Les fissures de trempe sont un défaut dû à la fissuration sous contrainte. Elles apparaissent lorsque la contrainte interne du matériau dépasse sa limite d'élasticité. Leur origine est complexe. La contrainte interne, de nature tractionnelle, se forme lors de la trempe. La cause interne des fissures de trempe réside dans la contrainte excessive qui se produit lorsque le matériau subit une transformation martensitique. Ce phénomène est étroitement lié à la composition chimique de l'acier, notamment à sa teneur en carbone et en éléments d'alliage. Généralement, plus la teneur en carbone est élevée, plus le matériau est susceptible de se fissurer. On considère généralement qu'aucune fissure de trempe n'apparaît pour une teneur en carbone (w(C)) inférieure à 0,2 %. Cependant, des facteurs externes, tels que les méthodes de refroidissement après trempe et la qualité de surface des tubes d'acier, peuvent également provoquer des fissures de trempe.
En fonction des différents facteurs susceptibles de provoquer des fissures de trempe, les mesures préventives suivantes peuvent être prises :
1. Mesures préventives contre les fissures de trempe dues aux défauts de surface. Pour les fissures de trempe causées par une concentration de contraintes locale induite par des défauts de surface, il est nécessaire d'améliorer la qualité de surface du corps du tube laminé et de réduire les macro-défauts et les déformations du matériau.
2. Mesures préventives contre la fissuration par trempe. La réduction de la vitesse de refroidissement permet de diminuer les contraintes résiduelles, c'est-à-dire les contraintes d'organisation générées par la transformation martensitique. La transformation de phase des parois interne et externe s'effectue de manière graduelle. Tout en assurant une vitesse de refroidissement de l'ensemble de la structure martensitique (50-60 °C/s), il convient de réduire le débit d'eau de refroidissement et d'adopter la méthode de refroidissement par aspersion interne et douche externe (retardée). En théorie, le délai entre le refroidissement par douche externe et le refroidissement par aspersion interne correspond au temps nécessaire au démarrage et à l'achèvement de la transformation martensitique de la paroi interne du tube en acier, générant ainsi des contraintes de compression autour du tube. La génération de ces contraintes de compression résiduelles dans le sens circonférentiel du tube permet de réduire considérablement, voire d'éliminer, les fissures de trempe.
3. Mesures préventives contre les fissures de trempe par cémentation superficielle. Augmenter la viscosité du laitier de protection, réduire sa consommation et épaissir la couche de laitier liquide afin de prévenir les fluctuations de la surface de l'acier en fusion. Parallèlement, l'augmentation de la viscosité du laitier ralentit considérablement la diffusion du carbone de la couche de laitier vers l'acier en fusion. L'ajout d'une quantité appropriée d'oxydant (tel que MnO₂) au laitier de protection favorise l'oxydation du carbone et limite efficacement sa teneur dans la couche enrichie en carbone et la couche de laitier. Il est également possible d'utiliser un laitier de protection exempt de carbone.
4. Mesures préventives contre la fissuration par trempe dans les aciers sensibles à la fissuration. Il convient d'ajuster la composition de l'acier, de réduire la teneur en carbone, d'affiner le grain et d'améliorer la résistance à la propagation des fissures. La fraction massique de carbone et de manganèse doit être strictement contrôlée pour les aciers trempés à l'eau. La trempe à l'eau présentant un risque de fissuration, il est recommandé d'utiliser la trempe à l'huile. Pour les aciers à haute teneur en carbone et en manganèse, la réduction de la température et de la vitesse de trempe contribue à prévenir l'apparition de fissures par trempe dans les tubes en acier.
Date de publication : 9 octobre 2024