mémoire de fin d’études master: ingénierie des …©moires/upload/master-boulassel-f… ·...
TRANSCRIPT
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES ET METALLURGIE
ENSMM-annaba-
Département science et génie des matériaux
Mémoire de fin d’études
MASTER: Ingénierie des Surfaces
Présenté(e) par : - BOULASSSEL FETHIA
Encadré(e) par : - Dr.L.BENDJEDDOU
Membres du jury : - Pr.H.CHADLI
-Dr.N.MATOUGUI
Septembre 2017
THEME : INFLUENCE DU TRAITEMENT THERMIQUE
D’HYPERTREMPE SUR LE COMPORTEMENT A LA
CORROSION D’UN JOINT SOUDE EN ACIER
INOXYDABLE SUPER DUPLEX A790 UNSS32750.
ENSMM-ANNABA
REMERCIMENTS
Premièrement, je remercie ALLAH le tout puissant de m‘avoir accordé la volonté et le
courage pour réaliser mon mémoire.
La grand merci à mon encadreur Dr. L. BENDJEDDOU mon promoteur pour son
acceptation d’encadrer ce travail, ses encouragements, son suivi attentif et ses précieux
conseils.
Je remercie Monsieur H.CHADLI pour l’attention qu’il a manifesté à ce travail et de m’avoir
fait l’honneur de présider ce jury.
Je souhaite également remercier Dr. MATOUGUI d’avoir accepté d’être l’examinateur de ce
modeste travail.
Un grand merci également aux personnels du laboratoire de l’Ecole Nationale Supérieure des
Mines et Métallurgie-Annaba pour leur gentillesse, leur aide et leur disponibilité. Nous
citerons notamment HICHEM, Mme HAKIMA, NADIR et MOSTEFA.
Je tien à remercier vivement toutes les personnes qui m’ont aidé à élaborer et réaliser ce
mémoire et spécifiquement Monsieur Mr Y.HIMEUR ingénieur en chef à GTP et co-
encadreur de notre travail pour tout son aide et ses conseils précieux, Mr. HAMIDE
responsable de laboratoire des contrôles destructive et non destructive aux sien de GTP, Mlle
F.GUENDOUZI, MLLE .HIBA, Mr. AHMED et Mr. MOURADE, les ingénieures de
l’entreprise.
Mes remerciements vont aussi à tous les enseignants de la filière des sciences et génie des
matériaux qui ont attribué à notre formation. Enfin je tien à exprimer mes reconnaissances à
tous nos amis et collègues, pour le soutien moral et matériel.
DEDICACES
A l’’ame de mon père Seddiki : qui était la flamme de tout mes
réussites, tes petites attention ont fait de ma vie une merveille. Merci
pour tout l’amour, l’éducation et le bon sens que tu m’as fait apprendre
‘Allah yer’hmak’.
A ma mère Meriem, que dieux me la garde et la préserve en bonne
sent épandant toute ma vie, tu es le symbole de la générosité, de la
tendresse, de l’amour inconditionnel.
‘Allah ya’hfdak’
A mes frères Oussama, Aboubaker, et ma sœur Sabrina
Résumé :
Cette étude nous a permis d élucider l’effet de traitement d’hypertrempe à 950°C et à 1150°C
sur le comportement à la corrosion d’un acier inoxydable super duplex A790 UNS S32750
soudé par le procédé TIG et SMAW dans un milieu sulfurique (0.4mol/l).L’étude est dédiée
au comportement comparatif des deux zones : le métal de base (MB), la zone fondue après
chaque traitement d’hypertrempe.
Cette étude nous a permis aussi d’étudier l’influence du phénomène de précipitation de phase
intermétallique σ et des carbures de chrome de type Cr23C6 sur les propriétés de corrosion
telle que le courant et la vitesse de corrosion. L’étude a été menée en utilisant la méthode de
Tafel et suivi par une caractérisation microstructurale par le microscope optique.
Mots clés: traitement d’hypertrempe, corrosion, acier inoxydable super duplex, phase
intermétallique, les carbures de chrome, caractérisation microstructurale.
ملخص
درجة مئویة على 1150درجة مئویة و 950في الحراري عالجالسمحت ھذه الدراسة لنا لتوضیح تأثیر
و تكرس الدراسة للسلوك . في وسط یحتوي على الكبریت )دوبلكس(المقاوم للصدأ للحام سلوك التآكل
.بعد كل معالجة حراري نصھرةو المنطقة الم األساسيالمعدن ارن بینالمق
Cr23C6ات الكروم من نوع رو كربی σ للبنیة لنا ھذه الدراسة بدراسة تأثیر ظاھرة الترسیبكما سمحت
راسة مجھریھ بواسطة الدراسة باستخدام طریقة التفال تلیھا د أجریت.و سرعتھ التآكلعلى خصائص
. المجھر الضوئي
. ھدراسة مجھری, ظاھرة الترسیب ,كسلبوالذ ,التآكل ,ةالعالج الحراری : المفاتیح الكلمات
TABLE DES MATIERES
Introduction générale…………………………………………………...……………………1
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LA CORROSION.
