Types et causes des fissures de trempe dans les tubes en acier sans soudure

1. Fissures de trempe induites par des défauts de surface
Lors du laminage de tubes structuraux en alliage 26CrMo4s, de fines fissures de trempe apparaissent fréquemment sur la paroi interne. L'examen microscopique après polissage révèle la présence de nombreux défauts de surface, tels que des piqûres et des déformations d'une profondeur maximale de 0,2 mm. Ces défauts engendrent des concentrations de contraintes sous l'effet de la trempe, provoquant ainsi l'apparition de fissures. Ces fissures, induites par des défauts de surface, se produisent principalement dans les tubes en acier de petit diamètre et à paroi mince. D'une part, l'allongement au laminage de ces tubes est important, ce qui favorise l'apparition de défauts initiaux, comme des piqûres et des rayures, sur leurs surfaces interne et externe. D'autre part, lors de la trempe et du refroidissement des tubes à paroi mince, des contraintes de traction superficielles se génèrent au niveau des défauts. L'effet de concentration de contraintes étant plus marqué, les fissures de trempe induites par ces défauts sont plus susceptibles de se former.

2. Fissures de trempe de type fissuration sous contrainte
La fissuration sous contrainte est un type courant de fissure de trempe. Il s'agit d'un défaut de fissuration causé par une contrainte de traction superficielle supérieure à la résistance du matériau lors du refroidissement par trempe. La surface du tube présentant des fissures de trempe dues à la contrainte est lisse et plane, sans défauts initiaux, et sa microstructure est uniforme et fine. Ces fissures sont causées par une contrainte de traction superficielle excessive ; elles sont parfaitement perpendiculaires à la surface du tube et leur propagation dans l'épaisseur de la paroi confirme qu'elles sont entièrement dues à cette contrainte excessive.

3. Fissures de trempe de type carburation superficielle
Lors de la production de tubes sans soudure en acier micro-allié Cr-Mo à teneur moyenne en carbone (environ 0,30 %), des fissures de trempe apparaissent fréquemment et localement sur la surface externe du tube. L'analyse microscopique révèle la présence de carburation autour de ces fissures, sur une profondeur de 0,5 à 2,0 mm. La formation de ces fissures est due à une carburation localisée en surface, engendrant des contraintes excessives dans la zone cémentée lors de la trempe. L'hypothèse d'une augmentation de la teneur en carbone en surface est liée au processus de fabrication des tubes sans soudure : lors du chauffage à haute température dans le four annulaire, les scories de protection riches en carbone adhèrent à la surface de l'ébauche et pénètrent dans la matrice, provoquant une carburation localisée après le laminage. Avant l'entrée du tube d'acier dans le four de traitement thermique, des matières étrangères riches en carbone, telles que des taches d'huile et de la sciure de bois, adhèrent à sa surface. Après traitement thermique à haute température, la teneur en carbone en surface est supérieure à celle du cœur du tube.

4. Fissures de trempe dans les aciers sensibles à la fissuration
Certains tubes en acier sans soudure de haute qualité présentent une teneur élevée en éléments d'alliage et une résistance mécanique importante, ce qui engendre un facteur d'intensité de contrainte élevé. Ce sont des aciers sensibles à la fissuration. Les défauts microscopiques présents en surface ou à l'intérieur du tube se propagent facilement sous l'effet des contraintes, formant ainsi des fissures. La morphologie et la structure des fissures de trempe superficielles des tubes structuraux en acier allié S135 sont présentées. La probabilité d'apparition de fissures de trempe pour ce type de tube sans soudure est nettement supérieure à celle des autres aciers. En effet, cet acier contient davantage de chrome et de molybdène, ce qui lui confère une résistance mécanique plus élevée. Cependant, sa microstructure présente une faible capacité de déformation plastique coordonnée et une faible capacité de stockage de déformation. La libération des contraintes ne peut se faire que par la formation de nouvelles fissures superficielles, ce qui en fait un tube présentant un risque élevé de fissuration par trempe.