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1 - MESURE DU TAUX DE FERRITE

2 - CONTEXTE INDUSTRIEL

3 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BM7790 v1

Contexte industriel
Mesure du taux de ferrite en zone fondue austénitique

Auteur(s) : - Étude Cetim sous-traitée à l’Institut de soudure

Date de publication : 10 juil. 2004

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RÉSUMÉ

Le taux de ferrite dans une zone fondue austénitique est un indice de caractéristiques du matériau, notamment en mécanique, ou en résistance à la fissuration et à la corrosion. Mais plusieurs méthodes de mesures coexistent, avec parfois des résultats différents.  Cet article présente les méthodes existantes et les problèmes posés par la mesure du taux de ferrite, avec leurs conséquences en contexte industriel. 

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Auteur(s)

  • - Étude Cetim sous-traitée à l’Institut de soudure

INTRODUCTION

Le contrôle de la teneur en ferrite d’un dépôt en acier inoxydable nominalement austénitique permet de maîtriser :

  • le risque de fissuration à chaud : la quantité de ferrite de solidification restante après refroidissement présume du mode de solidification, le mode ferrite-austénite étant le plus favorable ;

  • le risque de fragilisation à haute température : l’excès de ferrite résiduelle favorise le développement d’un réseau continu « sigmatisable » ;

  • les propriétés mécaniques, résilience notamment, à basse température : l’excès de ferrite résiduelle favorise le développement d’un chemin fragile continu ;

  • dans certains cas, la résistance à la corrosion, la phase ferritique apparaissant alors comme une hétérogénéité préférentiellement attaquée (milieu nitrique par exemple).

Ceci justifie la nécessité de mesurer ladite teneur en ferrite de manière fiable.

Pourtant, d’après la norme ISO 8249 : « Il n’existe actuellement pas d’opinion universelle portant sur la meilleure méthode expérimentale assurant un mesurage absolu de la teneur en ferrite d’un métal fondu, que ce soit par voie destructive ou par voie non-destructive ».

En effet, plusieurs méthodes de mesure permettant d’approcher cette quantité coexistent, mais leurs résultats ne s’accordent pas toujours. Ces méthodes diffèrent notamment par le principe physique mis en œuvre dans la technique, mais aussi par leur caractère destructif ou non-destructif, les dimensions de la surface ou du volume soumis à analyse ou examen, les unités, leur facilité d’utilisation.

Typiquement, les fabricants de produits consommables expriment les tendances ferritiques de leurs apports sur des diagrammes de prédiction, les industriels pratiquent le comptage métallographique lors des qualifications de modes opératoires de soudage (MOS) et contrôlent en fabrication de manière non-destructive à l’aide d’appareils magnétiques, à l’instar des inspecteurs.

Or, tous les intervenants concernés par l’intégrité d’un assemblage soudé en acier inoxydable doivent être en mesure de s’accorder sur la teneur en ferrite. Ces personnes peuvent être :

  • le fabricant de produits d’apport de soudage ;

  • le constructeur de la structure soudée ;

  • un organisme chargé de l’élaboration de codes ou de règlements intéressant la sécurité du public ;

  • une compagnie d’assurance ;

  • tout autre organisme pouvant avoir une responsabilité financière en cas de rupture de la construction soudée.

Il est donc indispensable que toute méthode de détermination de la teneur en ferrite soit reproductible d’une part, et que les comparaisons entre mesures par différentes méthodes soient rendues possibles d’autre part.

Encore faut-il avoir connaissance du problème. Le présent document tente donc de faire le point sur la question. Les problèmes posés par la mesure du taux de ferrite y sont rappelés et leurs conséquences en contexte industriel examinées.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm7790


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2. Contexte industriel

2.1 Techniques couramment employées

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2.1.1 Diagrammes de prédiction

Il peut être demandé, dans une spécification, d’avoir recours à un diagramme de prédiction pour le choix d’un produit d’apport. Dans ce cas, un apport est sélectionné pour produire « tant » de ferrite selon « tel » diagramme compte tenu de « telle » dilution.

Après mesure, la teneur effectivement obtenue peut ne pas être conforme aux attentes. Les diagrammes tolèrent une marge d’erreur de prédiction d’une part et le mode d’exécution du dépôt ainsi que les conditions de soudage conditionnent la teneur en ferrite résiduelle d’autre part (influence de la tension d’arc en soudage sous flux, introduction d’azote atmosphérique, cycle thermique).

Les diagrammes permettent d’estimer un potentiel de ferrite pour les apports des procédés TIG (Tungsten Inert Gas), MIG (Metal Inert Gas), plasma, sous flux (flux non-spécifié), basé sur la chimie de l’apport, indépendamment du procédé et des conditions de soudage (gaz, flux, énergie, dilution, etc.). De même, ils sont utilisables pour prédire une teneur en ferrite à partir de l’analyse chimique d’un dépôt pour les apports des procédés à électrode enrobée, fil fourré, sous flux (couples fil/flux).

Les diagrammes de De Long et WRC 92 sont les plus précis, mais restent susceptibles de prédictions différentes.

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2.1.2 Comptage métallographique

Cette technique statistique, très utilisée, donne davantage satisfaction lors de comptages sur duplex, en zone fondue comme en ZAT. Appliquée aux zones fondues austénitiques à faible teneur en ferrite, elle s’avère en revanche laborieuse. Bien que destructive, elle est un recours quand aucune méthode magnétique ne peut être appliquée pour le cas considéré, ou quand il s’agit de « trancher » entre des mesures magnétiques trop divergentes.

Les normes...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KOTECKI (D.J.) -   Understanding delta ferrite.  -  Welding design and fabrication, p. 33 (1990).

  • (2) - KOTECKI (D.J.) -   Standards and industrial methods for ferrite measurement.  -  Le Soudage dans le Monde, vol. 36, p. 161-169 (1995).

  • (3) - KOTECKI (D.J.) -   Predicted and measured FN in specifications : a position statement of the experts of IIW commission IX.  -  Le Soudage dans le Monde, vol. 43, no 2, p. 8-10 (1999).

  • (4) - KOTECKI (D.J.) -   Extension of the WRC Ferrite Number system.  -  Welding Journal, Welding Research Supplement, p. 352s-361s (1982).

  • (5) - KOTECKI (D.J.) -   *  -  Lignes directrices pour la spécification et la mesure de la ferrite dans un métal fondu en acier inoxydable austénitique, Souder, no 1, p. 49-50 (1998).

  • (6) - MOIRON (J.L.), BONNEFOIS (B.), CUNAT (P.J.) -   Souder...

NORMES

  • Soudage - Détermination de l’Indice de Ferrite (FN) dans le métal fondu en acier inoxydable austénitique et duplex ferritique-austénitique au chrome-nickel. - NF EN ISO 8249 - (2000), deuxième édition

  • Standard procedures for calibrating magnetic instruments to measure the delta ferrite content of austenitic and duplex ferritic-austenitic stainless steel weld metal. - ANSI/AWS A 4.2M/A 4.2 - (1997)

  • Produits en acier - Techniques d’examen micrographique. - NF A05 - 150 - (1985)

  • Norme expérimentale - Produits en acier. - Méthode manuelle d’estimation statistique de la fraction volumique d’un constituant à l’aide de grilles de points. - NEF - A05 - 165 -

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