I.1.Définition de la corrosion ..................................................................................................... 2
I.2.Différentes formes de la corrosion ........................................................................................ 2
I.2.1Corrosion uniforme: ........................................................................................................ 2
I.2.2.la corrosion localisée ..................................................................................................... 2
I.2.2.1.La corrosion sous contrainte .................................................................................... 3
I.2.2.2.Corrosion par piqûres .............................................................................................. 3
I.2.2.3.La corrosion intergranulaire .................................................................................... 3
I.2.2.4.la corrosion caverneuse ........................................................................................... 4
I.2.2.5La corrosion galvanique : ......................................................................................... 4
I.3.La résistance à la corrosion des aciers inoxydable ............................................................... 4
I.4.Influence des éléments d’alliage : ......................................................................................... 5
I.4.1.Le chrome : ..................................................................................................................... 5
I.4.2.Le molybdène : ............................................................................................................... 6
I.4.3.L’azote : .......................................................................................................................... 6
I.5.Résistance à la corrosion intergranulaire. ............................................................................. 6
I.5. Résistance à la corrosion par piqures : ................................................................................. 7
I.5.Résistance à la corrosion sous contrainte : ........................................................................... 7
I.6.La Protection contre la corrosion: ......................................................................................... 8
I.6.1.Protection Electrochimique : .......................................................................................... 8
I.6.1.1.La protection cathodique : ....................................................................................... 8
I.6.1.2. la protection anodique. ........................................................................................... 8
I.6.2. Protection par revêtements : .......................................................................................... 9
I.6.3. Les b inhibiteur de corrosion ……………………………………………………………9
CHAPITRE II : TECHNIQUES EXPEREMENTALES.
II.1. Matériau de l’étude : ......................................................................................................... 10
II.2.Analyse chimique : ............................................................................................................ 10
II.3. Préparation des échantillons : ........................................................................................... 12
II.4. Essais potentiostatiques .................................................................................................... 12
II.4.1.Potentiostat ;................................................................................................................ 12
II.4.2.La cellule de corrosion ................................................................................................ 13
II.4.3.Les électrodes .............................................................................................................. 13
II.4.4.Système d'acquisition et traitement des données ........................................................ 13
II.5.Le type de solution utilisé : ............................................................................................ 13
CHAPITRE III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III .1.Test du potentiel électrochimique ................................................................................... 14
III .2.Les courbes de Tafel ...................................................................................................... 16
III.3.Caractérisation microscopique …………………………………………………….........18
Conclusion générale…………………………………………………………………………..20
LISTE DES FIGURES
Figure I. 1.la corrosion uniforme .............................................................................................. 2
Figure I. 2.Corrosion sous contrainte d’un acier inoxydable . ................................................... 3
Figure I. 3.La morphologie de la corrosion par piqûres d'un acier inoxydable 316L dans une
solution qui contient 5% NaCl. ................................................................................................. 3
Figure I. 4.Corrosion intergranulaire d’un acier inoxydable ..................................................... 4
Figure I. 5.Courbe typique courant/densité obtenues par des essaies électrochimique sur les
aciers inoxydable sous plusieurs condition. ............................................................................... 5
Figure I .6.courbe I(E) pour les aciers inoxydables en fonction de la teneur massique en
chrome(I en A et E en V)………………………………………………………………………6
Figure II. 1.spéctromètre PMI Master ...................................................................................... 10
Figure II. 2.les échantillons de travail. ..................................................................................... 12
Figure II. 3.la cellule de corrosion………………………………………………………13
Figure III. 1: représentation graphique d’E=f (t) ...................................................................... 14
Figure III.2: représentation graphique des courbes de TAFEL ................................................ 16
Figure III. 3: structure métallographique des échantillons après les tests de corrosion….. 18
LISTE DES TABLEAUX
Tableau II. 1.la composition chimique de l’acier inoxydable super duplexA790 S32750 ...... 10
Tableau II.2.la composition chimique de A790 S32750selonla norme ASTM. ..................... 11
Tableau II. 3.Composition chimique du métal d’apport ER2594 ............................................ 11
Tableau II. 4.Composition chimique du métal d’apport E2594-15 ……………………… ….11
Tableau III.1.Les paramètres de corrosion obtenus. …………………………………………17
CHAPITRE II : LE SOUDAGE DES
ACIERS INOXYDABLES DUPLEX
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE II : LE SOUDAGE DES
ACIERS INOXYDABLES DUPLEX
INTRODUCTION GENERALE
Introduction Générale
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 1
Introduction général
Les aciers inoxydables sont des matériaux utilisés dans de nombreux domaines
industriels du fait de leur très grande résistance à la corrosion uniforme. Celle-ci est due à la
formation d’une couche protectrice, appelée film passif, de quelques nanomètres d’épaisseur à
la surface de l’alliage. Ces aciers, en contre partie, peuvent être sensibles à la corrosion
localisée, en particulier la corrosion par piqûres (CPP) et la corrosion caverneuse (CC), par
conséquence un endommagement et des dégradations parfois importantes sur site industriel.
La détection de ces types de corrosion joue donc un rôle important dans la prévention des
risques industriels tant sur le plan économique, qu’environnemental et sécuritaire.
Le travail présenté dans ce mémoire concerne le comportement à la corrosion d’un tube en
acier inoxydable super duplex (austéno-ferritique) A790 UNS S32750 selon la norme
ASTM, soudé par le procédé de soudage TIG et SMAW. Après un hyper trempe à 950°C et
1150°C.
