Corrosion sous contrainte: mécanisme, milieux et prévention est la fissuration fragile d'un alliage normalement ductile sous l'action simultanée d'une contrainte de traction soutenue et d'un milieu corrosif spécifique.
Aucun des trois facteurs pris isolément ne provoque la rupture; seule leur combinaison sur un métal susceptible entraîne l'amorçage et la croissance de fissures.
La corrosion sous contrainte est dangereuse car elle se développe avec peu de perte métallique généralisée, donne souvent peu d'avertissement visible et peut se propager sous des contraintes bien inférieures à la limite d'élasticité du matériau.
Chaque cas de corrosion sous contrainte nécessite que trois conditions se recoupent au même endroit et au même moment :
Supprimer l'une des branches du triangle arrête la fissuration. Ce principe sous-tend chaque stratégie de prévention.
Des décennies de défaillances en exploitation ont cartographié les combinaisons qui produisent de manière fiable la corrosion sous contrainte. Connaître l'association qui menace votre équipement est le point de départ tant pour le choix des matériaux que pour la planification des inspections.
| Alliage | Espèces agressives | Conditions typiques | Trajectoire de fissure habituelle |
|---|---|---|---|
| Aciers inoxydables austénitiques (304, 316) | Chlorures | Environ 50 à 150 °C, milieu aqueux, oxygène présent | Transgranulaire (ramifié) |
| Acier au carbone | Solution caustique concentrée (NaOH) | Service alcalin chaud, « fragilisation alcaline » | Intergranulaire |
| Acier au carbone et aciers faiblement alliés | Amines / H2S humide | Milieux riches en amines, service « sour » (présence de H2S), soudures non détendues | Intergranulaire |
| Alliages de cuivre (laiton) | Ammoniac / ammonium | Air humide contenant NH3, « season cracking » (fissuration saisonnière) | Inter- ou transgranulaire |
| Aciers inoxydables sensibilisés | Acides polythioniques | Arrêt d'exploitation, dépôts sulfureux plus air et humidité | Intergranulaire |
| Acier à haute résistance (>1000 MPa) | Milieu aqueux, hydrogène cathodique | Se recoupe avec des mécanismes liés à l'hydrogène | Intergranulaire |
La forme la plus fréquemment rencontrée dans les usines de procédé est la corrosion sous contrainte par chlorures des aciers inoxydables austénitiques.
Elle est particulièrement insidieuse sous isolation thermique, où l'eau de pluie ou les opérations de nettoyage lessivent les chlorures du revêtement isolant, les concentrent par évaporation sur une surface chaude et maintiennent le métal dans la plage vulnérable d'environ 50 à 150 °C.
Parce que le mécanisme se cache sous la gaine, il est étroitement lié aux programmes de corrosion sous isolation .
Les aciers inoxydables duplex et les alliages de nickel résistent beaucoup mieux à la corrosion sous contrainte par chlorures que les séries 300 classiques et sont des choix fréquents pour des mises à niveau.
La corrosion sous contrainte suit l'une des deux voies microstructurales, et identifier laquelle s'est produite oriente l'analyse des causes profondes :
La distinction se confirme par examen métallographique sur une coupe transversale. Notez que la corrosion sous contrainte peut être confondue avec, et parfois coexister avec, l'embrittement par hydrogène dans les aciers à haute résistance ; la fractographie et l'historique du milieu sont donc tous deux importants.
Parce que la corrosion sous contrainte nécessite les trois branches du triangle, les mesures de réduction du risque éliminent au moins l'une d'elles :
La corrosion sous contrainte est difficile à détecter précocement car les fissures sont étroites et peu accompagnées de perte d'épaisseur. Les techniques efficaces incluent le contrôle par liquide pénétrant pour les fissures apparentes sur surfaces non poreuses accessibles, et les courants de Foucault ou l'ultrasonographie phased-array pour une couverture volumétrique.
Le retrait de l'isolation à des emplacements stratégiques reste nécessaire pour les conduites en acier inoxydable. Étant donné que la corrosion sous contrainte dépend du temps et des conditions, les résultats d'inspection ne sont utiles que s'ils alimentent un calendrier basé sur le risque.
Les équipes qui consignent les indications de fissures, les points de retrait d'isolation et les intervalles de réinspection dans une GMAO telle que Fabrico peuvent suivre les circuits susceptibles et déclencher automatiquement l'examen suivant plutôt que de se fier à la mémoire.
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Le film passif qui protège l'acier inoxydable se dégrade localement en présence de chlorures. Une fois qu'une piqûre ou une fissure s'amorce et qu'une contrainte de traction est présente, la corrosion sous contrainte par chlorures se propage rapidement, même si la surface d'ensemble a l'air propre et brillante.
La plage classique de susceptibilité pour les austénitiques est d'environ 50 à 150 °C. En dessous, la cinétique est lente ; le scénario sous isolation est dangereux précisément parce que les conditions d'exploitation et ambiantes maintiennent la surface dans cette fenêtre pendant que les chlorures se concentrent.
La corrosion générale enlève le métal de façon relativement uniforme. La fatigue nécessite un chargement cyclique. La corrosion sous contrainte nécessite une contrainte de traction statique ainsi qu'un milieu chimique spécifique et produit des fissures ramifiées ou intergranulaires avec presque aucune perte de matière mesurable, ce qui la rend si facile à manquer.
La détente réduit fortement les contraintes résiduelles de traction et est très efficace contre la corrosion sous contrainte due aux milieux caustiques et aux amines sur l'acier au carbone. Elle n'élimine pas le milieu corrosif ni ne modifie l'alliage ; elle constitue donc une couche de défense qui doit être combinée à la sélection des matériaux et au contrôle du milieu.
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