Littérature scientifique sur le sujet « Acier inoxydable super duplex »

La demande croissante en énergie nécessite l'exploration de pétrole et de gaz dans des conditions plus difficiles. Ces systèmes de production exigent l'utilisation d'équipements forgés faits de nuances d'acier de plus haute résistance, comme les aciers inoxydables austéno-ferritiques (duplex). Ces composants tendent à présenter une perte de ductilité et de performance mécanique générale provoquée par l'hydrogène produit par p. ex. des systèmes de protection cathodique et des processus de corrosion. Les composants en aciers inoxydables duplex présentent une longue histoire d’endommagement par l'hydrogène à basse température provenant de diverses sources. Bien qui ce type de endommagement soit assez récurrent, diverses informations connexes restent à élucider, en raison de l'interaction complexe de l'hydrogène avec la microstructure et le caractère localisé de la production et du transport de l'hydrogène dans le matériau.Le présent travail vise à améliorer la compréhension physique de l'interaction entre l'hydrogène et la microstructure ainsi que les effets de différentes procédures de chargement d'hydrogène sur les propriétés mécaniques des composants forgés en acier inoxydable super duplex UNS S32750.Le développement d'une telle compréhension implique l'évaluation des effets de l'hydrogène sur les propriétés mécaniques du matériau au moyen d'essais de traction dans différents environnements riches en hydrogène. Basé sur des résultats d'essais de traction à vitesse de déformation faible, une relation quantitative entre la fragilisation provoquée par l'hydrogène gazeux et cathodique est proposée, et les effets possibles de la fragilisation par l’hydrogène provoquée par dislocations sont discutés.Des descriptions quantitatives et qualitatives du transport de l'hydrogène, incluant l'analyse des effets des différentes microstructures et voies de diffusion, et de sa position dans le réseau et dans la microstructure (ségrégation de l'hydrogène aux pièges) sont proposées. Ces descriptions sont obtenues en considérant les résultats de différentes techniques expérimentales: essais de perméation, spectroscopie de désorption thermique, spectroscopie de masse d'ions secondaires à temps de vol et diffusion de neutrons
The increasing demand for energy requires the exploration of oil and gas at deeper water locations and on more severe conditions. These production systems have demanded the use of forged equipments made of higher strength steel grades, such as austenitic-ferritic (duplex) stainless steels. These components are more prone to exhibit loss of ductility and general mechanical performance caused by hydrogen generated e.g. by cathodic protection. Duplex stainless stainless steels components present a vast history of hydrogen damage at low temperatures, due to hydrogen derived from various sources. Even being this kind of damage fairly recurring, various related information remains to be elucidated, due to the complex interaction of hydrogen with the microstructure and localized character of hydrogen generation and transportation in the material. The present work aims to improve the physical understanding of the interaction between hydrogen and the microstructure as well as the effects of different hydrogen charging procedures on the mechanical properties of forged components made of the super duplex stainless steel grade UNS S32750.The development of such understanding involves the evaluation of the effects of hydrogen on the mechanical properties of the material through tensile tests in different hydrogen-rich environments. Based on results of slow-strain rate tensile tests, a quantitative relationship between embrittlement caused by gas hydrogen and cathodic charging is proposed, and possible effects of dislocation-assisted hydrogen transportation and embrittlement are discussed. Quantitative and qualitative descriptions of the hydrogen transportation, including analysis of the effects of different microstructures and diffusion paths, and of its position in the lattice and in the microstructure (hydrogen segregation to traps) are proposed. These descriptions are achieved considering results of different testing techniques: permeation tests, thermal desorption spectroscopy, time-of-flight secondary ion mass spectroscopy and neutron scattering

