Qu’est-ce que la corrosion intergranulaire – Décomposition de la soudure – Définition

La corrosion est la détérioration d’un matériau due à une interaction chimique avec son environnement. C’est un processus naturel dans lequel les métaux convertissent sa structure en une forme plus stable chimiquement, telle que des oxydes, des hydroxydes ou des sulfures. Les conséquences de la corrosion ne sont que trop courantes. Des exemples familiers incluent la rouille des panneaux de carrosserie et des tuyauteries automobiles et de nombreux outils. La corrosion est généralement un phénomène négatif, car elle est associée à une défaillance mécanique d’un objet. Les atomes métalliques sont retirés d’un élément structurel jusqu’à ce qu’il tombe en panne, ou des oxydes s’accumulent à l’intérieur d’un tuyau jusqu’à ce qu’il soit bouché. Tous les métaux et alliages sont sujets à la corrosion. Même les métaux nobles, tels que l’or, sont soumis à une attaque corrosive dans certains environnements.

Corrosion intergranulaire – dégradation des soudures

La corrosion intergranulaire (IGC) est une corrosion préférentielle le long des joints de grains d’un matériau. pour certains alliages et dans des environnements spécifiques. Ce type de corrosion est particulièrement répandu dans certains aciers inoxydables. Dans les aciers inoxydables, la corrosion intergranulaire peut se produire suite à la précipitation de carbures de chrome (Cr₂₃C₆) ou de phases intermétalliques.

La résistance de ces alliages métalliques aux effets chimiques des agents corrosifs repose sur la passivation. Pour que la passivation se produise et reste stable, l’ alliage Fe-Cr doit avoir une teneur minimale en chrome d’environ 10,5 % en poids, au-dessus de laquelle la passivation peut se produire et en dessous de laquelle elle est impossible. Mais les carbures de chrome peuvent précipiter dans les joints de grains, ce qui entraîne un appauvrissement en chrome dans les zones proches des joints de grains en raison de la vitesse de diffusion du chrome qui est lente. Les zones appauvries en chrome deviennent moins résistantes à la corrosion que le reste de la matrice. Dans un environnement corrosif, les zones appauvries peuvent être activées et la corrosion se produira dans des zones très étroites entre les grains.

La corrosion intergranulaire est un problème particulièrement grave dans le soudage des aciers inoxydables, lorsqu’elle est souvent appelée dégradation de la soudure. Également un acier inoxydable, qui a été traité thermiquement d’une manière qui produit des précipités aux joints de grains et des zones appauvries en chrome adjacentes, il est sensibilisé. Les aciers inoxydables peuvent être stabilisés contre ce comportement par addition de titane, de niobium ou de tantale, qui forment du carbure de titane, du carbure de niobium et du carbure de tantale préférentiellement au carbure de chrome, en abaissant la teneur en carbone de l’acier et en cas de soudage également dans le métal d’apport inférieur à 0,02 %, soit en chauffant l’ensemble de la pièce au-dessus de 1000 °C et en la trempent dans l’eau, entraînant la dissolution du carbure de chrome dans les grains et empêchant alors sa précipitation.

Il existe deux cas particuliers de corrosion intergranulaire, mais ces mécanismes sont traités séparément:

• Fissuration par corrosion. La corrosion intergranulaire induite par les contraintes environnementales est appelée fissuration par corrosion sous contrainte.
• Fissuration par corrosion sous contrainte chlorure. La corrosion intergranulaire induite par l’action combinée des contraintes environnementales et du chlore est appelée fissuration par corrosion sous contrainte chlorure.

Fissuration par corrosion sous contrainte – SCC

L’un des problèmes métallurgiques les plus graves et une préoccupation majeure dans l’industrie nucléaire est  la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC). La fissuration par corrosion sous contrainte résulte de l’ action combinée d’une contrainte de traction appliquée et d’un environnement corrosif, les deux influences sont nécessaires. La SCC est un type de corrosion par attaque intergranulaire qui se produit aux joints de grains sous contrainte de traction. Il a tendance à se propager lorsque la contrainte ouvre des fissures sujettes à la corrosion, qui sont ensuite corrodées davantage, affaiblissant le métal en se fissurant davantage. Les fissures peuvent suivre des chemins intergranulaires ou transgranulaires, et il y a souvent une tendance à la ramification des fissures. Le comportement à la rupture est caractéristique de celui d’un matériau fragile, même si l’alliage métallique est intrinsèquement ductile. Le SCC peut entraîner une défaillance soudaine et inattendue d’alliages métalliques normalement ductiles soumis à une contrainte de traction, en particulier à température élevée. Le SCC est chimiquement très spécifique en ce sens que certains alliages sont susceptibles de subir un SCC uniquement lorsqu’ils sont exposés à un petit nombre d’environnements chimiques.

Voir aussi: fissuration par corrosion sous contrainte

Les moyens les plus efficaces de prévenir le SCC dans les systèmes de réacteur sont:

• concevoir correctement
• réduire le stress
• éliminer les espèces environnementales critiques telles que les hydroxydes, les chlorures et l’oxygène
• éviter les zones stagnantes et les crevasses dans les échangeurs de chaleur où le chlorure et l’hydroxyde pourraient se concentrer.

Fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure

La corrosion sous contrainte chlorure se produit dans les aciers inoxydables austénitiques sous contrainte de traction en présence d’oxygène, d’ions chlorure et à haute température. C’est l’une des formes les plus importantes de corrosion sous contrainte qui concerne l’industrie nucléaire. Les aciers inoxydables austénitiques contiennent entre 16 et 25 % de Cr et peuvent également contenir de l’azote en solution, ce qui contribue à leur résistance à la corrosion uniforme relativement élevée. Un type de corrosion qui peut attaquer l’acier inoxydable austénitique est la corrosion sous contrainte chlorée.

Les trois conditions qui doivent être présentes pour que la corrosion sous contrainte par le chlorure se produise sont les suivantes :

• Les ions chlorure sont présents dans l’environnement
• L’oxygène dissous est présent dans l’environnement
• Le métal est soumis à une contrainte de traction

La corrosion sous contrainte par les chlorures implique une attaque sélective du métal le long des joints de grains. La résistance de ces alliages métalliques aux effets chimiques des agents corrosifs repose sur la passivation. Pour que la passivation se produise et reste stable, l’ alliage Fe-Cr doit avoir une teneur minimale en chrome d’environ 10,5 % en poids, au-dessus duquel la passivité peut se produire et en-dessous duquel elle est impossible. Mais les carbures de chrome peuvent précipiter dans les joints de grains, ce qui entraîne un appauvrissement en chrome dans les zones proches des joints de grains en raison de la vitesse de diffusion du chrome qui est lente. Les zones appauvries en chrome deviennent moins résistantes à la corrosion que le reste de la matrice. Dans un environnement corrosif, les zones appauvries peuvent être activées et la corrosion se produira dans des zones très étroites entre les grains.

Il a été constaté que cela est étroitement lié à certains traitements thermiques résultant du soudage. Cela peut être considérablement minimisé par des processus de recuit appropriés. Cette forme de corrosion est contrôlée en maintenant une faible teneur en ions chlorure et en oxygène dans l’environnement et en utilisant des aciers à faible teneur en carbone. Les aciers inoxydables ferritiques sont choisis pour leur résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte, ce qui en fait une alternative attrayante aux aciers inoxydables austénitiques dans les applications où la SCC induite par les chlorures est répandue.

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
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