nouvelles de l'entreprise Une fissure après traitement thermique?

01 Définitions

Les aciers à haute résistance et les superalliages contenant des éléments favorisant la précipitation (Al, Ti, Nb) – y compris les aciers à haute résistance faiblement alliés, les aciers résistant au fluage perlitiques, les superalliages durcis par précipitation et certains aciers inoxydables austénitiques – peuvent développer des fissures de relaxation des contraintes (fissures SR) pendant le traitement thermique post-soudure, même si aucune fissure n'était initialement présente. De même, certaines structures soudées peuvent développer des fissures lors d'un service prolongé à haute température (par exemple, 500–600°C). En pratique, ces fissures – survenant à la fois pendant le traitement de relaxation des contraintes et le fonctionnement en service – sont collectivement appelées fissures de revenu.

02 Principales caractéristiques des fissures de revenu

(1) Les fissures de revenu ne se produisent que dans les soudures métalliques contenant des éléments favorisant le durcissement par précipitation, et l'acier au carbone et les matériaux métalliques à durcissement par solution solide ne produisent généralement pas de fissures de revenu.

(2) Il existe une plage de températures sensible, qui est liée à la température et à la durée du revenu. La plage sensible de l'acier faiblement allié est d'environ 500～700℃, et celle de l'acier inoxydable austénitique et de l'acier allié à haute température est de 700～900℃.

(3) La limite des grains de gros grains d'austénite dans la zone affectée par la chaleur s'étend le long de la ligne de fusion du côté du matériau de base, et la fissuration intergranulaire est observée.

(4) Il devrait y avoir de fortes contraintes résiduelles et une concentration de contraintes dans la zone de soudure.

03 Facteurs affectant les fissures de revenu

(1) La teneur en éléments formateurs de carbures (Cr, Mo, V, Ti, Nb) a un effet significatif. Par exemple, la teneur en V dans l'acier résistant au fluage perlitique augmentera considérablement la sensibilité aux fissures SR.

(2) La vitesse et la durée de chauffage affectent la plage de températures sensible des différents aciers.

(3) La taille des grains a un effet significatif sur la tendance à la fissuration de revenu, plus la taille des grains est grande, plus la tendance est élevée.

(4) Différences dans les méthodes de soudage : Le soudage à forte apport de chaleur a tendance à provoquer un grossissement des grains, et la tendance à la fissuration de revenu du soudage à l'arc submergé est supérieure à celle du soudage à l'arc à l'électrode dans les nuances d'acier sensibles à la croissance des grains, tandis que la tendance au durcissement est plus élevée dans les nuances d'acier avec une forte tendance au durcissement.

04 Mesures préventives contre les fissures de revenu

(1) Sélectionner des matériaux de soudure de correspondance à faible résistance ;

(2) Contrôler la vitesse de refroidissement en utilisant un préchauffage ou un post-chauffage ;

(3) Éviter la plage de températures sensible ou raccourcir le temps de séjour ;

(4) Réduire les contraintes résiduelles et éviter la concentration de contraintes ;

(5) Certains alliages (par exemple, Incoloy 800HT conçu pour des températures ≥538°C) nécessitent un traitement thermique de stabilisation post-soudure ;

(6) Des essais non destructifs doivent être ajoutés aux matériaux présentant une tendance à la fissuration de revenu après le traitement thermique.

05 Matériaux sensibles aux fissures de revenu

15MnVR, 15MnNbR, 18MnMoNbR, 13MnMoNbR, 07MnCrMoVR, 07MnNiMoVDR, 17Cr1Mo1V et l'acier japonais CF-62.

Remarque : Les fissures de revenu, qui sont cachées et peuvent facilement provoquer des accidents soudains, peuvent survenir pendant le traitement thermique ou en service. Les concepteurs, fabricants et inspecteurs de récipients sous pression doivent évaluer à l'avance les risques de fissures de revenu et élaborer des plans de prévention et de contrôle.

Les fissures de revenu sont causées par le traitement thermique post-soudure (par exemple, le traitement thermique de relaxation des contraintes), et les éléments Cr, Mo, V, Nb, Ti dans l'acier aggravent la tendance à la fissuration de revenu.

06 Mécanisme des fissures de revenu

La fissure de revenu provient de la nucléation de microfissures causées par le glissement préférentiel des joints de grains, et le joint de grains est affaibli et le grain est renforcé lors du traitement thermique post-soudure.

