comment vérifier la ferrite dans les soudures inoxydables

Méthodes ou techniques de mesure de ferrite

La détermination de la teneur en ferrite dans les aciers austénitiques peut se faire soit par métallographie (Ex : planimétrie, analyse linéaire, ou comptage ponctuel différentiel) en utilisant des micro-sections (méthodes destructives) soit par magnéto-induction (par exemple à l’aide de Ferritoscope) (méthodes non destructives) directement à la soudure. D’autres méthodes telles que l’utilisation de la diffraction électronique comme la diffraction des rayons X (XRD) ou la diffraction par rétrodiffusion d’électrons (EBSD) sont également utilisées mais elles sont assez coûteuses.

La plupart du temps, les mesures utilisant l’analyse d’images au microscope et les mesures manuelles utilisant le ferritoscope sont largement utilisées dans les industries en raison de leur facilité d’utilisation et de leurs opérations plus rapides.

Cependant, dans les tests magnéto-inductifs, la lecture est fonction de la composition chimique de l’alliage. Par conséquent, lorsqu’il s’agit d’une teneur élevée en ferrite, la teneur en ferrite indiquée ne correspond pas à la teneur réelle dans le matériau, car la ferrite fortement alliée a tendance à avoir une réaction magnétique plus faible que la même teneur en ferrite avec un potentiel d’alliage inférieur. Pour ces raisons, le numéro de ferrite (FN) a été introduit pour indiquer la teneur en ferrite (EN ISO 8249 et EN ISO 17 655).

Mesure de ferrite à l’aide de l’analyse d’images

La méthode d’analyse d’image pour la mesure de la ferrite nécessite des macro-échantillons polis qui sont analysés sous fort grossissement. Le microscope optique léger est utilisé avec un logiciel spécial pour vérifier les petites zones de chaque phase présente. La méthode est la plus fiable avec le comptage ponctuel, bien que les compétences de l’opérateur soient très importantes. La précision de la méthode dépend de la préparation de l’échantillon macro, de la gravure et de la qualité du polissage, car elles peuvent fortement affecter le résultat. La technique suit les directives de la norme ASTM E 562 (Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count) et exige que le grossissement soit adéquat pour permettre une résolution claire de la microstructure. Pour l’acier inoxydable, l’acier inoxydable duplex et les autres alliages à base de nickel, un grossissement compris entre 500X et 1000X est généralement utilisé.Ici, à mesure que le grossissement augmente, la zone du champ diminue. Ainsi, un certain nombre de mesures sont nécessaires.

Le processus de la méthode d’analyse d’image comporte un nombre différent d’étapes telles que la découpe de l’échantillon, la préparation du micro-échantillon, le polissage et la gravure, suivis de la mesure finale, puis de la communication des résultats. Toutes ces étapes rendent cette technique chronophage.

Mesure de ferrite avec Ferrioscope

Les ferritoscopes sont des instruments portables fonctionnant sur le principe de la magnéto-inductivité. Il s’appuie sur la technique de l’induction magnétique pour effectuer la mesure de ferrite. Lors des tests, le ferritoscope mesure toutes les zones magnétiques et laisse toute microstructure non magnétique, produisant ainsi une teneur globale en ferrite dans la phase austénitique.

Ferritscope est une technique non destructive et rapide produisant des résultats pour la mesure de la ferrite sur le terrain. La précision dépend cependant de l’étalonnage de l’équipement, des compétences de l’opérateur et des conditions de surface. L’équipement doit être étalonné avant utilisation à l’aide des blocs d’étalonnage, sinon les résultats peuvent être déformés.

Méthodes de calcul de ferrite simple

La teneur en ferrite dans le métal fondu peut être prédite à partir de sa composition chimique à l’aide du diagramme ESPY (résultats en pourcentage de ferrite F%) ou du  diagramme WRC-1992  (résultats en FN). Les autres méthodes ( SCHAEFFLER  ou  DELONG ) qui ne tiennent pas compte des teneurs en azote et en cuivre ne peuvent pas être utilisées pour les soudures duplex.

conversion du nombre de ferrite en pourcentage de ferrite

Vous pouvez facilement convertir le nombre de ferrite (FN) en pourcentage de ferrite à l’aide de la formule. Le nombre de ferrite, jusqu’à 10 FN, doit être considéré comme égal au pourcentage de ferrite utilisé précédemment. Donc jusqu’à FN 10, ce sera la même valeur de pourcentage de ferrite.

