Ductile Fracture of 13% Cr-4% Ni Martensitic Stainless Steels Used in Hydraulic Turbine Welded Runners

Les aciers inoxydables martensitiques 13% Cr-4% Ni sont largement utilisé dans la fabrication des roues de turbine hydrauliques grâce à leurs bonne résistance contre corrosion et érosion par cavitation, ainsi que leurs excellentes propriétés mécaniques. Les versions coulée et corroyée de ces aciers sont utilisées, et les procédés de fabrication et réparations sont réalisés par soudage. D'un autre côté, l'existence des fissures de fatigue dans les pièces sous charges cycliques est inévitable. Quand la fissure a atteint une longueur critique, elle se propage et la rupture totale de la pièce en service pourrait avoir lieu. Les défaillances catastrophiques pourraient être inhibées et la durée de vie de la roue de turbine hydraulique pourrait être améliorée si cette longueur critique de la fissure est connue (tolérance aux dommages). Mécanique de la rupture nous permet de calculer cette longueur critique de la fissure en déterminant une propreté intrinsèque du matériau intitulée « ténacité ». Donc, la ténacité est une propriété très importante à considérer dans le choix des matériaux. Toutefois, la ténacité des aciers inoxydables martensitiques 13% Cr-4% Ni restait encore inexplorée. Des relations entre microstructure et propriétés mécaniques de ces aciers ne sont pas assez connues, et aucune étude exhaustive n'a été rapportée jusqu'à présent sur des effets des caractéristiques microstructurales comprise la distribution, la taille, et la nature des inclusions sur les propriétés mécaniques des aciers inoxydables martensitiques 13% Cr-4% Ni notamment pour les versions coulée, corroyée, et le métal d'apport. D'ailleurs, la zone affectée thermiquement (ZAT) est supposée d'être une source de faiblesse dans un joint soudé, cependant, son comportement à rupture n'a pas encore été étudié pour cette catégorie d'aciers inoxydables. Dans cette étude, les microstructures et les propriétés mécaniques d'une version coulé, une version corroyée, et la soudure des aciers inoxydables martensitiques 13% Cr-4% Ni ont été étudiées. Les microstructures et les caractéristiques inclusionnaires étaient liées à des propriétés à la traction, à la ténacité JIc, et à la résiliences Charpy. Des essais de ténacités JIc ont également été effectués dans la ZAT à une distance d'un millimètre de la ligne de fusion. Un bloc de rechargement de 450 × 250 × 60 mm a été fabriqué par soudage semi-automatique à l'arc avec fil fourré (procédé FCAW). La soudure déposée a été examinée dans les deux états de brut de soudage, et thermiquement traité à 600 °C pour deux heures.