Pour cela on a divisé notre travail en trois parties principales
Le premier chapitre est consacré à une étude bibliographique sur :
les différentes formes de la corrosion,
la résistance à la corrosion des alliages inoxydables telle que la corrosion
intergranulaire, par piqure et sous contrainte,
l’Influence des éléments d’alliage comme le chrome, le molybdène et l’azote
En fin, on achèvera par les différentes techniques de protection contre la corrosion.
Les techniques d études, les conditions expérimentales et la caractérisation des matériaux font
l objet du deuxième chapitre.
Dans le troisième chapitre sont présentés les résultats de l étude.
Cette étude est synthétisée par une conclusion générale.
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES
ACIERS INOXYDABLES
CHAPITRE I :
GENERALITES SUR LA CORROSION
Chapitre I Généralités sur la corrosion
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 2
I.1.Définition de la corrosion C’est une interaction physico-chimique entre le matériau et son environnement, entraînant des
modifications dans les propriétés du métal [1]. Dans tout les cas le phénomène de corrosion
est un problème de surface ou plus précisément d’interface entre un métal et un milieu
agressif liquide ou gazeux [2].
I.2.Différentes formes de la corrosion La corrosion peut se produire soit d’une façon uniforme soit d’une façon localisée. De ce fait,
on peut distinguer différentes formes de corrosion : [2]
I.2.1Corrosion uniforme: C’est une perte de matière plus ou moins régulière sur toute la surface. Cette attaque est
observée, par exemple, sur les métaux exposés aux milieux acides. [3,4]
La corrosion uniforme attaque toute la surface du métal [5] .
Figure I
Figure I. 1.la corrosion uniforme [5]
I.2.2.la corrosion localisée : Certains secteurs de la surface du métal se corrodent à des taux plus élevés que d'autres dus à
l’hétérogénéité de surface dans le métal, l'environnement ou dans la géométrie de la structure
dans l’ensemble.[3]
On peut classer les phénomènes de corrosion localisée observés en six catégories principales
[2].
La corrosion sous contrainte.
La corrosion par piqûres.
La corrosion caverneuse.
La corrosion intergranulaire.
la corrosion galvanique.
la corrosion érosion.
Chapitre I Généralités sur la corrosion
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 3
I.2.2.1.La corrosion sous contrainte La corrosion sous contrainte correspond à l’attaque d’un milieu corrosif sur un matériau sous
contraintes. Ces contraintes proviennent de deux sources, soit les charges appliquées et les
contraintes résiduelles engendrées par les soudures et le travail à froid.
L’attaque du milieu ne se fait pas uniformément sur toute la surface, mais elle apparaît par
une rupture ou par une cassure du métal [6].
Figure I. 2.Corrosion sous contrainte d’un acier inoxydable [7].
I.2.2.2.Corrosion par piqûres La corrosion par piqûres se caractérise par la formation de cavités à la surface du métal qui
peuvent atteindre une profondeur de l’ordre du mm mais qui généralement ne dépassent pas
plusieurs dizaines à quelques centaines de μm en diamètre. On observe cette forme de
corrosion sur tous les métaux passifs dans des milieux suffisamment agressifs à partir d’un
certain potentiel appelé potentiel de piqûre ou de rupture. [8]
Figure I. 3.La morphologie de la corrosion par piqûres d'un acier inoxydable 316L dans une solution qui contient 5% NaCl. [9]
I.2.2.3.La corrosion intergranulaire Dans certaines conditions, les joints de grains sont le siège d'une corrosion localisée très
importante alors que le reste du matériau n'est pas attaqué. Elle se rencontre dans les aciers
Chapitre I Généralités sur la corrosion
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 4
inoxydables et est due généralement à la précipitation de carbures de chrome aux joints de
grains qui appauvrissent en chrome les zones adjacentes et les rendent plus sensibles à la
corrosion [2].
.
Figure I. 4.Corrosion intergranulaire d’un acier inoxydable [10].
I.2.2.4.la corrosion caverneuse Elle est due à une différence d'accessibilité de l'oxygène entre deux parties d'une structure,
créant ainsi une pile électrochimique. Cette attaque sélective du métal est observée dans les
fissures et autres endroits peu accessibles à l'oxygène [3 ,4].
I.2.2.5La corrosion galvanique : Résultat de contact de deux métaux de potentiels d’électrode différents en présence d’un
même milieu. [2]
I.3.La résistance à la corrosion des aciers inoxydable La résistance à la corrosion des aciers inoxydables est due à un phénomène de passivité (formation
d’une couche protectrice) grâce à la présence du chrome : il se forme en surface du métal Cr₂O₃ et
FeO qui assurent une bonne résistance à la corrosion. [11]
du point de vue électrochimique, cette résistance à l corrosion s’explique, d’après le diagramme I(E) ,
par un palier de passivité(figure 01).la courbe d’attaque anodique décroit jusqu’à une intensité
constante :l’oxyde est formé (zone de passivité ).ensuit celui-ci est attaqué on a redissolution(zone de
transpassivité indique le tracé de la courbe de polarisation anodique d’un acier inoxydable. [11]
Chapitre I Généralités sur la corrosion
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 5
Figure I. 5.Courbe typique courant/densité obtenues par des essaies électrochimique sur les aciers inoxydable sous plusieurs condition.[12]
la zone d’activité : Une zone de croissance de la densité de courant où la corrosion
devient active.[12]
La zone prépassive : la zone correspondant à une diminution de la densité de courant (le
métal commence à se recouvrir de la couche passive)[12]
Plateau passif (la zone de passivité) : la densité de courant peut diminuer fortement et par
conséquent, la cinétique de la dissolution de l’alliage est fortement réduite .l’alliage est alors
considéré comme étant dans stade passif, et un film fortement adhérent (de quelque
nanomètre) est formé sur sa surface [12]
La zone de transpassivité : Une zone de croissance ou la couche passive commence a
être moins protectrice.[12]
I.4.Influence des éléments d’alliage :
I.4.1.Le chrome : Ce constituant est l'un des métaux les plus bénéfiques pour limiter les risques de
dépassivation locale des aciers inoxydables [13], c’est l'élément essentiel dans l'établissement
d'un film passif sur les aciers inoxydables [14]. Il conduit à une stabilisation de ce film, par la
formation d'une couche d'hydroxyde Cr (OH)3, nH2o ou d'oxyde Cr2o3 , même en milieu
faiblement oxydant [15][16].