Les aciers inoxydables super-duplex (SDSS) sont des matériaux d’ingénierie intéressants, du fait de leur structure biphasé qui leur confère généralement une grande résistance à la corrosion combinée à une haute résistance mécanique. Ils sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels, tels que l’oil & gas (pipelines et réservoirs de stockage), le dessalement (évaporateurs et pompes), la géothermie, la dépollution (épurateur) et l’industrie des pâtes et papiers (digesteurs et réacteurs de blanchissement).Dans cette thèse, l’influence de l’addition de cuivre et de tungstène dans les SDSS sur la résistance à la corrosion localisée (piqûration) a été évaluée. Les trois nuances étudiées ont été : UR2507, UR2507Cu (1,6 %mass. Cu) et UR2507W (0,6%mass. Cu et 0,6%mass. W).L’épaisseur et la composition chimique des films passifs formés après un état de surface optimisés ont été étudiées par spectrométrie photoélectronique X et par spectrométrie Auger avant et après immersion dans 5 M NaCl 90°C. La résistance à la corrosion par piqûres a ensuite été évaluée dans des milieux NaCl en utilisant la méthode de la détermination de la température critique de piqûration (CPT) combinée à la microcellule électrochimique (capillaire d’un diamètre de 300 microns environ) et la méthode pulsée (PPT). Les analyses locales de CPT ont été utilisées pour comparer les mécanismes d’amorçage des piqûres sur les trois nuances alors que la PPT a permis de comparer la taille des piqûres formées. En complément, les potentiels critiques de piqûration ont été mesurés à une échelle plus globale (5 cm²) dans des solutions de différentes concentrations en NaCl et de différentes températures. Ces conditions sont plus proches des conditions réelles d’utilisation des SDSS. Il a été montré que l’effet du cuivre et du tungstène sur la résistance à la corrosion localisée dans les SDSS dépend du milieu d’utilisation (T,[Cl-]) et que les phases d’amorçage et de début de propagation peuvent aussi être influencés par des paramètres non liés à la composition tel que le pH local et l’état de surface (écrouissage)
Super duplex stainless steels (SDSS) are interesting engineering materials, due to their generally high corrosion resistance combined with high strength. They are widely used in various industrial sectors, such as oil & gas (pipelines and storage tanks), desalination (evaporators and pumps), geothermal, pollution control (scrubber) and pulp and paper (digester and bleaching reactors) industries.In this PhD thesis, the influence of the addition of copper and tungsten in SDSS on their localised corrosion resistance (pitting) was investigated. Three alloys studied were: UR2507, UR2507Cu (1.6 %wt. Cu) and UR2507W (0.6%wt. Cu and 0.6%wt. W).The thickness and chemical composition of the passive film formed on the three alloys after optimised surface preparation was first investigated by means of X ray photoelectron spectroscopy and Auger electron spectroscopy before and after immersion in highly concentrated NaCl solutions. Pitting corrosion resistance was then investigated in NaCl-based media using the critical pitting temperature testing method combined with the electrochemical microcell technique (capillary diameter of about 300 microns) and potentiostatic pulse technique (PPT). Local CPT measurements were used to compare the resistance of the three different alloys to pitting while PPT enables to compare the size of the pits formed. In addition, pitting potentials were measured in samples with 5 cm² area in solutions of different NaCl concentrations and temperatures. These measurements are closer to the real using conditions of the alloys.It was showed that copper and tungsten effects on localised corrosion resistance in SDSS depend on the using media (T, [Cl-]) and the initiation and start of the propagation phases can also be influenced by parameters not linked to composition such as local pH and surface conditions (cold-work layer)

L'objectif principal de cette thèse est de proposer une étude approfondie du couple "Acier inoxydable super duplex 2507 – procédé Laser Powder-Direct Energy Deposition (LP-DED)" et d'établir une démarche d'optimisation du processus de fabrication (avec ou sans traitement thermique) en termes de propriétés mécaniques et électrochimiques. Pour atteindre cet objectif, plusieurs étapes sont entreprises.Tout d'abord, des critères pour évaluer la qualité du matériau déposé par fabrication additive sont définis. Cela aboutit à l'optimisation des paramètres d'impression en utilisant la machine LP-DED BeAM Mobile-004 et la poudre d'acier inoxydable super duplex SAF2507.Ensuite, l'impact du procédé sur la microstructure est évalué ainsi que de divers traitements thermiques appliqués à la matière brute fabriquée par procédé LP-DED.Une comparaison avec un acier forgé de même nuance est également proposé et permet de mettre en perspective les différences et points communs entre les procédés conventionnels et la fabrication additive métallique.Des essais de traction uniaxiale, de dureté, de corrosion par piqûre et des campagnes d'essais de fatigue sont alors menés sur les