Fissuration en relaxation des jonctions soudées en aciers inoxydables austénitiques

Reheat cracking in austenitic stainless steels

¹ Commissariat à l'Énergie Atomique, Direction de l'Énergie Nucléaire, Département des Matériaux pour le Nucléaire, Service de Recherches Métallurgiques Appliquées, Centre d'Étude de Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
² Commissariat à l'Énergie Atomique, Direction de l'Énergie Nucléaire, Département de Modélisation des Systèmes et des Structures, Service d'Études Mécaniques et Thermiques, Centre d'Étude de Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
³ UMR CNRS 7633, Centre des Matériaux, École des mines de Paris, BP 87, 91003 Évry Cedex, France

Auteur de correspondance : lucien.allais@cea.fr

Reçu : 2 Juillet 2004
Accepté : 5 Novembre 2004

Résumé

Cet article représente une synthèse des études menées au CEA/SRMA, en collaboration avec l'ENSMP, sur la fissuration en relaxation (F.E.R.) des aciers inoxydables austénitiques. Initialement, l'étude a porté sur l'endommagement des Zones Affectées (Z.A.) des soudures en aciers stabilisés au titane de type AISI 321. Une démarche de simulation expérimentale de Z.A. par des traitements thermo-mécaniques a été mise en place. Un essai de relaxation sur éprouvette CT a également été mis au point afin de reproduire en laboratoire ce type de fissuration. Outre la validation de cette démarche, il a été montré que l'écrouissage joue un rôle prépondérant sur la fragilisation intergranulaire et que le vieillissement atténue cette fragilisation contrairement à ce qui est couramment admis dans la littérature. Cette remise en cause du rôle premier de la précipitation des carbonitrures de titane permet d'élargir le champ d'investigation aux aciers non stabilisés pour lesquels il existe un certain nombre de cas de fissuration similaires à ceux attribués à la F.E.R. En appliquant la démarche précédente à des aciers de type AISI 316 et AISI 304, on montre aussi que l'écrouissage est un facteur de fragilisation intergranulaire. Parallèlement, on établit, par approche locale de la rupture, un modèle d'endommagement intergranulaire utilisable pour l'évaluation du risque de fissuration sur des composants réels.

Abstract

Several studies concerning reheat cracking of austenitic stainless steels have been conducted in the frame of a collaboration between CEA/SRMA and ENSMP. The present paper summarizes these studies. The first study focused on a Ti-stabilized AISI 321 stainless steel. Heat affected zones (HAZ) were simulated by means of a thermo-mechanical treatment. Relaxation tests on pre-cracked CT specimens were performed in order to reproduce the reheat cracking phenomenon. Comparisons between real and simulated HAZ were made and the whole method was validated. The important role played by the strain accumulated during welding process was shown. Contrarily to the commonly assumed mechanism, aging of HAZ decreased their embrittlement. As the intragranular titanium carbides did not appear to be the major reason for the intergranular embrittlement, the same study was undertaken to investigate the reheat cracking sensitivity of unstabilized stainless steels AISI 316 and AISI 304. Pre-strain embrittlement was also noticed on these steels. Using the local approach of fracture, an intergranular damage model was developed. It provides quantitative prediction of the reheat cracking risk and can also be used to assess creep damage under multi-axial stress state.