Le chrome est l'élément le plus efficace pour lutter contre l'amorçage des piqûres; une teneur
en cet élément supérieure à 30% supprime généralement ce type de corrosion [17].
l’augmentation de la teneur en chrome améliore la résistance de film passif [12] , on voit que
le palier de passivité est d’autant plus étendu , que la quantité de chrome est plus élevé , [11],
Car le chrome a un potentiel de dissolution plus négatif que celui du fer, et devrait de ce fait,
être plus attaquable. Néanmoins, il est en même temps beaucoup plus passivable [18]; c'est ce
dernier aspect qui confère aux matériaux riches en Cr leur caractère inoxydable.
Chapitre I Généralités sur la corrosion
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 6
Figure I .6.courbe I(E) pour les aciers inoxydables en fonction de la teneur massique en chrome(I en A et E en V)[11]
I.4.2.Le molybdène : Le molybdène limite la corrosion par piqûration, par crevasses et la corrosion en milieu acide
réducteur, mais cet élément a un très fort effet alphagène et de plus, sa teneur ne peut pas
dépasser 3 - 4% environ, en raison des risques de précipitation de la phase σ [19.20] .
Le molybdène accélère la cinétique de formation du film passif et confère aux aciers
inoxydables une meilleure résistance à la dépassivation. [21] [22].
I.4.3.L’azote : L’azote améliore la résistance à la corrosion par piqûre ou crevasse des aciers inoxydables, en
raison de son effet inhibiteur de la dissolution active en milieu acide. et favorise la passivité
dans les solutions acides chlorurées [12.2].
Des additions d’azote diminuent les coefficients de diffusion du Cr et de Mo à haut
température, et par conséquence l’acier est moins sensible aux précipitations des phases
intermétalliques qui présentent une forte sensibilité à l’attaque localisé dans certains milieux
corrosifs [23.12]
I.5.Résistance à la corrosion intergranulaire. Les joints de grain s sont des zones désordonnées favorable à l’amorçage et la germination
des précipités de composés métallique telle que les carbures et les nitrures, ou même de
phases intermétalliques, comme la phase σ , la phase chi , phase de laves ou phase R , elle
attirent également des enrichissements locaux en nombreux éléments solutés telle que le
phosphore ,le silicium et le bore , ces zones peuvent être sensible à une corrosion localisé[24]
c’est le phénomène de corrosion intergranulaire, résulte souvent d’un appauvrissement en Cr
des zones proches des joins de grains , résultant de la formation des précipités riche en
chrome [25]
Chapitre I Généralités sur la corrosion
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 7
Les nuances duplex sont très résistantes à la corrosion intergranulaire .Ceci s’explique par
certain propriétés propre aux alliages duplex : [12]
La ferrite a un rôle bénéfique sur la corrosion intergranulaire par rapport aux structures
austénitiques qui sont très sensible à ce type de corrosion, car la diffusion du chrome dans la
ferrite (réseau cristallin moins compact que celui de l'austénite) est beaucoup plus rapide que
dans l’austénite, si la précipitation de carbures de chrome a lieu aux joints de grains, il est
possible de remplacer plus rapidement le chrome formant Cr23C6 avec le chrome contenu dans
la matrice.[12]
Les carbures et les nitrures de chromes précipitent à l’interface α/γ, ce qui réduit la quantité
de précipitation par unité de surface.[12]
Les précipités de carbures de chromes résultent d’une transformation eutectoїde de la ferrite
α= γ +Cr23C6 ce qui rend la précipitation discontinue et le joint de grain mobile [12]
I.5. Résistance à la corrosion par piqures : S’initier par formation de petites cavités en forme de tête d’épingle qui croissent jusqu’a
devenir de petits cratères de profondeur variable ,la surface normalement passive n’est pas
pratiquement attaquée.la corrosion par piqure est caractériser par un élément de corrosion auto
stabilisant pour le quel l’intérieure de la piqure se comporte comme une anode et le reste de
la surface passivée du métal se comporte comme une cathode .[25]
Typiquement les piqures s’amorcent sur une inclusion (de préférence les grandes inclusion
entourées par des espèces sulfurées) ou en zone intergranulaire au voisinage de précipités
riches en chrome (les carbures, sigma) ,de plus forte tenure en azote améliore
significativement la résistance à la corrosion par piqure de l’alliage , les résultat s’explique
par la combinaison de plusieurs mécanismes :[12]
L’augmentation de la tenure d’azote en austénite induit également une légère
augmentation des éléments d’alliage Mo et Cr [12]
Des additions d’azote diminuent les coefficients de diffusion du Cr et de Mo à haut
température, et par conséquence l’acier est moins sensible aux précipitations des
phases intermétalliques qui présentent une forte sensibilité à l’attaque localisé dans
certains milieux corrosifs [12]
I.5.Résistance à la corrosion sous contrainte : La corrosion sous contrainte est un phénomène qui se produit sous l’influence combinée
d’un environnement agressif et un chargement mécanique. Lorsque il y a une déformation
plastique ,un mécanisme de maclage démarre dans la ferrite ce qui conduit à de large effet
de dépassivation locale. Aux fortes contraintes, la dissolution anodique démarre au niveau
locale et la structure ferritique commence a ce fragiliser. [12]
Chapitre I Généralités sur la corrosion
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 8
I.6.La Protection contre la corrosion: La lutte contre la corrosion est une préoccupation constante dans beaucoup de domaines
industriels, elle doit être prise en considération depuis le début d’un projet et jusqu’à sa
réalisation, il s’agit de garantir une certaine durée de vie à un objet pour un minimum de
Charges.