différents matériaux obtenus. Cette phase expérimentale permet d'étudier l'influence de la microstructure et d'observer les variations des propriétés examinées.Enfin, en ouverture, un modèle est proposé pour décrire le comportement en fatigue observé sur l'acier inoxydable super duplex 2507. Ce modèle tient compte du caractère biphasique du matériau, chaque phase présentant un comportement spécifique. La proportion de chaque phase est intégrée pour tenter de refléter les contrastes observés lors des campagnes d'essais de fatigue par auto-échauffement en fonction de la microstructure du matériau.Cette thèse contribue ainsi à une meilleure compréhension et optimisation du procédé de fabrication additive LP-DED pour l’acier inoxydable super duplex 2507, en mettant en lumière l'importance de la microstructure sur les propriétés mécaniques et électrochimiques du matériau.Elle propose ainsi les procédés et leurs limites pour aboutir à un matériau imprimé avec les propriétés attendues
The main objective of this thesis is to propose an in-depth study of the "Super duplex 2507 stainless steel - Laser Powder-Direct Energy Deposition (LP-DED) process" combination and to establish an approach for optimising the manufacturing process (with or without heat treatment) in terms of mechanical and electrochemical properties. Several steps are being taken to achieve this objective.Firstly, criteria for assessing the quality of the material deposited by additive manufacturing are defined. This led to the optimisation of printing parameters using the LP-DED BeAM Mobile-004 machine and SAF2507 super duplex stainless steel powder.Next, the impact of the process on the microstructure is assessed, as well as the impact of various heat treatments applied to the LP-DED raw material. A comparison with a forged steel of the same grade is also proposed, enabling the differences and similarities between conventional processes and metal additive manufacturing to be put into perspective.Uniaxial tensile tests, hardness tests, pitting corrosion tests and fatigue test campaigns are then carried out on the various materials obtained. This experimental phase enables the influence of microstructure to be studied and variations in the properties examined to be observed.Finally, a model is proposed to describe the fatigue behaviour observed in super duplex 2507 stainless steel. This model takes account of the two-phase nature of the material, with each phase exhibiting a specific behaviour. The proportion of each phase is integrated in an attempt to reflect the contrasts observed during self-heating fatigue testing campaigns as a function of the material's microstructure.This thesis contributes to a better understanding and optimisation of the LP-DED additive manufacturing process for super duplex 2507 stainless steel, by highlighting the importance of the microstructure on the mechanical and electrochemical properties of the material

Cette Thèse a porté sur l’étude en fatigue oligocyclique et en fissuration des joints soudés des aciers inoxydables superausténitique (Alloy28) et duplex (UNS S32550). L’effet de la présence du joint soudé dans la structure a été examiné.La première étape de ce travail a consisté à étudier le comportement monotone et cyclique du métal de base et du métal d’apport de chaque nuance d’acier inoxydable de l’étude. Les lois de comportement à température ambiante ont été ainsi identifiées.Des essais de fatigue oligocyclique sous différents niveaux de déformation imposée ont été effectués sur les aciers inoxydables et leurs joints soudés. Les résultats indiquent que la durée de vie des soudures est plus faible que celle du métal de base. Les analyses des mécanismes d’endommagement montrent que la durée de vie réduite des joints soudés est attribuée à l’accélération de la phase d’amorçage.Enfin, les essais de propagation de fissure sur l’Alloy28 montrent que le rapport de charge a un effet sur la cinétique de propagation dû au phénomène de fermeture par rugosité et par plasticité. Les vitesses de propagation de fissure dans le métal d’apport sont très similaires à ceux du métal de base. Ceci est dû à la compensation de plusieurs effets comme le phénomène de fermeture, la rugosité et les contraintes résiduelles. L’acier inoxydable duplex ne présente pas d’effet de rapport de charge sur la cinétique de fissuration. Les vitesses de propagation de fissure du métal d’apport sont aussi comparables à celles du métal de base
