Mesure de la fraction volumique de ferrite dans les soudures de raccords duplex

Pourquoi l'équilibre de la ferrite est important dans les raccords duplex

Les aciers inoxydables duplex austénitiques/ferritiques sont choisis pour leur combinaison de résistance mécanique et de résistance à la corrosion. Dans les produits corroyés et les soudures, l'équilibre austénite-ferrite est un indicateur clé de la bonne mise en œuvre du matériau et de la soudure. Pour les acheteurs EPC qui se procurent des raccords de tuyauterie duplex, la question est souvent formulée comme « quelle est la fraction de ferrite ? » Mais la manière dont cette fraction est mesurée, et ce que le résultat prouve réellement, dépend de la méthode d'essai et de la spécification qui la sous-tend.

Deux normes ASTM sont fréquemment citées : ASTM E562 et ASTM A923. Elles sont parfois confondues car toutes deux concernent la microstructure des aciers inoxydables duplex. Cependant, elles répondent à des questions métallurgiques différentes et ne sont pas interchangeables.

ASTM E562 : comptage manuel systématique de points

L'ASTM E562 est une méthode d'essai normalisée pour déterminer la fraction volumique par comptage manuel systématique de points. Elle repose sur le principe stéréologique selon lequel une grille de points régulièrement espacés, placée systématiquement sur une image d'une section bidimensionnelle de la microstructure, peut fournir une estimation statistique non biaisée de la fraction volumique d'un constituant ou d'une phase identifiable. La norme exige un nombre représentatif de placements sur différents champs.

Dans les soudures de raccords duplex, l'E562 est utilisée pour estimer la fraction volumique de ferrite dans la microstructure. Le métallographe prépare une section plane, polie et attaquée, place une grille et compte les points tombant sur la ferrite. Le résultat est une fraction volumique, généralement exprimée en pourcentage.

Points clés pour les acheteurs :

• L'E562 est une procédure manuelle de comptage de points. L'analyse d'image automatisée est décrite séparément dans l'ASTM E1245.
• La méthode peut être appliquée à toute phase clairement identifiable sur une section bidimensionnelle.
• La norme elle-même ne fixe pas de plage de ferrite acceptable. Cette plage provient de la spécification du matériau, de la spécification de procédure de soudage (WPS) ou de la spécification du projet.

ASTM A923 : détection des phases intermétalliques nuisibles

L'ASTM A923 n'est pas une méthode de comptage de la ferrite. Il s'agit d'un ensemble de méthodes d'essai pour détecter les phases intermétalliques nuisibles dans les aciers inoxydables duplex austénitiques/ferritiques, dans la mesure où la ténacité et la résistance à la corrosion sont significativement affectées.

La norme comprend trois méthodes d'essai :

• Méthode d'essai A : essai d'attaque à la soude caustique pour la classification des structures d'attaque.
• Méthode d'essai B : essai de résilience Charpy pour la classification des structures.
• Méthode d'essai C : essai de corrosion au chlorure ferrique pour la classification des structures.

La présence de phases intermétalliques peut se produire lorsque les aciers inoxydables duplex sont exposés à des températures comprises approximativement entre 600 °F et 1750 °F (320 °C et 955 °C). La vitesse de précipitation dépend de la composition et de l'historique thermique ou thermomécanique. Un traitement thermique correct peut éliminer ces phases ; une trempe rapide après mise en solution offre une résistance maximale aux expositions thermiques ultérieures.

Il est essentiel de noter que la conformité aux exigences chimiques et mécaniques de la spécification de produit applicable n'indique pas nécessairement l'absence de phases nuisibles. Cela signifie qu'un PQR ou un MTR peut montrer des valeurs de traction acceptables alors que des phases intermétalliques existent toujours.

Des questions différentes, des méthodes d'essai différentes

La distinction vérifiée ne peut être suffisamment soulignée : la mesure de la fraction de ferrite et la détection des phases intermétalliques nuisibles répondent à des questions métallurgiques différentes.

La fraction volumique de ferrite est un indicateur d'équilibre microstructural. Elle peut être utilisée pour qualifier une procédure de soudage ou vérifier l'état du matériau de base, mais elle ne vous dit pas directement si la phase sigma, la phase chi ou d'autres intermétalliques se sont formés.

Les essais ASTM A923 sont conçus pour détecter la présence de phases intermétalliques qui ont déjà dégradé la ténacité ou la résistance à la corrosion. L'A923 ne mesure pas la fraction de ferrite.

Les acheteurs ne doivent jamais utiliser un résultat A923 comme valeur de fraction de ferrite, ni utiliser un comptage de points E562 comme preuve de l'absence de phases intermétalliques.

