Souder le duplex et le super-duplex : taux de ferrite, métal d’apport, gaz et gestion thermique

Par Robert Lahnsteiner, ingénieur international en soudage (IWE) · Mise à jour : novembre 2026

Les aciers duplex se composent pour moitié environ de ferrite et pour moitié d’austénite. L’austénite apporte la ténacité et la résistance à la corrosion générale, la ferrite la résistance mécanique et la résistance à la corrosion sous contrainte. Au soudage, l’essentiel est de préserver cet équilibre.

À l’état de livraison, la structure est obtenue par hypertrempe (mise en solution à 1020–1100 °C suivie d’un refroidissement rapide) : une matrice ferritique avec environ 45 à 60 % d’austénite. Par rapport aux aciers austénitiques, les aciers duplex offrent :

• une résistance mécanique nettement plus élevée, qui permet des parois plus minces,
• une très bonne résistance à la corrosion par piqûres,
• une meilleure résistance à la corrosion sous contrainte, surtout en milieu chloruré,
• une dilatation thermique plus faible.

À l’état soudé, les aciers duplex s’utilisent en général entre −50 et +250 °C, les super-duplex jusqu’à +220 °C.

On les distingue par l’indice PRE, qui décrit la résistance à la corrosion par piqûres : duplex en dessous de 40, super-duplex à partir de 40. Les lean duplex contiennent peu ou pas de molybdène.

PRE = % Cr + 3,3 · % Mo + 16 · % N

Nuances selon EN 10088, avec valeurs indicatives de l’indice PRE selon DVS 0946. Pour les nuances au tungstène, l’indice est parfois calculé en incluant le tungstène. Sur l’indice PRE, voir aussi Ce qui rend l’acier inoxydable.

L’acier duplex se solidifie d’abord de façon entièrement ferritique. Ce n’est qu’au refroidissement qu’une partie de la ferrite se transforme en austénite. Au soudage, le temps manque pour cela ; le cordon contient donc plus de ferrite que le métal de base.

• Temps de refroidissement t12/8 : le temps entre 1200 et 800 °C est déterminant. Il doit être assez long pour que suffisamment d’austénite se forme.
• Métaux d’apport suralliés : les métaux d’apport contiennent plus de nickel et d’azote que le métal de base. Tous deux favorisent l’austénite et compensent le temps de refroidissement court.
• Rester trop longtemps chaud est aussi néfaste : lors d’un séjour prolongé entre environ 300 et 1000 °C se forment phase sigma, phase chi, nitrures et carbures de chrome ; vers 475 °C, il y a un risque de fragilisation. Cela coûte ténacité et résistance à la corrosion.

Les bases de la structure sont traitées dans Structure, ferrite delta et fissuration à chaud.

DVS 0946 recommande 30 à au plus 70 FN dans le métal fondu. En dessous, la résistance à la corrosion sous contrainte diminue ; au-dessus, la ténacité, la ductilité et la résistance à la corrosion en pâtissent.

• Un métal fondu dilué avec le métal de base contient en général plus de ferrite. Dans le métal fondu TIG, jusqu’à 85 FN sont généralement encore considérés comme acceptables.
• Pour la teneur en austénite, DVS 0946 indique également 30 à 70 % en l’absence d’hypertrempe.
• Mesurer : magnétiquement selon ISO 8249. L’évaluation sur coupe métallographique s’est révélée peu fiable lors d’essais interlaboratoires, car la ferrite est très fine et répartie de façon irrégulière.
• Estimer : avec le diagramme WRC-1992, qui va jusqu’à 100 FN et tient compte de l’azote et du cuivre. Schaeffler et DeLong ne couvrent pas de façon fiable le domaine duplex : calculateur Schaeffler, DeLong et WRC.

Pour le duplex, le type 22 9 3 N L (AWS 2209) est le métal d’apport le plus répandu, pour le super-duplex le 25 9 4 N L (2594). Tous deux sont suralliés en nickel par rapport au métal de base.

D’après DVS 0946, ISO 14343 et la fiche ISER 823. Les électrodes enrobées basiques donnent une ténacité plus élevée que les rutiles et sont préférées pour les racines avant le soudage à l’arc submergé. Les instructions des fabricants d’acier et de métal d’apport priment.

Choix du métal d’apport pour tous les aciers inoxydables : Choisir le métal d’apport.

L’azote dans le gaz de protection favorise l’austénite et compense les pertes d’azote. L’hydrogène n’a pas sa place dans le gaz de soudage, car il peut fragiliser l’acier duplex.