This thesis focused on the study of low cycle fatigue and crack growth of welded joints of superaustenitic (Alloy28) and Duplex (UNS S32550) stainless steels. The effect of the presence of the welded joint in the structure was also examined.The first part of this work was to study the monotonous and cyclic behavior of the base metal and weld metal of each stainless steel. The behavior laws of each material were identified at room temperature.Low cycle fatigue tests at different levels of deformation were performed on stainless steels and their welded joints. The results indicate that the fatigue life of welded joints is lower than the base metal. The analyses of damage mechanisms show that the short life of welded joints is attributed to the acceleration of the initiation phase.Finally, crack propagation tests in Alloy28 stainless steel show that load ratio has an effect on the crack growth rate due to the closure phenomenon by roughness and plasticity. The crack growth rate in the weld metal is very similar to that of the base metal. This is due to the compensation of various effects such as the roughness, the residual stress and the closure phenomenon. The duplex stainless steel does not present load ratio effect on the crack growth rate. The crack growth rates of the weld metal of the duplex stainless steel are also comparable to those of the base metal

L'objectif de l'étude est de comprendre les mécanismes d'endommagement cyclique en fatigue-torsion. Les matériaux choisis dans cette étude ont été abondamment étudiés en fatigue uniaxiale, des comparaisons entre les résultats obtenus avec ces deux modes de sollicitation ont été effectués. Dans les aciers monophasés et , un nouveau de fissuration a été observé. La fissuration suivant l'axe de l'éprouvette a plutôt un effet bénéfique, et peut induire souvent une rupture très progressive. En ce qui concerne les mécanismes de propagation en volume, des observations du front des fissures ont été réalisées lors de cette étude, les résultats montrent que la coalescence en surface n'accélère pas l'endommagement. Dans l'acier duplex vieilli à 475°C pendant 200h, l'attention a été portée sur le rôle des phases individuelles dans l'endommagement. A faible niveau de déformation, la plupart de fissures sont amorcées dans les grains de la phase , et la fraction des fissures qui sont parties des grains de la phase augmente à mesure de l'augmentation de l'amplitude de déformation imposée. A la base de ces résultats, nous avons apporté une amélioration sur le modèle de barrière proposé par Jacques. STOLARZ. La fragilité de l'acier duplex vieilli induit une ‘instabilité' au niveau de la symétrie des contraintes maximales dans les deux sens de déformation. Une asymétrie évidente peut se produire dans certaines conditions, telles que l'arrêt temporaire, ou l'interruption et reprise du cyclage. D'après nos résultats, une contrainte moyenne non nulle peut améliorer la durée de vie en fatigue-torsion
The aim of the research is to include/understand the cyclic damage mechanisms in fatigue-torsion. The materials chosen in this work were thoroughly analysed in uniaxial fatigue tests and the comparisons between the results obtained with these two modes of request are herein included. In the single-phase steels and , a new core cracking was observed. Cracking along the the test-material axis has a beneficial effect and can often induce a rather astoundingly fast progressive rupture. With regard to the mechanisms of propagation in volume, observations of the face of the cracks were equally carried out and the results show that coalescence on the surface does not accelerate the damage. In the aged duplex steel at 475°C during 200h, our investigation was focused on the role of each of the individual phases present throughout the deformation process. At low level deformation, the majority of the cracks started in the grains of the -phase and, the fraction of the cracks which makes however part in the -grains, increases with the increase in the amplitude of subsequently imposed deformation. Our published results were an upgrading on the already existent barrier model, originally proposed by Jacques STOLARZ. The brittleness of the aged duplex steel provokes an instability on the symmetry level of the of the maximum constraints in the two deformation directions. An obvious asymmetry can occur under certain conditions, such as the temporary halt, or the interruption and resumption of cycling. According to our observations, a non-null average constraint can improve the lifespan in fatigue-torsion

