'est avéré en outre, de façon surprenante, qu'à l'intérieur et à la limite de la zone d'alliages divulguée ci-deasus, on peut encore trouver des variantes d'alliages déterminées, qui présentent comme caractéristique supplémentaire particulière uné résistance élevée à la corrosion localisée. il s'est avéré, par exemple, que l'on n'a pas constaté de corrosion localisée sur des pièces d'appareils refroidies à l'eau de mer lorsque ces variantes partioulières d'alliages sont utilisées pour fabriquer ces pièces d'appereils.L'utilisation de ces aciers pour fabri quer des éléments de construction soudés de l'appareillage chinique, notamment pour fabriquer des échangeurs thermiques et leurs pièces est particulièrement avantageuse, étant donné que, dans ce cas, les objets fabriqués en acier sont soumis à des milieux qui, outre la corrosion intercristalline, peuvent provoquer une corrosion localisée, tels que l'eau de mer à température élevée. Dans un mode de mise en oeuvre approprié préféré, l'invention propose l'utilisation d'alliages qui sont constitués par 0,010 à 0,030 % C 19,0 à 26,0 % Cr 5,2 à 8,0 % Ni 2,0 à 5,0 % Mo 0,11 à 0,25 % N 0,20 à 0,80 % Si 1,0 à 2,0 % Mn le reste en fer avec les impuretés usuelles inhérentes à la fusion. On peut ainsi réaliser une soudure ductile sans criques ni pores, sans traitement thermique ultérieur, qui, dans la zone soumise à l'influence de la soudure et de la chaleur résiste à la corrosion localisée et à la corrosion intercristalline et ceci à l'état d'utilisation et sans traitement thermique postérieur. On propose de préférence l'utilisation d'un alliage chromenickal-moylbdène-azote-acier, qui est constitué par 0,010 à 0,030 % C 19,0 à 26,0 * Cr 5,2 à 8 % Ni 2,0 à 5 % MO 0,11 à 0,25 % N 0,20 à 0,80 X Si 1,0 à 2,0 % Mn 0,10 à 0,50 % V le reste enfer avec les impuretés usuelles inhérentes à la fusion. En outre, on peut utiliser avantageusement des alliages pour fabriquer des échangeurs thermiques et leurs pièces, qui contiennent : 0,002 à 0,030 % C 18,0 à 26,0 % Cr 4,0 à 8 % Ni 2,0 à 5 % Mo 0,008 à 0,25 % N 0,20 à 0,80 % Si 0,50 à 2,0 % Mn 0,10 à 0,50 % V Bans le tableau 3 suivant, sont cités différents exemples de réalisation de l'acier à utiliser conformément à l'inven- tion, qui constituent des compositions préférées et éclairent les résultats en ce qui concerne la corrosion intercristalline et la corrosion localisée. On a contrôlé à chaque fois la zone soumise à l'influence du soudage, non traitée thermiquement, d'une soudure, c'est-dire la soudure elle-même, la zone soumise à l'influence thermique et la matière de base. (Tableau 3, page 10). On reste dans le cadre de l'invention, s'il existe dans l'alliage décrit chrome-nickel-molybdène-azote-acier, d'autres éléments tels que Ou, T, Ta, Nb, Co, V, W, B, Al, Zr, SB, As, Pb, Sn, notamment à des teneurs de Sb, As, Ph, Sn, Al, Ti, Ta, Nb ou B jusqu'à 0,2 % Zr ou V jusqu'à 0,5 % W ou Co jusqu'à 1,0 % Cu jusqu'à 2,0% Tableau 3 Constation dans la zone soumise à l'influence de la soudure après N C Si Mn Cr Ni Mo N V l'essai Mony- l'essai de fle Penny-Strauss xion sur des éprouvettes traitées 5 x 48 h à HNO3 1 0,012 0,30 1,09 19,8 5,4 3,9 0,12 - o.B. o.B 2 0,028 0,32 1,78 24,9 6,8 3,24 0,20 - o.B. o.B. 3 0,020 0,50 1,25 22,4 5,7 3,5 0,14 0,31 o.B. o.B. 4 0,024 0,52 1,76 21,9 5,3 3,4 0,14 0,18 o.B. o.B. 5 0,022 0,45 1,68 22,67 5,44 2,96 0,12 0,10 o.B. o.B. 6 0,010 0,26 1,04 19,6 4,8 2,7 0,08 0,45 o.B. o.B. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Utilisation d'un acier ferritique-austénitique an chrome-nickel-molybdène-azote non stabilisé et résistant à la corrosion, constitué par 0,002 à 0,03 % C 18,0 à 26,0 % Cr 2,0 à 8,0 % Ni 1,6 à 5,0 % Mo 0,06 à 0,25 % N au plus 0,8 '6 Si au plus 2,0 % Mn le reste en fer, avec les impuretés usuelles inhérentes à la fusion, pour fabriquer des objets soudés sans traitement thermique postérieur, qui doivent résister à la corrosion intercristalline d'aprèz l'ezssi Monypenny-Strauss ou après treitement par HNO3 à 65 % suivi d'un essai de flexion. 2.- Utilisation d'un acier chrose-nickel-nolybdène-azote selon la revendication 1, constitué par 0,010 à 0,03 % C 19,0 à 26,0 % Cr 5,2 à 8,0 % Ni 2,0 à 5,0 % Mo 0,11 à 0,25 % N 0,20 à 0,80 % Si 1,0 à 2,0 % Mn le reste en fer avec les impuretés usuelles inhérentes à la fusion, pour le but cité dans la revendication 1. 3.- Utilisation d'un acier chrome-nickel-molybdène-azote selon les revendications 1 et 2, constitué par 0,010 à 0,03 % C 19,0 à 26,0 % Cr 5,2 à 8 % Ni 2,0 à 5 % Mo 0,11 à 0,25 % N 0,20 à 0,80 % Si 1,0 à 2,0 % Mn 0,10 à 0,50 % V le reste enfer avec les impuretés usuelles inhérentes à la fusion, pour le but cité dans la revendication 1. 4.- Utilisation d'un acier chrome-nickel-molybdène-azote- selon l'une des revendications 1 à ), dans lequel la teneur en soufre est 0,015 % au maximum et la teneur en phosphore 0,025 % au maximum. 5.- Utilisation d'un acier chrome-nickel-molbdène-azote selon la revendication 1, dans lequel. la teneur en nickel est de 5,0 à 5,8 % et la teneur en molybdène de 2,7 à 3,4 %. 6.- Utilisation d'un acier chrome-nickel-molybdène-azote selon l'une des revendications 1 à 4, dans leguel la teneur en nickel est 6,2 à 6,8 % et la teneur en molybdène 3,2 à 4,0 %. 7.- Utilisation d'un acier chrome-nickel-molybdène-azote selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la teneur en ferrite est de 30 à 70 % % dans la matière première de base après refroidissement brusque à partir de 1000-1080 c. 8.- Utilisation d'un acier chrome-nickel-molybdène-azote selon l'une des revendications 1 à 7, comme matière d'addition de mEme type lors du soudage, pour obtenir l'homogénéité de structure souhaitée0 9.- Utilisation de l'alliage cité dans l'une des revendications 7 à 7 pour fabriquer des éléments de construction soudés pour l'appareillage général et l'appareillage chimique, notamment pour la fabrication d'échangeurs thermiques et de leurs pièces.