Ce que les acheteurs doivent vérifier dans les spécifications

Les plages d'acceptation de la fraction de ferrite doivent provenir de la spécification applicable. Cela peut être :

• La norme de produit ASTM pour le matériau du raccord (par exemple, A790/A790M couvre les tubes en acier inoxydable ferritique/austénitique sans soudure et soudés, tandis que A928/A928M couvre les tubes soudés à l'arc électrique ; les raccords peuvent faire référence à une norme correspondante).
• La spécification de procédure de soudage ou l'enregistrement de qualification de procédure.
• La spécification du projet ou les exigences techniques du client.

Ne supposez pas qu'un « numéro de ferrite » générique provenant d'un appareil magnétique équivaut à une fraction volumique métallographique. La relation entre le numéro de ferrite, la teneur en ferrite mesurée par des méthodes magnétiques et la fraction volumique déterminée par comptage de points n'est pas directe. Elle doit être qualifiée pour chaque matériau et procédé.

Contrôles d'achat pour les commandes de raccords duplex

Lorsque vous demandez des devis pour des raccords duplex, ajoutez ces questions à votre appel d'offres :

1. Quel critère d'acceptation de la ferrite s'applique ? Demandez au fabricant d'indiquer la fraction volumique de ferrite ou le numéro de ferrite requis, ainsi que la norme applicable.
2. Quelle méthode d'essai sera utilisée ? Si l'exigence est une fraction volumique métallographique, confirmez que l'ASTM E562 est référencée et que le laboratoire a de l'expérience avec les aciers inoxydables duplex.
3. Comment les phases intermétalliques nuisibles seront-elles exclues ? Demandez si l'ASTM A923 sera réalisée sur des échantillons représentatifs, et quelle méthode d'essai (A, B ou C) est spécifiée.
4. Quel est l'emplacement d'échantillonnage ? Les phases intermétalliques peuvent être présentes dans les sections épaisses ou les zones affectées thermiquement des soudures. L'échantillonnage doit être représentatif des emplacements critiques.
5. Les résultats d'essai sont-ils étayés par un dossier documentaire complet ? Demandez le rapport d'essai, la référence de la méthode et le nombre de champs comptés ou d'éprouvettes testées.

Points d'inspection et de documentation

• Confirmez que le plan qualité du fabricant comprend à la fois des essais chimiques et mécaniques, et que l'A923 est spécifiée lorsque la spécification du projet l'exige.
• Examinez le rapport d'essai pour la désignation et l'édition de la norme. Un rapport indiquant « essai de ferrite selon ASTM E562 » doit montrer la taille de la grille, le nombre de champs et la fraction volumique calculée avec l'incertitude statistique.
• Demandez une copie de la qualification de procédure de soudage si les raccords sont soudés.
• Si une inspection par un tiers est impliquée, spécifiez que l'inspecteur vérifie la méthode d'essai et les critères d'acceptation avant la libération.
• N'acceptez pas un numéro de ferrite provenant d'un instrument magnétique comme substitut à l'ASTM E562, sauf si la spécification du projet autorise explicitement cette corrélation.

Risques courants dans les essais de ferrite et d'intermétalliques

• Spécifier le mauvais essai : Exiger l'A923 alors que le besoin réel est la vérification de la fraction de ferrite peut retarder la production et augmenter les coûts.
• Assimiler les lectures magnétiques à la fraction volumique : Le numéro de ferrite magnétique est affecté par la taille des grains d'austénite, l'orientation et d'autres facteurs ; il ne remplace pas directement le comptage de points.
• Ignorer l'effet du soudage : Un apport thermique inapproprié ou une température entre passes peut modifier l'équilibre de la ferrite ou favoriser la précipitation d'intermétalliques. Vérifiez la WPS pour les raccords duplex.
• Se fier uniquement au certificat matière : Comme le stipule l'A923, la conformité aux exigences chimiques et mécaniques n'indique pas nécessairement l'absence de phases nuisibles.
• Critères d'acceptation peu clairs : Si l'acheteur ne spécifie pas de plage, le fabricant peut utiliser ses propres critères internes, qui peuvent ne pas correspondre à votre exigence de projet.

Comment procéder

L'achat de raccords duplex devrait commencer par une spécification écrite claire. Définissez l'exigence de ferrite, la méthode d'essai et la méthode de détection des phases intermétalliques avant de demander des devis. Si votre spécification de projet indique « teneur en ferrite selon ASTM E562 » ou « intermétalliques selon ASTM A923 », assurez-vous que le fabricant comprend quelle norme s'applique et quelles limites d'acceptation sont en vigueur.

Pour une gamme complète de raccords en duplex et autres aciers inoxydables, consultez notre gamme de produits /en/products. Lorsque vous êtes prêt à envoyer un appel d'offres, incluez les clauses d'essai exactes et les critères d'acceptation de votre spécification de projet ; notre page /en/inquiry vous permet de joindre directement ces documents.

Sources

• https://store.astm.org/e0562-19e01.html
• https://store.astm.org/a0923-25.html