Les aciers inoxydables austénitiques sont utilisés dans de nombreuses applications. L'alliage 310S possède des teneurs en chrome et en nickel particulièrement élevées qui lui confèrent une excellente résistance pour les utilisations à haute température. Néanmoins, des échantillons extraits, après 500h de service, de pièces présentes dans des fours de traitement thermique ont montré une forte teneur en phase sigma de l'alliage. D'autre part, les composants ont des vitesses de déformation en fluage inhabituellement élevées. L'évolution significative de la microstructure est due aux transformations de phase dont l'apparition d'un taux notable de phase sigma. L'étude explore donc les effets du vieillissement sur le comportement mécanique de l'acier inoxydable austénitique 310S, en particulier le comportement en fluage. La phase sigma est une phase intermétallique composée principalement de fer et de chrome, qui se forme dans des aciers inoxydables austénitiques lors d'une exposition à des températures comprises entre 500 ° C et 950 ° C [1,2]. Habituellement, cette précipitation entraîne une perte de ductilité et de ténacité, de sorte qu'il est impliqué dans de nombreux problèmes industriels [3 - 6]. De nombreuses données sont disponibles dans la littérature sur le fluage isotherme [7], mais peu d'entre elles tiennent compte des effets des cycles thermomécaniques et de l'évolution de la microstructure due au vieillissement.

Des caractérisations mécaniques sont effectuées à différents états de vieillissement et à différentes températures. Il s'agit d'essais RFDA entre 20 et 900°C, d'essais de traction, d'essais de fluage isotherme à 650, 780 et 870 ° C et d'essais de fluage cyclique et isotherme à 870°C. Les effets de l'environnement sur la vitesse de fluage ont été investigués grâce à des essais sous argon et sous argon hydrogéné.

Les résultats confirment la forte influence de la modification de la microstructure sur les propriétés élastiques et sur celles en fluage. L'augmentation conjointe du module d'Young, de la limite à rupture et des vitesses de fluage a été observée. Une modélisation est proposée pour décrire, en fonction du cyclage thermique, les vitesses de fluage de l'acier 310S, dans des conditions représentatives des conditions de service des pièces industrielles.

Références

1. D.M.E. Villanueva et al., Materials Science and Technology 22(9), pp. 1098-1104 (2006).

2. A. V. Kington and F.W. Noble, Materials Science and Technology 11(3), pp. 268-275 (1995)

3. J. Brozda and J. Madej, Engineering Failure Analysis 15, pp. 368-377, (2008).

4. A.Y. Al-Kawaie and A. Kermad, Saudi Aramco Journal of Technology, (2011).

5. A.V. Kington and F.W. Noble, Materials Science and Engineering A 138, pp. 259-266, (1991).

6. E. O. Hall and S.H. Algie, Metallurgical Reviews, 11(1), pp. 61-88 (1966).

7. Nickel Development Institute, A.I.S.I., High-Temperature Characteristics of Stainless Steels, in A Designers' handbook series. 2011.