Présentation
Auteur(s)
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Laurent ANTONI : Docteur-ingénieur de l’Institut national polytechnique de Grenoble - École nationale supérieure d’électrochimie et d’électrométallurgie de Grenoble
-
Alain GALERIE : Professeur à l’Institut national polytechnique de Grenoble - École nationale supérieure d’électrochimie et d’électrométallurgie de Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
De nombreux procédés industriels produisent des environnements gazeux complexes consistant en des mélanges d’espèces soufrées (H2S , SO2 , COS) et oxydantes (O2 , H2O , CO2 ). Le soufre apparaît comme un des éléments contaminants corrosifs les plus répandus dans les environnements industriels à haute température. Il est généralement présent dans les fiouls. Les attaques de corrosion sulfurante sont souvent assez localisées et peuvent conduire à des percements de tubes ou de parois. De tels problèmes sont rencontrés dans la calcination de minéraux, les procédés pétrochimiques, le raffinage pétrolier, la gazéification du charbon, les incinérateurs de déchets ou la combustion de charbon en lit fluidisé.
La nitruration, comme la carburation, peut être considérée comme un traitement métallurgique de surface, de durcissement en l’occurrence, ou malheureusement comme un mode de corrosion. Nous nous limiterons à ce dernier phénomène qui concerne principalement les éléments des fours servant à réaliser les traitements de nitruration ou de carbonitruration ou bien les pièces utilisées dans les procédés chimiques pour la production d’ammoniaque, d’acide nitrique ou de nylon. La corrosion par l’azote moléculaire (N2 ) n’est, en général, pas un problème, malgré sa teneur d’environ 80 % dans l’air. La solubilité relativement élevée et la cinétique lente de formation de nitrures dans les alliages réfractaires font, qu’en présence d’oxygène, c’est l’oxydation qui l’emporte et l’oxyde protège alors le métal.
La nitruration peut devenir un problème à haute température si la quantité d’oxygène dans l’atmosphère est insuffisante, ou surtout lorsque l’azote est présent à l’état atomique, plus réactif. Ces deux conditions sont réunies dans l’azote pur à haute température ou dans l’ammoniac craqué.
Cette étude sur la corrosion sèche des métaux est présentée en plusieurs fascicules :
— - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : oxydation, carburation ;
— [M 4 225] - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : sulfuration, nitruration ;
— - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : halogènes ;
— - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : dépôts ; milieux fondus ;
— - Corrosion sèche des métaux. Choix des alliages ;
— - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels. Pour en savoir plus.
Pour une étude théorique du phénomène, le lecteur se reportera aux articles et de ce traité.
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2. Nitruration
De manière analogue à la carburation (cf. article ), l’attaque de nitruration consiste en l’incorporation d’azote par diffusion dans le métal puis précipitation de nitrures (figure 9). Cela peut avoir pour conséquence un durcissement ou une fragilisation du matériau, notamment aux soudures. La précipitation de nitrures de chrome peut entraîner une déchromisation du matériau et ainsi affecter sa tenue à la corrosion.
2.1 Atmosphères d’azote pur
L’effet de la nitruration dans des atmosphères contenant 100 % d’azote est encore mal connu. L’azote est considéré comme inerte à l’état moléculaire. Aux hautes températures (de l’ordre de 1 000 oC), l’azote se dissocie et forme avec le chrome, le silicium ou l’alumine des nitrures, préférentiellement aux joints de grains. Cela peut entraîner une attaque relativement sévère comme l’indiquent les travaux de Tjokro et Young . La cinétique de nitruration suit une loi parabolique. Cela permet de comparer la résistance à la nitruration par la représentation des valeurs des constantes paraboliques (figure 10). La précipitation des nitrures, principalement de chrome (CrN, Cr2N), se fait de manière inter- ou intragranulaire. Il apparaît clairement que la diffusion intergranulaire est beaucoup plus rapide. Le lecteur se référera aux travaux
de Krupp et Christ ...
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