Les travaux décrits dans ce manuscrit de thèse ont été réalisés dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire CIRIMAT et le CETIM, avec un soutien financier de l’ANRT. Les objectifs de ce projet étaient de collecter des données sur la sensibilité des joints soudés en aciers inoxydables (AI) à la fissuration par corrosion sous contrainte (CSC) en fonction de plusieurs variables influentes, de développer un test discriminant permettant de classer ces joints soudés selon leur sensibilité à la CSC, et de déterminer les mécanismes de CSC dans des solutions plus représentatives des conditions en service que celles généralement étudiées dans la littérature. Afin d’atteindre ces objectifs, l’étude a été menée sur des tôles soudées de trois aciers inoxydables différents : deux aciers austénitiques, le 316L et le 304L, ainsi qu’un acier duplex, le 2205. Deux plaques d’un même acier ont été assemblées par soudage à l’arc sous protection gazeuse au tungstène (TIG) à l’aide d’un fil d’apport spécifique. Pour l’acier inoxydable 316L, quatre conditions de soudage ont été étudiées en faisant varier l’énergie de soudage et la contamination par l’oxygène du gaz de protection de la racine. Les aciers 304L et 2205 ont été soudés selon une condition de soudage de référence afin d’évaluer l’influence de la composition chimique et de la microstructure du matériau de base sur le comportement en corrosion des joints soudés correspondants. Une caractérisation rigoureuse de la microstructure et des propriétés mécaniques des aciers, d'une part, et de la composition chimique des oxydes formés en surface des matériaux étudiés, d'autre part, a été réalisée. Une attention particulière a été portée aux caractéristiques microstructurales et mécaniques susceptibles d’influencer le comportement en corrosion et en CSC des joints soudés. Une fois la microstructure, les propriétés mécaniques et le film d’oxyde bien décrits, le comportement en corrosion des soudures et des matériaux de base a été étudié sans contrainte externe appliquée, dans une solution acidifiée (pH 4) de NaCl 1 M à 60 °C, plus représentative des conditions en service que les solutions bouillantes acidifiées utilisées couramment. Les résultats obtenus ont permis d’étudier ensuite l’effet de l’application d’une contrainte mécanique externe sur la corrosion des soudures en AI. Le comportement en corrosion des soudures en AI sous contrainte mécanique a donc ensuite été évalué dans la même solution acidifiée en utilisant deux méthodologies : déplacement constant (U-bend) et charge constante (essais de traction uniaxiale modifiés). Ces deux méthodologies ont été mises en oeuvre pour reproduire en un temps réduit les principaux dommages de corrosion observés après de longues expositions au potentiel de corrosion. En conclusion, cette étude a permis de mettre en évidence le caractère multidisciplinaire de l’analyse de la sensibilité des joints soudés en AI à la CSC, ce qui complique la compréhension des mécanismes, et cela d’autant plus que le temps d’incubation des fissures est long et le processus aléatoire. Une grande quantité de données a été collectée concernant l’amorçage et la propagation de la corrosion par piqûres et de la CSC dans les soudures en AI, en particulier pour le système de base 316L et ses soudures. De plus, les méthodologies d’essais accélérés se sont révélées efficaces pour reproduire, en un temps réduit, l’endommagement observé sur des essais de longue durée ; cela a permis d’évaluer l’influence de certains paramètres sur les mécanismes de CSC, et par là même d’atteindre les deux objectifs initiaux de cette thèse. |
The work described in this thesis manuscript was carried out through a collaboration between the CIRIMAT laboratory and CETIM and was also financially supported by the ANRT. The objectives of this project were to gather data on stress corrosion cracking (SCC) susceptibility of stainless steels (SS) welded joints as a function of multiple influencing variables, to develop a discriminating test for classification of welded joints according to their SCC susceptibility and to determine SCC mechanisms in more representative solutions of in-service applications than what is usually found in the literature. In order to achieve these objectives, studies were carried out on welded plates of three different SS: two austenitic SS, i.e., 316L and 304L, and one duplex SS, i.e., 2205. Two plates of the same SS were welded together by means of the Tungsten Inert Gas (TIG) technique using a specific metal filler wire. Four different weld conditions were studied by varying the heat-input and the oxygen contamination of the root protection gas for the 316L SS. The 304L and 2205 were welded using a reference welding condition only; the aim was to analyse the effects of the chemical composition and microstructure of the steel on the corrosion behaviour of SS welded joints. A rigorous characterisation of the microstructure and mechanical properties of the SS, on the one hand, and chemical composition of the oxides formed on the surface of the studied materials, on the other hand, was carried out. Throughout this characterisation, special attention was paid to possible microstructural and mechanical features that could influence the corrosion and SCC behaviour of the SS welds. With the microstructure, mechanical properties and oxide film well described, the next step was to characterise the corrosion behaviour of the welds and base metal (BM) without any external stress being applied in an acidified (pH 4) 1 M NaCl solution at 60 °C, more representative of in-service conditions than boiling acidified solutions. The results served as a basis for understanding the effect of applying an external stress on the corrosion behaviour of SS welds. The corrosion behaviour of SS welds with mechanical applied stress was then assessed in the same acidified solution by means of two methodologies: constant displacement (U-bend) and constant load (modified uniaxial tensile test). Both conditions were designed to reproduce in a short time the main corrosion damage after long exposures at open circuit potential. In conclusion, it was possible to highlight the multidisciplinarity of the study devoted to the SCC susceptibility of SS welded joints; this makes it particularly difficult to study and understand the SCC mechanisms, especially because the crack incubation time is long and the process is random. A great amount of data was collected in regard to pitting and SCC initiation and propagation, especially for the base system of the 316L BM and its welds. Furthermore, the accelerated test methodologies were proven able to reproduce long-exposure corrosion damages in a short time and allowed the evaluation of the influence of some parameters on the SCC mechanisms fulfilling the two initial objectives proposed for this thesis. |