Influence d’une eau fortement salée sur la propagation de fissure par fatigue de l’acier inoxydable 17 - 4 PH.

Abstract

Cette étude est inspirée d’un retour d’expérience des pompes d’injection d’eau de mer et de brut de pétrole pour les opérations d’une plateforme de production pétrolière. Dans ces machines tournantes, la fatigue et la corrosion sont les causes essentielles de détérioration des pièces mécaniques. Le souci permanent consiste à empêcher la dégradation des tiges des pistons des pompes soumises à un environnement agressif. En effet, lors de l’exposition de ce type d’acier à l’eau de Process (eau de gisement), nous observons que la corrosion affecte l'intégrité du matériau en favorisant l'amorçage de fissures et/ou en provoquant des attaques localisées. Le principal objectif du travail réalisé est d’améliorer la compréhension des mécanismes qui régissent le phénomène de fatigue-corrosion. Les essais ont été effectués à température ambiante sur une nuance de l’acier inoxydable 17-4 PH dans les trois conditions suivantes : matériau de base, matériau corrodé et matériau nitruré. Les essais de propagation ont été réalisés sur une machine hydraulique de type INSTRON 8516. Pour caractériser la propagation dans le cas où la fissure de fatigue se propage à l’air depuis un ensemble de piqûres de corrosion, une série d’essais sont réalisés sur des éprouvettes CT ayant subi une fragilisation par l’eau de procédé à température ambiante. Le but est de comprendre l’influence de la corrosion et comparer les vitesses de propagations des fissures d’éprouvettes corrodées à celles du matériau de base. Un premier constat sur la rupture de pièces de machines en contact avec l’eau de mer est dû à la propagation en ambiance corrosive de fissures par fragilisation inter-granulaire et par conséquent un vieillissement prématuré pendant le fonctionnement de surcharge cyclique. Pour améliorer les effets d’avarie en milieu corrosif, nous proposons le traitement surfacique par nitruration gazeuse à 540 °C de l’acier inoxydable 17-4 PH. Ceci a pour but de comparer les vitesses de propagations de fissures dans l’éprouvette nitrurée aux précédentes.

This study was inspired by the injection pumps sea water for the operation of an oil production platform. In these rotating machines, fatigue is a major cause of deterioration of mechanical parts. Once a crack is present in a material, it will tend to grow under the influence of cyclic loading. The crack may be initiated by fatigue or may be caused by an impact, or similar event. Once the crack is released, it will grow to a critical length and product the fracture of the concerned component. The present paper is aimed at investigating both the effect of produced water (water coming from crude oil well) and the effect of nitriding on the fatigue crack growth behavior in ambient environment for a 17-4PH grade stainless steel. We want also to understand the mechanisms of the fatigue crack propagation under different conditions. With the fatigue test, a quantitative microscopic analysis of the fracture surfaces is carried out to observe and identify the micro effects of the fatigue process. The fatigue crack growth rate in the corroded material is higher than the base material and lower in nitriding material than the base material.