Pour convertir le % de ferrite en FN, les éléments suivants peuvent être utilisés :

  1. Pour l’acier inoxydable duplex à 22 % Cr, % de ferrite = 0,7 × FN ;
  2. Pour les aciers inoxydables 25 % Cr duplex et super duplex, ferrite % = 0,65 × FN.
  3. FN = (vol% ferrite) x [-0,025813 (Fe)2 + 5,408679 (Fe) – 102,3902]/100 (Référence : Welding Journal, 76(1) : 24-s à 37-s, 1997)

Une autre méthode pour convertir le pourcentage de FN en ferrite consiste à utiliser le diagramme de Delong.

Différence entre le nombre de ferrite et le pourcentage de ferrite

Le nombre de ferrite est connu sous le nom de (FN) et le pourcentage de ferrite est écrit sous la forme F% où F est une valeur numérique. Comme indiqué précédemment, jusqu’à FN 10, il est égal à F% mais avec la valeur la plus élevée, ces deux termes ne correspondent pas et varient.

Le sous-comité WRC (Welding Research Centre, America) a adopté le terme Ferrite Number (FN) à utiliser à la place du pourcentage de ferrite, pour indiquer clairement que l’instrument de mesure a été calibré selon la procédure WRC. Le nombre de ferrite, jusqu’à 10 FN, doit être considéré comme égal au pourcentage de ferrite utilisé précédemment. Il représente une bonne moyenne des pratiques commerciales américaines et mondiales sur le pourcentage de ferrite. Grâce à l’utilisation de procédures d’étalonnage standard, les différences de lecture dues à l’étalonnage de l’instrument devraient être réduites à environ ± 5 %, ou tout au plus ± 10 % de la valeur de ferrite mesurée.

Rôles de la ferrite dans les soudures

La ferrite est connue pour être très bénéfique pour réduire la tendance à la fissuration ou à la fissuration dans les métaux soudés; cependant, il n’est pas indispensable. Des millions de livres de métal soudé entièrement austénitique ont été utilisées pendant des années et ont fourni des
performances de service satisfaisantes . En règle générale, la ferrite est utile lorsque les soudures sont retenues, les joints sont larges et lorsque des fissures ou des
fissures affectent négativement les performances de service. La ferrite augmente le niveau de résistance de la soudure. La ferrite peut avoir un
effet néfaste sur la résistance à la corrosion dans certains environnements. Il est aussi généralement considéré comme préjudiciable à la ténacité en service cryogénique, et en service à haute température où il peut se transformer en phase sigma fragile.

critères d’acceptation des tests de ferrite

Acceptation de ferrite pour l’acier inoxydable duplex

La teneur en ferrite doit se situer dans les plages suivantes :

  1. a) Métal soudé—30 % à 65 %,
  2. b) ZAT—40 % à 65 %,
  3. c) Métal de base—40 % à 60 %.

NOTE 1 Une  teneur en ferrite jusqu’à 25 % peut être acceptable pour le métal fondu si la corrosion ou d’autres essais sont satisfaisants pour l’acheteur. Lorsqu’un consommable en alliage de nickel est utilisé, il n’est pas nécessaire de tester la teneur en ferrite dans le dépôt de soudure.

NOTE 2  Pour convertir le % de ferrite en FN, les éléments suivants peuvent être utilisés : Pour l’acier inoxydable duplex à 22 % Cr, le % de ferrite = 0,7 × FN ; Pour les aciers inoxydables 25 % Cr duplex et super duplex, ferrite % = 0,65 × FN.

Acceptation de ferrite pour l’acier inoxydable austénitique

La teneur en ferrite ou le numéro FN pour les soudures austénitiques sont généralement limités en fonction du consommable de soudage utilisé.

Dans les classifications E3XX, de nombreux types tels que E310, E310Mo, E310Nb, E316LMn, E320, E320LR, E330, E383, E385 et E3155, et E31-33 sont entièrement austénitiques. Le groupe E316 peut être fabriqué avec peu ou pas de ferrite et est généralement utilisé sous cette forme car il présente une meilleure résistance à la corrosion dans certains milieux. Il peut également être obtenu sous une forme de ferrite supérieure, généralement supérieure à 4 FN, si vous le souhaitez. La plupart des autres classifications E3XX peuvent être réalisées dans des versions à faible teneur en ferrite, mais la pratique commerciale implique généralement un contrôle de la ferrite au-dessus de 4 FN. En raison des limites de composition couvrant ces nuances et de diverses limites de fabrication, la plupart des lots seront inférieurs à 10 FN et il est peu probable qu’ils dépassent 15 FN, E308LMo et E309L peuvent avoir des niveaux de ferrite supérieurs à 15 FN. E16-8-2 est généralement contrôlé à un niveau de ferrite faible, inférieur à 5 FN ; E309LMo, E312, E2209, E2307, E2553, E2593,et E2594, et E2595 sont généralement assez riches en ferrite, généralement plus de 20 FN.