Mécanismes de fragilisation de l’acier inoxydable super-martensitique X4CrNi16-4 Virgo™38 : Effets couplés des traitements thermiques et des milieux corrosifs contenant Na2S ou H2S

par Clément Gayton

Thèse de doctorat en Sciences et Génie des Matériaux

Sous la direction de Jérôme Crépin et de Jacques Stolarz.

Soutenue le 29-01-2018

à Lyon , dans le cadre de École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne) , en partenariat avec SMS - MPI (Mécanique Physique et Interfaces) (laboratoire) .


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur l’étude de divers mécanismes de fragilisation d’un acier inoxydable supermartensitique 16Cr-4Ni à basse teneur en carbone (Virgo™38) utilisé pour la fabrication des compresseurs centrifuges produits par GE Oil&Gas.Il a été montré que la microstructure fine, polyphasée et morphologiquement très complexe de cet alliage était sensible aux conditions de traitement thermique. Notamment, la proportion et la répartition de l’austénite de réversion, la présence de carbure de chrome et la ségrégation intergranulaire d’éléments fragilisant tel que le phosphore ont été mis en évidence suite à plusieurs traitements thermiques. La ségrégation du phosphore aux joints de grain (SPJG) est l’un des mécanismes entrainant la fragilisation du Virgo™38 sous certaines conditions de traitement thermique.La présence d’austénite de réversion n’entraine pas seulement une amélioration de la ténacité de l’alliage mais également le piégeage de l’hydrogène dans cette phase. Etant donnée la grande instabilité mécanique de l’austénite, sa transformation sous contrainte provoque la libération de cet hydrogène piégé et ainsi une surconcentration locale en hydrogène. La fragilisation par hydrogène est le deuxième mécanisme entrainant la fragilisation du Virgo™38 étudié dans cette thèse.Les mécanismes mis en jeu lors de la formation de l’austénite de réversion conduisent à la répartition hétérogène des éléments d’alliage. L’une des conséquences de cette répartition hétérogène est la corrosion sélective de l’une ou l’autre des phases de l’alliage en fonction du pH de l’environnement et de la charge appliquée. La dissolution préférentielle est le dernier mécanisme abordé.

  • Titre traduit

    Embrittlement mechanisms of the X4CrNi16-4 super-martensitic stainless steel Virgo™38 : Effects of heat treatments and corrosive environments containing Na2S or H2S


  • Résumé

    This PhD thesis is focused on the study of embrittlement mechanisms in a 16Cr-4Ni low carbon supermartensitic stainless steel (Virgo™38) used for the construction of rotating parts of centrifugal compressors produced by GE Oil&Gas.It is shown that the morphologically complex multiphase microstructure of this alloy is very sensitive to the heat treatment conditions. In particular, the fraction and repartition of retained austenite, the presence of chromium carbides and the phosphorous grain boundary segregation (PGBS) are evidenced consecutive to several heat treatments. PGBS is one of the mechanisms leading to brittle failure of Virgo™38 after specific heat treatments.The presence of retained austenite is not only beneficial for toughness but also leads to hydrogen trapping in this phase. Due to the mechanical instability of retained austenite, its transformation under applied stress leads to the release of trapped hydrogen into newly formed martensite and thus to a local overconcentration of hydrogen. Hydrogen embrittlement is the second mechanism studied in this report.Mechanisms involved during the formation of retained austenite lead to the heterogeneous repartition of alloying elements (partitioning). One of the consequences being the selective dissolution of one or the other phase of the alloy as a function of the pH of the environment and of the load applied. Preferential dissolution is the third mechanism studied.


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