Etant donné que la corrosion résulte de l’action de deux partenaires, le métal ou l’alliage
D’une part, la solution d’autre part, il sera possible de lutter contre ces effets par [26]:
Protection électrochimique
Protection par revêtements
Protection par inhibiteurs de corrosion.
I.6.1.Protection Electrochimique : Elle consiste à agir de manière contrôlée sur les réactions d’oxydation et de réduction qui se
produisent lors du phénomène de corrosion. En effet cette méthode consiste à imposer au
métal un potentiel suffisamment bas pour que la vitesse de corrosion devienne négligeable,
voire nulle. [27] .
On distingue deux méthodes de protection [28] :
La protection cathodique.
La protection anodique.
I.6.1.1.La protection cathodique : Elle consiste à abaisser la tension métal-milieu de manière à l’amener dans sa zone
d’immunité. Deux possibilités sont utilisées : [2]
la protection cathodique par courant imposé : Cette méthode utilise un générateur
extérieur et une anode auxiliaire. Elle offre l’avantage de pouvoir régler la f.é.m ou le
courant en fonction des besoins, ceci permet d’optimiser le système et de protéger de
grande surface. [29].
La protection cathodique par anode sacrificielle : dans ce cas La f.é.m nécessaire
est obtenue a partir de la différence entre le potentiel moyen du couple de corrosion et
le potentiel propre d’une anode (est plus négatif) dite sacrificielle [2]
I.6.1.2. la protection anodique. On utilise ce type de protection dans le cas de matériaux passifs ou passivables. Elle consiste
à réduire la vitesse de dissolution du métal en diminuant la valeur du potentiel de corrosion
mixte du spécimen jusqu'à ce qu’il atteigne le potentiel réversible de la réaction anodique.
Même dans cette condition, il y aura corrosion mais à faible vitesse, ce que l’on accepte étant
donné qu’il s’agit alors d’une corrosion uniforme. La transition de l’état passif à l’état actif
implique la baisse de la densité de courant jusqu’à une très petite valeur. Cette caractéristique
est très utilisée industriellement : protéger un métal en le maintenant dans son domaine de
passivité s’appelle la protection anodique [30][31].
Chapitre I Généralités sur la corrosion
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 9
I.6.2. Protection par revêtements : Ils constituent une barrière physique entre le milieu agressif et le métal à protéger. La
structure à protéger est isolée de l’agressivité du milieu corrosif. On distingue les revêtements
métalliques et les revêtements non métalliques [2].
I.6.3. Les b inhibiteur de corrosion : Un inhibiteur est une “substance chimique ajoutée au système de corrosion à une
concentration choisie pour son efficacité; celle-ci entraîne une diminution de la vitesse de
corrosion du métal sans modifier de manière significative la concentration d’aucun agent
corrosif contenu dans le milieu agressif [32].
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES
ACIERS INOXYDABLES
CHAPITRE II :
TECHNIQUES EXPEREMENTALES
Chapitre II Techniques expérimentales
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 10
II.1. Matériau de l’étude : Le matériau étudié est un acier inoxydable super duplex, donc de structure biphasée auténo-
ferritique. Le nom commun de cet alliage est 2507, ses désignations selon la norme
européenne est : S32750.
Les échantillons ont été prélevés d’un tube de diamètre de 6 pouces et d’une épaisseur de
7.11 mm, fourni par l'Entreprise Nationale des Grands Travaux Pétroliers (ENGTP) de
Réghaia- Alger.
II.2.Analyse chimique : Des analyses chimiques ont été effectuées au niveau de L’ENGTP à l’aide d’un spectromètre
PMI master, la composition chimique de l’acier inoxydable super duplex A790 S32750 est
donnée dans le tableau suivant :
Figure II. 1.spéctromètre PMI Master
Tableau II. 1.la composition chimique de l’acier inoxydable super duplexA790 S32750
L’élément C Mn P S Si Cr Ni Mo N Cu
% 0.022 0.750 0.027 0.001 0.570 25.410 6.210 3.320 0.245 0.180
Chapitre II Techniques expérimentales
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 11
Les résultats obtenus dans le tableau II.1sont conformes à ceux indiqués par la norme ASTM
(tableau III.2).
Tableau II.2.la composition chimique de A790 S32750selonla norme ASTM.