L’objectif de ce travail est double : d’une part mettre au point un dispositif de microscopie in situ qui permette de faire des observations de l’endommagement de surface en fatigue d’une éprouvette standard en acier duplex, à l'échelle de la microstructure, en cours d’essais ; d’autre part acquérir régulièrement des images durant le cyclage, afin d'analyser l'endommagement grâce aux champs cinématiques calculés par corrélation d’images numériques (CIN). Des observations de surface permettent d’identifier et de suivre le développement et la localisation de la déformation plastique cyclique, d’identifier les sites d’amorçage des microfissures et de suivre la propagation des microfissures en surface. Ces observations, associées à des analyses EBSD, permettent d’identifier les systèmes de glissement activés dans chaque phase. Des mesures de relief de surface par profilométrie interférométrique permettent de caractériser la morphologie des marques de glissement apparues en surface. La texture de niveaux de gris de l’image, nécessaire à la CIN, est obtenue par attaque électrochimique. Les champs mesurés mettent en évidence les hétérogénéités de déformations à l’échelle des grains, le niveau des déformations plastiques cumulées et leur dispersion, dans chacune des phases. Ils permettent par ailleurs de détecter les sites probables d’amorçage des microfissures, bien avant leur observation. L'étude montre la complémentarité des diverses techniques utilisées, et en particulier l'intérêt des mesures de champs à l'échelle de la microstructure, vis-à-vis de la compréhension de l'endommagement en fatigue plastique oligocyclique dans le matériau biphasé qu'est l'acier duplex
The aim of this work is firstly to develop an in-situ microscopy device to perform surface damage observations at the microstructural scale on standard duplex stainless steel fatigue specimen during low-cycle fatigue tests, and secondly, to acquire digital images regularly during cycling to analyse damage thanks to kinematical fields calculated by digital image correlation (DIC) technique. Surface observations allow to identify and to follow development and localisation of cyclic plastic strain, to identify microcrack initiation sites, and to follow propagation of these cracks at the surface. These observations combined with EBSD analysis enable to identify activated slip systems in each phase. The relief measurements by interferometric profiler allow to characterise the morphology of the slip markings appeared at the surface. The random surface texture necessary to DIC is obtained by a lightly electrochemically etching of the specimen. Fields measured highlight strain heterogeneities at grain scale, cumulated plastic strain levels and their dispersions in each phase. They allow also to detect the probable microcrack initiation sites, very before their observation. The study shows the complementarity of the various techniques used, in particular the interest of field measurements at the microstructural scale, towards the understanding of low-cycle fatigue damage in a two-phased material such as a duplex stainless steel

Les aciers inoxydables lean duplex sont des alliages de fer, de chrome et de nickel dans lesquels coexistent deux phases cristallographiques (austénite - γ et ferrite - α). Ces aciers présentent de très bonnes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion, et trouvent leurs principales applications dans les domaines de l’exploration pétrolière offshore et du dessalement de l’eau de mer. Malgré ces excellentes propriétés, l’influence de la déformation plastique induite par les procédés de mise en forme sur la résistance à la corrosion de ces matériaux est encore peu comprise, et peut constituer un levier d’amélioration de ces alliages. Ainsi, cette étude a eu pour but de déterminer les paramètres de microstructure liés à la déformation plastique et pouvant impacter les réactions d’oxydation du métal et d’évolution de l’hydrogène, souvent liées aux phénomènes de corrosion des métaux en milieux acides. Le rôle de l’émergence des marches de glissement, conséquence en surface du glissement des dislocations dans le métal lors de la déformation plastique, a également été étudié. Des éprouvettes d’acier inoxydable lean duplex UNS S32304 ont été déformées en traction uniaxiale à des niveaux allant de 0% à environ 20%. Un groupe d’échantillons avec et un deuxième groupe sans présence de marches de glissement ont été préparés. Une étude des mécanismes de plasticité de l’acier inoxydable lean duplex distinguant chacune des phases et faisant intervenir notamment des caractérisations des structures de dislocations, des contraintes internes et des marches de glissement a été réalisée. Les vitesses de corrosion (oxydation) du métal et la réaction d’évolution de l’hydrogène (REH) ayant lieu à sa surface ont été étudiés par voie électrochimique en milieu acide chloruré. Il a été démontré que, en absence de marches de glissement, la déformation plastique de l’acier inoxydable lean duplex n’a pas d’effet détectable sur sa résistance à la corrosion dans les conditions de l’étude. Néanmoins, les marches de glissement générées à la surface du matériau pendant la déformation plastique