Le PWHT est-il nécessaire pour le soudage de l'acier inoxydable ?

Les aciers inoxydables présentent diverses microstructures, allant de l'austénitique au ferritique ou au martensitique. Leur résistance à la corrosion les rend adaptés à des secteurs tels que celui du pétrole et du gaz.

Le traitement thermique post-soudage (PWHT) peut s’avérer bénéfique pour les aciers SMSS de nuance « lean » dans des conditions d’exploitation acides ; toutefois, les données relatives à l’exposition à long terme sont limitées. Les exigences en matière de PWHT dépendent de la nuance et des conditions d’exploitation.

Soudabilité

Le soudage des aciers inoxydables nécessite des techniques différentes de celles utilisées pour les autres métaux. Le type de procédé de soudage choisi peut avoir une incidence à la fois sur la résistance à la corrosion et sur la porosité ; l’utilisation de procédés à faible énergie peut réduire les taux de dépôt, ce qui entraîne un cordon de soudure étroit et sensible à la rouille. Lors du soudage des aciers inoxydables, il est essentiel d’utiliser un gaz de protection tel que l’argon afin de protéger les soudures contre les influences environnementales qui pourraient autrement les altérer.

Il existe toute une gamme d’alliages d’acier inoxydable conçus pour des utilisations spécifiques, et chaque nuance possède une microstructure et des propriétés qui lui sont propres. Par conséquent, les règles de fabrication varient selon les nuances : les nuances austénitiques peuvent être soudées avec n’importe quel métal d’apport, tandis que les alliages ferritiques et martensitiques nécessitent des procédés de soudage spécifiques avec un apport de chaleur plus important pour obtenir des résultats satisfaisants. Pour obtenir des résultats acceptables avec les alliages duplex, il est nécessaire d'utiliser un fil de soudage spécifique.

Le traitement thermique après soudage des pièces en acier inoxydable doit inclure un traitement thermique post-soudage afin d'éviter la sensibilisation. Cette mesure est nécessaire car la réaction du chrome avec le carbone peut entraîner la formation de carbures de chrome, qui provoquent une corrosion intergranulaire, notamment au niveau des zones soudées. La sensibilité à la sensibilisation peut être réduite par un préchauffage et un refroidissement contrôlé avant le soudage, conformément aux spécifications des procédures de soudage (WPS) et aux normes en vigueur.

Teneur en carbone

La plupart des alliages d'acier inoxydable contiennent de très faibles teneurs en carbone. Cependant, cela peut avoir un effet néfaste sur certaines nuances ; le carbone peut rendre les aciers inoxydables austénitiques vulnérables à la corrosion intergranulaire (IGSC) ou IGSCC ; de plus, une teneur élevée en carbone peut réduire la résistance à la corrosion de certaines nuances.

La durabilité de l'acier inoxydable est mise en évidence dans certains des bâtiments les plus emblématiques au monde – parmi lesquels figurent notamment la cathédrale Saint-Paul de Londres, l'auvent de l'hôtel Savoy à Paris et le Chrysler Building à New York –, où ses éléments structurels doivent garantir une longue durée de vie.

Pour obtenir des performances optimales des produits en acier inoxydable, il est souvent nécessaire de combiner divers éléments d'alliage, tels que le chrome, le molybdène et le nickel. Si ces alliages permettent d'augmenter la résistance tout en améliorant la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques, leur objectif principal doit être d'accroître la résistance sans nuire à la résistance à la corrosion ni aux propriétés mécaniques.

Les éléments d'alliage peuvent contribuer à répondre aux exigences d'applications spécifiques en modifiant la microstructure et en améliorant la résistance à la fatigue et à la corrosion. Pour obtenir une résistance et une durabilité conformes aux exigences de l'utilisation prévue, les proportions des éléments d'alliage doivent être soigneusement équilibrées.

Résistance à la corrosion

La résistance à la corrosion de l'acier inoxydable dépend de sa composition chimique, et plus particulièrement de sa teneur en chrome. Le chrome réagit avec l’oxygène pour former une couche protectrice externe qui limite l’exposition à l’air et à l’eau, tout en contribuant à empêcher les réactions électrochimiques entre la surface métallique et les substances chimiques corrosives qui l’attaquent de l’intérieur. Cela ne rend toutefois pas l’acier inoxydable immunisé contre la corrosion : sa résistance dépend en effet de facteurs tels que la concentration chimique, le pH de la solution et la température, qui influent tous sur sa capacité de résistance.

Toutes les nuances d'acier inoxydable résistent à la corrosion provoquée par les acides phosphorique et nitrique à température ambiante, mais les nuances à plus forte teneur en alliage doivent résister aux acides sulfurique et chlorhydrique concentrés pour assurer une protection efficace. Une corrosion localisée, telle que la corrosion par piqûres ou la corrosion interstitielle, est possible, bien qu'elle soit moins fréquente que l'oxydation générale.

Des additifs tels que le molybdène peuvent améliorer la résistance d'un alliage d'acier inoxydable à certains produits chimiques corrosifs, et sa surface peut même être passivée pour une meilleure protection contre la corrosion.

Un traitement thermique post-fabrication (PWHT) peut s'avérer nécessaire pour tous les aciers inoxydables dans certaines applications afin d'éviter la sensibilisation et la corrosion intergranulaire (IGC), en particulier lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées. Le rôle du PWHT varie en fonction de la teneur en carbone, de la composition chimique de l’acier et de l’épaisseur de la section ; des traitements plus rigoureux sont nécessaires en fonction de la teneur en carbone ou des facteurs de sensibilisation susceptibles de réduire la résistance mécanique ou la résistance à la corrosion en service.

Conditions d'utilisation

Les aciers inoxydables sont extrêmement résistants ; ils présentent un rapport résistance/poids impressionnant et offrent de nombreuses propriétés qui les rendent adaptés à diverses applications et à divers environnements. Leur durée de vie dépend de facteurs tels que leur environnement d'installation, leur niveau de résistance à la corrosion et la composition de leur alliage. En règle générale, l'acier inoxydable dure plus longtemps dans les zones intérieures sèches peu exposées aux polluants ou dans les environnements marins propices à la corrosion ; un nettoyage régulier peut également prolonger sa durée de vie.

Certaines nuances d'acier inoxydable peuvent être difficiles à travailler et nécessitent des outils et des compétences spécifiques pour leur mise en forme ou leur usinage. De plus, ces matériaux peuvent être sujets à une rupture par fragilité s'ils sont soumis à des contraintes excessives – un aspect qu'il convient de garder à l'esprit lors de l'utilisation d'équipements sous pression comportant ces matériaux, car cela pourrait entraîner une fissuration par corrosion sous contrainte.

Compte tenu de ces considérations, il est essentiel, lors de l’utilisation de ce matériau, de respecter l’ensemble des spécifications et des consignes qui s’y rapportent. Cela implique de choisir une nuance appropriée, de réduire la durée d’exposition aux températures élevées et de ne confier le soudage qu’à des professionnels formés à son utilisation. Un traitement thermique post-soudage n’est généralement pas nécessaire pour les nuances austénitiques en raison de leur résistance à la rupture fragile ; en revanche, les nuances martensitiques peuvent nécessiter des traitements thermiques supplémentaires ; l’ajout de nickel et de molybdène peut réduire le risque de fissuration par corrosion sous contrainte dans ce cas.