L’assemblage a été effectué pour raison d’obtention d’une soudure homogène, pour cela Les
métaux d’apport choisi est selon la norme ASME SECTION IX:
ER2594 :c’est le métal d’apport utilisé pour le soudage à l’arc sous protection
gazeuse (TIG), sous forme de baguette dont la composition chimique est la suivante :
Tableau II. 3.Composition chimique du métal d’apport ER2594
Eléments C Si Mn P S Cr Ni Mo
Teneure
%
0 .008 0.40 0.40 0.016 0.0005 25.21 9.32 3.90
Eléments W Co V Ti Cu Nb N -
Teneure <0 .01 0.058 0.054 0.003 0.097 0.01 0.24 -
E2594-15 : c’est le métal d’apport utilisé pour le procédé à l’arc électrique avec
électrode enrobée. dont leur composition chimique est la suivant :
Tableau II. 4.Composition chimique du métal d’apport E2594-15 .
Eléments C Si Mn P S Cr Mo Ni N Cu
Teneure
%
0 .04 0.7 0.9 0.017 0.002 25.9 3.8 9.8 0.24 0.14
Elément C Mn P S Si Cr Ni Mo N Cu
% ≤0.030 ≤1.20 ≤0.035 ≤0.020 ≤0.80 24.00-
26.00
6.00-
8.00
3.00-
5.00
0.24-
0.32
≤0.5
Chapitre II Techniques expérimentales
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 12
II.3. Préparation des échantillons : Dans un premier temps, les échantillons métalliques sont prélevés de différentes zones d’un
cordon soudure d’un acier inoxydable super duplex SAF 2507 utilisé pour pipeline, sont
taillés de façon à présenter précisément 1 cm2 de surface. à la présence d’un fil de cuivre
soudé au centre de l’échantillon pour assurer le contact électrique entre l’interface on réalise
l’enrobage dans une résine thermodurcissable de manière à ne laisser exposer à l’électrolyte
que la section à examiner des échantillons, L’ensemble des échantillons polis mécaniquement
au papier abrasif de granulométrie décroissante (papier de 120,400, 600,800, 1000, 1200,
2000et 4000) sous lubrification d’eau.
Figure II. 2.les échantillons de travail.
II.4. Essais potentiostatiques L’obtention des courbes de polarisation nécessite l'utilisation d'un montage comprend
principalement une cellule de corrosion, un potentiostat, un système permettant de
faire l'acquisition et le traitement des données et trois électrodes :
II.4.1.Potentiostat ; Cet appareil est un amplificateur régulateur de courant continu. dont le rôle principal est de
maintenir le potentiel constant entre l'électrode de travail et l'électrode de référence.
II.4.2.La cellule de corrosion La cellule de mesure utilisée pour les essais électrochimiques est une vase en verre pyrex de
forme cylindrique de volume de 250 ml à doubles parois thermostatiques, aux côtés du
cylindre des rodages coniques permettant l'introduction des électrodes.
Chapitre II Techniques expérimentales
ENSMM-ANNABA 2016/2017 Page 13
Figure II. 3.la cellule de corrosion.
II.4.3.Les électrodes Une électrode de travail c’est un acier inoxydable super duplex A790 S35750.
Une électrode de référence au calomel saturé "ECS"
Une électrode auxiliaire en platine
II.4.4.Système d'acquisition et traitement des données Comme, l'acquisition et le traitement des données s'effectuent avec un micro-
ordinateur permettant de tracé les courbes : E = f (t) et log |i| = f (E), et détermine ainsi le
taux de corrosion et la vitesse de corrosion.
II.5.Le type de solution utilisé : Les acides sulfuriques sont des solutions non oxydantes. de sévère phénomènes de corrosion
peuvent se produire si un soin particulier n’est pas apporté à la sélection du matériau. La
solution de corrosion utilisée est un acide sulfurique (H2SO4) de concentration 0.4mol/litre.
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES
ACIERS INOXYDABLES
CHAPITRE III :
RESULTATS ET INTERPRETATIONS
Résultats et Interprétations
ENSMM-ANNABA Page 14
III .1.Test du potentiel électrochimique
(a) (b)
(c) (d)
Figure III. 1: représentation graphique d’E=f (t)
(a) : MB à 950°C, (b):ZF à 950°C, (c) : MB à 1150°C, (d) : ZF à 950°C.
Résultats et Interprétations
ENSMM-ANNABA Page 15
Discussion :
Les courbes (figure III.1): montrent l’évolution du potentiel de corrosion en fonction du
temps d’immersion de métal de base et de la zone fondue d’un acier inoxydable super duplex
A790 UNS S32750 traité à 950°C et 1150°C pendant une heure de maintien, Le suivi du
potentiel libre en fonction du temps est une information parfois utile pour appréhender le
comportement d’un matériau au contact d’un milieu corrosif humide, Il donne des
informations sur les transformations préliminaires, sur la nature des processus en cours à
l’interface métal/électrolyte: corrosion, passivation
La figure III.1 (c): le potentiel croit, le matériau se passive, il s’anoblit; c’est le cas d’une
réaction de passivation conduisant à la formation sur la surface du métal d’un produit de
corrosion insoluble, adhérant, compact et par conséquent d’une couche protectrice.
(Il y a une passivation de la surface).