(1) La théorie de la liaison chimique faible aux joints de grains

Les éléments d'impureté (par exemple, P, S) sont fragiles en raison de la ségrégation aux joints de grains, tandis que le carbone/nitrure de Cr, Mo, V, Nb et d'autres éléments sont renforcés par la précipitation dans le grain pendant le chauffage secondaire. La déformation de relaxation des contraintes est concentrée aux joints de grains, et la fissure est causée par une plasticité insuffisante.

(2) Théorie du renforcement intra-cristallin (théorie de la fissuration en mode)

La précipitation in situ de la phase de renforcement (carbure de chrome, vanadium, titane, niobium, etc.) dans la région de dislocation entrave la déformation intra-cristalline, la relaxation des contraintes est supportée par le joint de grains, et la concentration des contraintes conduit à la fissure.

(3) Théorie de la rupture par fluage

La propagation des fissures le long des joints de grains est accélérée par l'accumulation des dommages de fluage pendant le processus de relaxation des contraintes.

07 Formule d'identification de la sensibilité aux fissures de revenu

Les principaux facteurs affectant la fissure de revenu sont la composition chimique de l'acier (qui affecte directement la plasticité de la zone à gros grains) et les contraintes résiduelles dans la zone soudée (en particulier la zone de concentration des contraintes).

△G＝Cr＋3.3Mo＋8.1V＋10C－2

Lorsque△G<1.5, la fissure de revenu n'est pas sensible ;

Lorsque 1.5<△G<2, c'est généralement le cas ;

Lorsque △G>2, la fissure de revenu est sensible.

08 ANALYSE D'EXPERTS

1 : Pendant le traitement thermique post-soudure ou le service à haute température, les joints soudés contraints peuvent développer des 'fissures de revenu' (également appelées 'fissures de relaxation des contraintes') dans leurs zones affectées par la chaleur. Historiquement, ces fissures ont été identifiées pour la première fois dans les aciers inoxydables austénitiques par les ingénieurs des centrales électriques. Des études métallurgiques confirment leur étroite association avec les précipités intracristallins. Essentiellement, ces précipités renforcent l'intérieur du grain, forçant la déformation requise pour la relaxation des contraintes à se déplacer vers les joints de grains, réduisant ainsi la ductilité au fluage et provoquant une défaillance des joints. Ce mécanisme de fissuration reste incomplètement compris, en particulier en ce qui concerne les facteurs microstructuraux et compositionnels influençant sa formation.

2 : Le renforcement par précipitation aux joints de grains n'explique qu'une partie de la cause. La taille des grains est trop grande, ce qui entraînera une détérioration de la ductilité au fluage et une accumulation de précipitation aux joints de grains. De plus, le retrait de la soudure, les gros grains entraveront le glissement des joints de grains, l'augmentation de l'épaisseur du matériau et le processus de soudage sauvage aggraveront la tendance à la fissuration.

Deux types de fissures de revenu :

1) La soudure ne s'est pas fissurée initialement, mais des fissures sont apparues pendant le traitement thermique de relaxation des contraintes post-soudure. Ces fissures sont appelées sensibilité à la fissuration de relaxation des contraintes (sensibilité à la fissuration SR).

2) Aucune fissure n'est détectée après le soudage, mais elles sont produites après un service à long terme à une certaine température.

Caractéristiques des fissures de revenu :

1) Elle se produit exclusivement dans les soudures métalliques contenant des éléments favorisant la précipitation (Ti, Al).

2) Elle ne se produit que dans une certaine plage de températures, et la fissure de revenu est liée à la température et à la durée du revenu, il existe une plage de températures sensible à la fissuration de revenu. Pour l'acier faiblement allié général, la plage de températures est d'environ 500~700℃ ; pour l'acier inoxydable austénitique et certains aciers alliés à haute température, la plage de températures est de 700~900℃.

3) La fissure s'étend le long du joint de grains d'austénite du côté de la soudure, et la direction de la fissure est intergranulaire.

4) il doit y avoir des contraintes résiduelles et une concentration de contraintes dans la zone de soudure.

Le mécanisme de formation de la fissure de revenu est l'effet d'affaiblissement de la précipitation des impuretés aux joints de grains et l'effet de renforcement de la précipitation à l'intérieur des grains.