impactent fortement les vitesses de corrosion. Cela est lié à une modification de la cinétique de la REH. Pour les faibles niveaux de déformation (jusqu’à environ 3%), les vitesses de corrosion ainsi que la cinétique d’évolution de l’hydrogène augmentent fortement (facteur d’environ 4), puis diminuent pour atteindre des valeurs proches de celles de l’état de référence vers 10% de déformation. Des essais sur des aciers monophasés à composition chimique proche de chacune des phases de l’acier inoxydable lean duplex ainsi qu’une technique électrochimique locale basée sur l’utilisation de microcapillaires ont confirmé le rôle joué par les marches. Après recoupement avec une simulation à partir de données tirées de la littérature, l’analyse pointe fortement vers une explication faisant intervenir la variation du travail de sortie des électrons de la surface en présence de marches et le rôle de l’émergence des plans denses (111)
Lean duplex stainless steels are alloys basically composed of iron, chromium and nickel in which two cristallographic phases coexist (austenite - γ and ferrite - α). These steels present high mechanical properties and corrosion resistance, and find their main applications in the offshore oil exploration and water desalinization sectors. Despite the excellent properties, the effect of plastic strain induced by forming on the corrosion resistance of these materials is yet to be understood, and may represent an improvement lever for these alloys. This study had thereby the aim of determining the microstructure parameters related to plastic strain and that might have an impact on the oxidation reaction of the metal and on the hydrogen evolution reaction (HER), which are often connected to corrosion phenomena of metals in acidic environments. The role of the emergence of slip steps, which are the result at the surface of the sliding of dislocations inside the metal while it deforms plastically, were also studied. Specimens for tensile testing made from UNS S32304 lean duplex stainless steel were strained by interrupted uniaxial tensile testing at different levels ranging from 0% to approximately 20%. A group of specimens with and another group without presence of slip steps on the surface were produced. A study of the plasticity mechanisms of the lean duplex stainless steel was carried out. It mainly involved characterizations of structures of dislocations, internal stresses and slip steps. It distinguished the ferritic and austenitic phases. Corrosion rates (oxidation) of the metal and HER taking place at its surface were studied by electrochemical technique in acidic chloride medium. It was demonstrated that, in the absence of slip steps, plastic strain has no detectable effect on its corrosion resistance in the conditions of the study. Nevertheless, slip steps have shown a strong impact on corrosion rates. That was related to a modification of HER kinetics. For low stain levels (up to approximately 3%), corrosion rates as well as HER kinetics strongly increased (up to 4 times), and then decreased and reached values similar to the ones of the unstrained state at approximately 10% of strain. Tests on monophasic steels having chemical compositions similar to those of each phase of the lean duplex stainless steel have confirmed this important role played by steps. The same has been observed by a local electrochemical technique based on microcapillaries. After confrontation with a simulation based on literature, the analysis points to an explanation involving the electron work function of the surface presenting slip steps and to the role played by the emergence of (111) plans

Les aciers inoxydables lean duplex sont une famille d'aciers austéno-ferritiques allégés en nickel et en molybdène, qui s'est développée à la fin des années 1990. Le compromis propriétés mécaniques, propriétés de résistance à la corrosion et coût de matière première place cette famille comme une alternative intéressante aux aciers austénitiques standards, et en particulier aux 304/304L qui représentent actuellement les deux tiers de la production d'acier inoxydable. Cependant, cette famille étant relativement récente, la stabilité en température des aciers lean duplex a été relativement peu étudiée, en particulier lors de maintiens prolongés en température. Dans le cadre de cette thèse, l'évolution microstructurale d'un acier lean duplex 2101 a été étudiée, lors de vieillissements isothermes à des températures comprises entre 20 °C et 850 °C, pour des temps s'échelonnant de quelques minutes à plusieurs mois. Les cinétiques de vieillissement ont été suivies par mesures de pouvoir thermoéléctrique (PTE), à partir desquelles des états vieillis ont été sélectionnés pour être caractérisés par microscopie