Effet de l’hydrogène sur la déformation plastique de chaque phase d’un acier inoxydable lean duplex

Abstract

Grâce à leur résistance élevée à la corrosion et à leurs bonnes propriétés mécaniques, les aciers inoxydables duplex (DSS) sont largement utilisés dans les secteurs industriels tels que la pétrochimie, le nucléaire et le transport du gaz. Pour ces applications, les DSS sont susceptibles d’être sous contrainte mécanique en présence d’hydrogène, ce qui peut induire non seulement une fragilité, mais aussi une modification de l’accommodation à la déformation plastique. La microstructure biphasée (austénite et ferrite) des DSS, constitue une réelle difficulté dans la compréhension de leur comportement mécanique en présence d’hydrogène et du rôle de chacune des deux phases. L’objet de la présente étude est de comprendre l’effet de l’hydrogène sur la déformation plastique de chaque phase de l’acier inoxydable duplex DSS2304. L’influence d’un traitement thermique à 475 °C, connu pour modifier le comportement de la phase ferritique (réduire sa ductilité), est aussi étudiée. Deux états de cet acier ont donc été considérés : hypertrempé et traité thermiquement à 475 °C. Des sollicitations mécaniques cycliques ont été appliquées pour des échantillons chargés ou non à l’hydrogène dans le but d’accumuler la déformation plastique dans chaque phase sans rompre le matériau. Pour cela, des essais de fatigue ont été effectués sous une déformation totale contrôlée afin d’obtenir une faible variation de la déformation plastique égale à p = 0,07 % durant chaque cycle. Des analyses par AFM (microscopie à force atomique) ont été réalisées pour caractériser les marques de glissement qui révèlent l’accommodation plastique de chaque phase à la surface du matériau : morphologie, hauteur, distance entre les lignes et leur répartition dans chaque phase … Concernant l’acier hypertrempé, les principales modifications observées du fait de la présence d’hydrogène concernent l’austénite. En effet, en présence d’hydrogène, des marches ont été observées au lieu des extrusions. De plus, la hauteur des lignes de glissement présentes dans l’austénite chute de [5-30] nm à [2-8] nm, ainsi que la distance entre ces lignes diminue de [0,7-3] m à [0,2-1] m après l’addition de l’hydrogène. La morphologie des lignes révèle la présence d’un second système de glissement et un mode plus planaire suite au chargement par hydrogène. Le durcissement de la ferrite suite au traitement thermique permet d’étudier l’influence de l’état métallurgique de l’acier duplex sur l’accommodation de la déformation plastique en présence d’hydrogène. L’ensemble des résultats sont discutés afin de proposer un modèle phénoménologique explicitant pour l’acier étudié l’influence de la présence d’hydrogène sur l’accommodation de la déformation plastique à l’échelle de la microstructure.