Etude de la fissuration à chaud d’un acier austénitique réfractaire
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Date
2017
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Abstract
L’acier réfractaire austénitique HP40 est un acier qui possède une résistance au fluage
et à l’oxydation à haute température. Ces propriétés l'ont rendu un matériau de choix pour la
fabrication des tubes de reformage de gaz utilisés dans l'industrie chimique. Ces tubes
constituent le cœur de l’unité de production de l’hydrogène à « FERTIAL » d’Annaba en
raison de leur coût qui représente près de 25% du coût général du four. La conception des
tubes prévoit une durée d'exploitation d'environ 11 ans. Cependant, à « FERTIAL » un
nombre important de ces tubes subissent des problèmes d’endommagement qui se termine par
un remplacement après des durées de vie inférieures à celle prévue. L'objectif de cette étude
consiste à étudier les causes de la dégradation prématurée de l’acier HP40 à travers la
caractérisation de la microstructure et des propriétés mécaniques après différents durées de
service. Nous avons aussi étudié l’influence des traitements thermiques sur les évolutions
microstructuraux causés par le vieillissement industriel.
Les techniques utilisées pour caractériser les différents échantillons des aciers HP40
sont la spectrométrie à fluorescence X, la microscopie optique, la microscopie électronique à
balayage (MEB), les microanalyses X par EDS, la diffraction des rayons X (DRX) et les
essais mécaniques (microdureté, traction et résilience).
D’après les observations microscopiques des microstructures vieillies, les résultats
obtenus ont permis de souligner l'effet des conditions de fonctionnement sur l’évolution
microstructural et ont permet aussi l’identification des types de dommage que l’acier a subis.
Dans les différents échantillons caractérisés, une précipitation suivie de coalescence des
carbures secondaires dans la matrice austénitique a été caractérisée. Il a été noté que le degré
de coalescence des précipités était variable en fonction la durée d’emploi. Le carbure de
niobium a subi une décomposition incomplète vers une phase intermétallique fragilsante à
base de Ni, Nb et Si (phase G). Les résultats des essais mécaniques ont montré que les aciers
vieillis ont subis une dégradation des propriétés mécaniques que ce soit après une courte ou
une longue période de fonctionnement par apport à l’acier brut de coulée, ce qui a diminué la
durée de vie de ces aciers.
Les traitements thermiques ont contribué sensiblement à l’affinement des carbures
primaires grossis pendant le fonctionnement et à la diminution de la densité de carbures
secondaires. Le traitement thermique à 1100C a entrainé une dissolution de la phase
intermétallique formé pendant service. Ces changements microstructuraux sont influencés par la température et non par la durée de maintien. La dureté à travers la paroi du tube est plus
homogène après le traitement thermique à 1100C par rapport à l’état vieillis