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Les tubes duplex en acier inoxydable (DSS) sont devenus le matériau de choix dans les industries critiques, notamment le pétrole et le gaz, le traitement chimique, les pâtes et papiers et le dessalement, en raison de leur résistance supérieure, de leur excellente ténacité et de leur résistance exceptionnelle à la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) due aux chlorures. Cependant, pour libérer pleinement le potentiel du DSS, une étape de fabrication est non négociable : le recuit de solution.
D'un point de vue métallurgique professionnel, le recuit de mise en solution n'est pas un processus facultatif ; il s'agit d'une exigence obligaàire pour garantir que les tubes DSS répondent à leurs spécifications de performances conçues et garantissent une fiabilité à long terme.
1. Éliminer les effets du travail à froid et rétablir la microstructure duplex idéale
La fabrication de Tubes duplex en acier inoxydable , qu'il soit sans soudure (laminé) ou soudé (formé), implique divers degrés d'écrouissage ou de déformation plastique.
Disàrsion du réseau et contraintes résiduelles : le travail à froid déforme gravement le réseau cristallin du matériau et accumule des contraintes résiduelles substantielles au sein de la microstructure. Ces contraintes réduisent non seulement la ductilité et la ténacité du matériau, mais, plus important encore, elles agissent comme la principale force motrice de la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) lorsque le tube est finalement exposé à des environnements chlorés. L'objectif principal du recuit de mise en solution est de chauffer le tube dans une plage de températures élevées spécifique, généralement entre 1 020 °C et 1 100 °C, et de le maintenir pendant une durée suffisante pour éliminer complètement ces contraintes résiduelles et ces défauts de réseau.
Correction de l'équilibre des phases : les processus de fabrication, en particulier le travail à froid, peuvent légèrement perturber l'idéal équilibre de phase austénite (γ) à ferrite (α) du DSS. Le chauffage à haute température pendant le recuit en solution permet la recristallisation et la transformation de phase, favorisant la distribution uniforme des éléments d'alliage (comme le chrome, le molybdène et l'azote). Ce processus restaure avec précision la composition de la phase à la teneur en austénite requise de 40 à 60 %. Cet équilibre de phase précis est la base pour obtenir l’effet synergique d’une résistance élevée et d’une résistance supérieure à la corrosion.
2. Dissolution des phases nocives et éradication de la susceptibilité à la corrosion
Les aciers inoxydables duplex sont très sensibles à la précipitation de diverses phases intermétalliques nocives lorsqu'ils sont maintenus dans la plage de température de to . Cela peut se produire pendant les étapes de chauffage, de maintien et de refroidissement de la fabrication.
L'impact fatal de la phase Sigma : le plus notoire d'entre eux est le fragile phase (Sigma Phase), riche en chrome et en molybdène. Sa précipitation entraîne une réduction importante de la ténacité, privant le DSS de sa capacité à résister aux impacts à basse température. Plus alarmant encore, la formation de la phase Sigma crée des zones appauvries en chrome et en molybdène dans la matrice environnante.
Sensibilité accrue à la corrosion localisée : Le chrome est l’élément clé responsable de la formation du film protecteur passif sur les surfaces en acier inoxydable. Dans ces zones appauvries, la capacité d’auto-guérison et la stabilité du film passif sont considérablement réduites. Cela rend le matériau très vulnérable à la corrosion par piqûres, à la corrosion caverneuse et à la corrosion intergranulaire.
L'action nettoyante du recuit en solution : Le recuit en solution nécessite de chauffer les tubes au-dessus de la température de dissolution de la phase Sigma. Après un temps de trempage suffisant, la phase Sigma et tous les autres précipités nuisibles (comme phase, carbonitrures) sont entièrement redissous dans la matrice d'austénite et de ferrite. Ce processus élimine tous les sites potentiels d'initiation de la corrosion, rétablissant ainsi entièrement la résistance à la corrosion conçue par le tube.
3. Stratégie de refroidissement rapide : garantir les performances
L'efficacité du recuit en solution ne dépend pas seulement des paramètres de chauffage et de maintien, mais également de l'étape de refroidissement rapide qui s'ensuit, généralement obtenue par trempe à l'eau.
Prévenir la re-précipitation : Comme indiqué, les phases nocives sont plus susceptibles de précipiter lors d'une exposition à des températures élevées. Un refroidissement rapide permet aux tubes de traverser rapidement la plage de température critique de to . Cette opération est conçue pour supprimer la re-précipitation des phases nocives, en « bloquant » efficacement les éléments d'alliage dans la solution solide et en garantissant que la ténacité et la résistance à la corrosion maximales sont conservées.
Tendances de l'industrie : poussée par les exigences croissantes en matière de sécurité et de durée de vie prolongée, l'utilisation des nuances d'acier inoxydable Super Duplex (SDSS) et de Super Duplex à haute teneur en azote se développe. Ces qualités (par exemple 2507, 2707) ont des teneurs plus élevées en chrome et en molybdène, ce qui les rend plus sujettes à une précipitation de phases nocives et nécessitent une cinétique de précipitation plus rapide. Cette tendance nécessite un contrôle de plus en plus strict du processus de recuit en solution, en particulier de la précision de la température et de la vitesse de refroidissement, ce qui en fait un obstacle technologique crucial pour garantir la qualité des produits.
4. L'étape de réparation cruciale après le soudage
Le soudage pose un autre défi important pour les performances des tubes DSS, affectant considérablement la microstructure du métal soudé et la zone affectée par la chaleur (ZAT).
Problèmes liés à la ZAT : La vitesse de refroidissement dans la ZAT pendant le soudage est souvent insuffisante pour répondre aux exigences d'un recuit de solution idéal, ce qui peut conduire à une formation insuffisante d'austénite ou à une précipitation localisée de phases nocives. Bien qu'il soit souvent peu pratique d'effectuer un traitement thermique post-soudage (PWHT) sur de grandes canalisations installées, l'étape initiale de recuit de mise en solution pendant la phase de fabrication (appliquée à la plaque/billette brute ou au tube soudé final) est absolument essentielle. Il garantit que le tube quitte l'usine avec une structure métallurgique uniforme, stable et sans défaut.
Normes mondiales et conformité : les normes internationales telles que ASTM A790 (pour les tubes sans soudure) et ASTM A928 (pour les tubes soudés) imposent explicitement le recuit de solution et la trempe à l'eau pour les tubes DSS. Il s'agit d'un seuil technique obligatoire pour l'entrée des produits sur le marché, ayant un impact direct sur l'approbation de sécurité et la durée de vie opérationnelle à long terme des projets industriels.