électronique et par sonde atomique tomographique. A des températures intermédiaires de 350 – 450 °C, la ferrite de l'acier lean duplex 2101 est sujette à la démixtion Fe-Cr et à la formation d'amas enrichis en Ni-Mn-Si-Al-Cu, malgré les faibles teneurs en nickel de cette nuance. Ces phénomènes sont détectés par une forte augmentation du PTE. Pour des températures plus élevées, à 700 °C environ, une approche multi-techniques et multi-échelles a permis de décrire précisément les mécanismes qui régissent les différentes évolutions microstructurales : la germination et la croissance de M23C6 et de Cr2N, observés dès quelques minutes de vieillissement aux joints de phases, la précipitation de la phase σ pour des temps de vieillissement plus importants qui s'accompagne d'une transformation de la ferrite δ en austénite secondaire γ2, et la transformation partielle de l'austénite en martensite lors du refroidissement des échantillons vieillis. L'effet des différentes phases sur le PTE de l'acier lean duplex peut être décrit qualitativement lors du vieillissement par une loi des mélanges
Lean duplex stainless steels are austeno-ferritic steels with lower nickel and molybdenum contents, developed in the late 90's. Considering mechanical properties, corrosion resistance and cost of raw material, this family is an interesting alternative to standard austenitic stainless steels, which currently represent two thirds of stainless steel production. However, lean duplex steels are relatively recent and their thermal stability has been relatively little studied, especially during long term aging. In this study, the microstructural evolution of a lean duplex steel 2101 was studied during isothermal aging at temperatures between 20 °C and 850 °C, from few minutes to several months. Aging kinetics were followed by thermoelectric power measurements (TEP), from which aged states were selected to be characterized by electron microscopy and atom probe tomography. At intermediate temperatures of 350 - 450 °C, Fe-Cr demixing and precipitation of Ni-Mn-Al-Si-Cu occur in the ferrite despite the low nickel content of this grade, leading to an increase in the TEP. For higher temperatures, at about 700 °C, the mechanisms which govern the different microstructural evolutions have been described by a multi-scale approach: the nucleation and growth of M23C6 and Cr2N, observed from few minutes of aging and the σ phase precipitation, observed for longer aging time. The latter is accompanied by a transformation of δ ferrite in γ2 secondary austenite, and by the partial transformation of austenite into martensite during cooling. The effect of different phases on the TEP of the lean duplex steel can be qualitatively described during aging by a rule of mixture

Depuis l'avènement de nouvelles techniques d'élaboration, permettant un contrôle strict des compositions chimiques et l'addition de fortes teneurs en azote, les recherches sur les aciers inoxydables biphasés austéno - ferritiques (communément appelés aciers duplex) ainsi que leur utilisation n'ont pas cessé de progresser. Les effets bénéfiques de l'azote sur les propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion des aciers inoxydables austénitiques sont désormais reconnus. TI est alors devenu essentiel d'étudier le rôle d'un tel élément d'alliage, capable de faire réaliser des réductions de coût de fabrication, sur les nuances biphasées. Ce travail a donc pour objet l'étude du comportement en fatigue oligocyclique, à l'air ou en milieu salin, d'aciers inoxydables duplex contenant de 0. 24 à 0. 4wt% d'azote. L'objectif principal est d'évaluer le rôle précis des deux phases constituànt le matériau en fonction de leur état microstructural (hypertrempé ou vieilli) et de l'environnement
Les essais effectué à l'air ont montré une dépendance du comportement des matériaux en fonction du niveau de déformation. Pour de faibles sollicitations, l'austénite accommode pratiquement à elle seule la déformation plastique. Par contre, dès que des niveaux de déformation trop important sont atteints, la ferrite devient de plus en plus active. La présence d'un milieu corrosif a entraîné une diminution générale des durées de vie des matériaux, l'acier contenant 0. 4wt% d'azote montrant tout de même une meilleure résistance. De même, alors que le matériau ne contenant que 0. 25wt% d'azote a montré une très grande sensibilité à un vieillissement de 200 heures à 475ʿC, la résistance du deuxième alliage n'a pas été modifiée. Les performances de l'acier à 0. 4wt% d'azote ne sont pas directement dues à cette forte teneur en azote mais plutôt à l'effet indirect qu'elle entraîne qui est l'augmentation de la quantité d'austénite au sein du matériau. Ceci constituera nos principales conclusions