L’allure de la courbe qui représente l’évolution du potentiel de corrosion avec le temps
(figure III.1 (a), (b), (d)) : montre que La passivation du métal intervient après une attaque
continue du métal, Dans ces conditions, on note une augmentation du potentiel en fonction du
temps d’immersion jusqu’à atteindre l’état stationnaire (en raison de la présence de
molybdène), ce qui traduit un comportement passif du matériau dans le milieu sulfurique.
Résultats et Interprétations
ENSMM-ANNABA
III .2.Les courbes de Tafel :
(a)
(c)
Figure III.2: représentation graphique des courbes de TAFEL
(a) : MB à 950°C, (b):ZF à 950°C,
Résultats et Interprétations
Les courbes de Tafel :
(b)
(d)
représentation graphique des courbes de TAFEL
: MB à 950°C, (b):ZF à 950°C, (c) : MB à 1150°C, (d) : ZF à 950°C
Page 16
représentation graphique des courbes de TAFEL
: ZF à 950°C
Résultats et Interprétations
ENSMM-ANNABA Page 17
Discussion :
Figure III.2 représente les courbes de Tafel qui sont tracées à l’aide de logiciel origine 8.0
La courbe de Tafel obtenue pour le MB traité à 950°C et 1150°C est décalée vers la zone
anodique comparativement aux courbes relatives à la ZF traité à 950°C et 1150° .
En traçant les droites de Tafel des différentes courbes on obtient les résultats résumés dans
le tableau III.1.
Tableau III. 1.Les paramètres de corrosion obtenus.
Echantillons Ecorr (mV) Icorr (μA) Vcorr (mmpy)
MB à 950°C 3,953 1,833 0,030 756 8
ZF à 950°C -390,223 6,630 0,051 915 7
MB à 1150°C 6,419 0,368 4,802 66e-3
ZF à1150°C -339,118 2,293 0,029 925 3
Où :
Ecorr : le potentiel de corrosion en millivolt.
Icorr : le courant de corrosion microampère.
Vcorr : la vitesse de corrosion millimètre par an.
Discussion :
Les valeurs représentées au tableau (Tableau III.1) sont des valeurs calculées à partir des
courbes de TAFEL avec le logiciel EC-Lab.
Remarque :
Le MB traité à 950 et à 1150°C a une intensité de courant très faible et une meilleure
résistance à la corrosion par rapport à la ZF traité à 950 et 1150°C dans l’acide
sulfurique (H2SO4) de concentration 0.4mol/litre
selon les résultats de la vitesse de corrosion faites ci-dessus : les nuances traitées à
1150°C donnent une meilleure résistance à la corrosion par rapport aux celles traitées
à 950°C cela est du à l’effet du traitement thermique, et du phénomène de
précipitation, de la phase intermétallique σ ainsi que les carbures de chrome de type
Résultats et Interprétations
ENSMM-ANNABA Page 18
M23C6 qui influent directement sur les propriétés de corrosion à savoir le courant et
la vitesse de corrosion.
III.3.Caractérisation microscopique :
(a) (b)
(c) (d)
Figure III. 3: structure métallographique des échantillons après les tests de corrosion
(a) : MB à 950°C, (b):ZF à 950°C, (c) : MB à 1150°C, (d) : ZF à 950°C.
D’après les observations microscopiques faites ci-dessus Pour ces nuances, on remarque
l'apparition de plusieurs piqûres le long de la surface des échantillons. Ces piqûres sont
cependant très peu profondes et presque superficielles.
La corrosion par piqûres est un phénomène qui met en jeu des processus
électrochimiques complexes, liés à des paramètres géométriques (existence de zones
Résultats et Interprétations
ENSMM-ANNABA Page 19
confinées…) et métallurgiques (inclusions, précipités…) dans notre cas c’est la présence
de la phase intermétallique σ et les carbures de chrome Cr23C6 qui intervient .et c’est la
raison pour laquelle, on remarque que la densité des piqures après un hypertrempe à
950°C est plus intense qu’à 1150°C, vue le changement microstructurale subi, après le
traitement thermique.
la corrosion par piqûres intervienne principalement à la surface de métaux passivables,
tels que les aciers inoxydables, leur amorçage est ainsi directement lié au film passif et à
sa détérioration locale.
Concernant les éléments d alliage, il est important de signaler le rôle primordial joué par
le Mo dans l'amélioration de la résistance à la corrosion des matériaux. Cet élément
bloque les sites actifs (provoqués par les phénomènes de précipitations), ou les
micropores, rendant ainsi le film uniforme et compact.
Il est à noté que, la susceptibilité à la corrosion est influencé par la fraction de
molybdène présent dans la composition chimique du matériau.
Conclusion générale
ENSMM-ANNABA 2016-2017 Page 20
CONCLUSION GENERALE
L’étude réalisée dans cette partie du travail a permis de caractériser le comportement de
métal de base et de la zone fondue après une hypertrempe à 950et à 1150°C à la
corrosion généralisée et localisée (piqûre et crevasse), dans l’acide sulfurique 0.4 mol/l
La résistance à la corrosion des aciers inoxydables duplex est régie essentiellement par la
composition chimique. En effet, c’est la présence du chrome, le molybdène et l’azote,
qui favorisent la cinétique de repassivation et l’amélioration des propriétés mécaniques
du film de passivité.
des précipités de composés métallique telle que les carbures de type Cr23C6, ou même
de phases intermétalliques, comme la phase σ , elle attirent également des
enrichissements locaux en nombreux éléments solutés telle que le phosphore ,le silicium
et le bore , ces zones peuvent être sensible à une corrosion localisé.