• Pas trop d’azote : des teneurs excessives dans le métal fondu entraînent des porosités et des nitrures de chrome. En TIG, le cordon absorbe moins d’azote qu’en MIG/MAG, et davantage avec de nombreuses passes.
• L’oxygène dans le gaz peut réduire légèrement la ténacité du métal fondu.
• Le super-duplex en MIG/MAG est sujet aux porosités. Des études ont donné les meilleurs résultats avec de l’argon, environ 30 % d’hélium et très peu de CO₂, environ 0,5 %. Encore moins de CO₂ rend l’arc instable. Le lot de fil joue aussi un rôle.
• Protection de la racine à l’argon, à l’azote ou à l’argon-azote. Gaz hydrogénés seulement avec au plus 10 % de H₂, de préférence 5 %, et uniquement sans écartement, afin que rien n’atteigne l’arc.

Plus de détails dans Gaz de protection et Protection de la racine et inertage.

Le duplex a besoin d’une fenêtre thermique : assez de chaleur pour l’austénite, mais pas au point de former de la phase sigma.

• Énergie de l’arc selon DVS 0946 : duplex 5 à 25 kJ/cm, super-duplex 2 à 15 kJ/cm.
• Température entre passes : duplex au plus 250 °C selon DVS 0946 (DVS 0931 indique 150 °C), super-duplex au plus 150 °C.
• Super-duplex avec exigences élevées : pour le soudage TIG, la littérature spécialisée recommande aussi de limiter la température entre passes à 100 °C et l’énergie de l’arc à 10 kJ/cm. Si la racine est recouverte avec une énergie élevée, sa résistance à la corrosion par piqûres peut diminuer.
• Le préchauffage n’est généralement pas nécessaire, car les aciers duplex modernes contiennent plus de 0,15 % d’azote. À partir d’une épaisseur de paroi d’environ 10 mm, 100 °C peuvent être utiles pour réduire les contraintes résiduelles, de même pour les racines et les épaisseurs différentes fortement bridées.
• Ne pas refroidir artificiellement : l’air comprimé ou l’eau entre les passes ne sont pas admis.

Calculer l’énergie de l’arc : Apport de chaleur et température entre passes.

Peu de dilution, toujours avec métal d’apport, angles d’ouverture plus grands.

• Angle d’ouverture de 70 à 80° au lieu de 60° : le bain est plus visqueux, et un angle étroit favorise le manque de fusion.
• Apporter suffisamment de métal d’apport en TIG. Éviter le soudage sans apport et la refusion cosmétique du cordon, sinon le métal fondu devient trop ferritique. Sans apport, cela ne fonctionne que sur des pièces minces à retrait libre, avec hypertrempe ultérieure, si possible recherche de fissures et gaz de protection azoté.
• Points de pointage avec métal d’apport : ils refroidissent vite, deviennent riches en ferrite et peuvent se fissurer. Préchauffer si nécessaire.

Plus de détails : Préparation du joint et pointage.

En règle générale, aucun traitement thermique n’est nécessaire. Si un traitement est malgré tout nécessaire, seule l’hypertrempe entre en ligne de compte.

Il dissout les phases intermétalliques et rétablit le rapport ferrite-austénite : chauffer rapidement, 1020 à 1050 °C, maintenir 5 minutes après chauffage à cœur complet, puis tremper à l’eau. Si une hypertrempe est réalisée, une teneur en austénite plus faible dans le métal fondu au préalable est aussi acceptable, mais les fissures dans un métal fondu presque entièrement ferritique doivent être évitées.

Puis-je souder le duplex avec du 316L ?

Pas duplex sur duplex : le cordon aurait une résistance mécanique et une résistance à la corrosion inférieures à celles du métal de base. Pour assembler du 1.4462 à un acier austénitique, le 22 9 3 N L et le 19 12 3 L conviennent tous deux.

Pourquoi mon cordon contient-il plus de ferrite que la tôle ?

Parce que la transformation en austénite ne s’achève pas pendant le refroidissement rapide après le soudage. Les métaux d’apport suralliés, une chaleur suffisante et l’azote dans le gaz s’y opposent.

Puis-je inerter le duplex au gaz de formage ?

Sous réserve : au plus 10 % d’hydrogène, de préférence 5 %, et sans écartement. L’argon, l’azote ou l’argon-azote sont plus simples.

Qu’est-ce que le lean duplex ?

Des nuances duplex avec peu de molybdène et de nickel, comme le 1.4362. Elles sont moins chères, et leur indice PRE est plus faible. Elles se soudent avec des métaux d’apport de type 23 7 N L ou 22 9 3 N L.

La série va du matériau au joint contrôlé, en passant par le procédé, le gaz et la protection de la racine. Pour une vue d’ensemble, voir Le soudage des aciers inoxydables.

1. Ce qui rend l’acier inoxydable
2. Structure, ferrite delta et fissuration à chaud
3. Choisir le métal d’apport
4. Les procédés en un coup d’œil
5. Gaz de protection
6. Apport de chaleur et température entre passes
7. Préparation du joint et pointage
8. Protection de la racine et inertage
9. Couleurs de revenu, décapage, passivation
10. Assembler l’inox et l’acier non allié
11. Défauts et dommages de corrosion
12. Contrôle et sécurité au travail