le phénomène de corrosion intergranulaire, résulte souvent d’un appauvrissement en Cr
des zones proches des joins de grains , résultant de la formation des précipités riche en
chrome.
la présence du molybdène qui permet d’améliorer la résistance à la corrosion dans de
nombreux milieux agressifs en particulier les acides non oxydants (acides
chlorhydrique, fluorhydrique, sulfurique et phosphorique). Le rôle essentiel de Mo est
d'augmenter la stabilité de la couche passive en diminuant la cinétique de dissolution
anodique. élargie le domaine de passivité et renforce les propriétés de la couche de
passivité
les aciers inoxydables se caractérisent surtout par leur aptitude à se repassiver.
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
[1] P. Clavier ,Prévention de la Corrosion”, 2éme Ed., Paris, 1977.
[2] J.Barralis ,G.Maeder , précis métallurgie ,France
[3] F. Dabosi, G. Beranger, B. Baroux, Corrosion localisées, les éditions de physique
1987.
[4]V. Nobel, Thèse Docteur de l’université de Paris 6 (université de Pierre et Marie Curie),
2004.
[5] Saadoune Souhila, Synthèse et caractérisation d’inhibiteurs bi- fonctionnels :
application à la corrosion des aciers de construction, Université Ferhat Abbas-Sétif Faculté
des Sciences de l’Ingénieur département de génie des procèdes, 2010, page 3-4-5.
[6] J.Jacques lamoureux, Précis de corrosion, Editions Beauchemin I, 1994
[7] A. Jenssen, L.G. Ljungberg, J. Walmsley and S. Fisher, Importance of
Molybdenum on Irradation-Assisted Stress Corrosion Cracking in Austenitic
Stainless Steels, Corrosion – Nace, 1998, p. 48.
[8] B. Baroux, D. Gorse, et R. OLTRA, «Pitting corrosion of stainless steel: The importance
of being a metallurgist », in Critical Factors in Localized Corrosion IV, The Electrochemical
Society, PV 2002-24., Eds.S. Virtanen, P. Schmuki, and G. S. Frankel,
2002, p. 335-346.
[9] A. Fossati, F. Borgioli, E. Galvanetto, T. Bacci, Corrosion Science 48 ,2006
[10] G. Pinard Legry et A. Pourbaix, Corrosion Localisée, Les Editions de Physique,
(1994).
[11] Stéhane Renault ,le chrome : application industrielles et aspects environnementaux
‘Edition universitaires européennes 2010.
[12] Iris.Alvarez-Armas,Suzanne.Degallaix-Moreuil ,les aciers inoxydable duplex (2010)
[13 ]AL SEDRIKS Metallurgical ,control of localized corrosion of stainless steels stainless
steels' 87 YORK
[14] Β. Baroux G. Beranger C. Lemaitre, Passivité et rupture de passivité des aciers
inoxydables Les aciers inoxydables Ed. de physique 1990.
[15] JP. Audouard, La corrosion uniforme Les aciers inoxydables Edition de physique 1990.
[16] RL. Tapping, Surface studies of austenitic alloys subjected to crevice corrosion in
seawater CORROSION SCIENCE Vol. 24
[17] R.F. Steigerwald, Corrosion, 22 (4), 1966, p. 107
[18 ] L. Colombier J. Hochmann Aciers inoxydables, aciers réfractaires Ed.
DUNOD 1965
[19] Nillson J.O , Materials Science and Technology, 1992,
[20] De Cristofaro .N , Giai .L , Melotti .G, Stainless steel 93, Firenze, vol .3, p.189.
[21] J.Paudouard, Thèse d'Université, Institut National Polytechnique de Grenoble,Dec 1980
[22] J.M. Defranoux, Sur le mécanisme de l'influence des additions de molybdène
sur la résistance à la corrosion des aciers inoxydables austénitiques", Journée "Le
molybdène dans les aciers spéciaux", 29 Novembre 1973, Paris
[23] JR. kearns ; H.E. deverell , The use of nitorgen to improve Fe-Cr-Ni-Mo
alloys for the chemical process industries .
[24] G.Beranger ,J.C.Charbonier , intergranular corrosion of stainless steels , les éditions
de physique ,les Ulis 1993
[25] G. David , les aciers inoxydables propriétés ,Mise en œuvre ,Emploi et Normes France
1990
[26] H. Uhlig, Corrosion et Protection, DUNOD, Paris (France 1970).
[27] E. W. Skerray, l. L. Shreir, corrosion, newnes butterworth, london, 1976.
[28] A.Campa, Protection des surfaces Métalliques Contre la Corrosion, Technologie
Professionnelle pour les mécaniciens, Tome 2, Paris, les Editions Foucher, 1971.
[29] J. Catonné, L. Lacourcelle, les Revêtements Protecteurs dans l’Industrie, Principe -
Applications – Choix, CAST LYON, 1977
[30] J.C. Scully, Corrosion Protection, principes fondamentaux, 1995.
[31] L.L. Shreir, C.Chem, R.A. Jarman, G.T. Burstein, Corrosion Volume 2, Corrosion
Control , Planta Tree, 10:20, 10:29, 10:56 (1995).
[32] G. Trabanelli,V. Carassiti ; Corrosion Science and Technology, NewYork 1970.