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Auteur(s)
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Pierre-Jean CUNAT : Directeur technique EURO-INOX
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les aciers inoxydables constituent une vaste famille d’alliages métalliques qui ont tous en commun de contenir du fer et du chrome.
Suivant leur teneur en chrome dont le seuil minimal est de 10,5 % et les traitements métallurgiques qu’ils ont subis, ils présentent un large éventail de propriétés.
Dans le cours de ce document, nous nous sommes efforcés de décrire les différentes structures rencontrées ainsi que les propriétés et caractéristiques qui y sont associées.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
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M 4 540-Aciers inoxydables. Critères de choix et structure (le présent article) ;
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M 4 541-Aciers inoxydables. Propriétés. Résistance à la corrosion ;
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M 4 542-Aciers inoxydables. Mise en œuvre ;
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M 4 543-Aciers inoxydables. Fabrication ;
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Doc. M 4 544-Aciers inoxydables.
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- Version courante de janv. 2025 par Pierre-Jean CUNAT
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2. Structure des aciers inoxydables
Les aciers inoxydables sont des alliages métalliques à base de fer ou plus exactement à base d’acier (alliage : fer-carbone) qui doivent contenir au moins 10,5 % de chrome (selon la norme européenne EN 10088-1) et souvent d’autres éléments d’addition tels que le nickel (ou son substitut le manganèse) et dans une moindre mesure le molybdène.
Avant d’examiner les différents diagrammes d’équilibre, il est utile de rappeler les variétés allotropiques du fer. Aux basses températures et jusqu’à 910 C, le fer a une structure cubique centrée, c’est le fer α. A partir de 910 C, il se transforme en fer γ dont la structure est cubique à faces centrées et une nouvelle transformation intervient à 1400 C pour donner le fer δ dont la structure est cubique centrée. Ces transformations qui sont réversibles peuvent se résumer suivant le schéma du tableau 3.
C’est ainsi que le chrome (cubique centré) sera un stabilisant de la ferrite tandis que le nickel (cubique à faces centrées) sera un stabilisant de l’austénite.
2.1 Système fer-chrome
Le diagramme binaire complet à l’équilibre fer-chrome (figure 1) montre que l’existence de la phase γ est limitée à l’intérieur d’un domaine appelé « boucle γ » ; cette situation étant due au chrome qui, compte tenu de sa structure cristallographique, favorise le développement du domaine α.
Le détail de la boucle γ (figure 2), montre que, pour des teneurs en chrome inférieures à 10,5 %, l’alliage Fe-Cr subit au chauffage une transformation
et inversement au refroidissement. Pour des teneurs en chrome supérieures à 11,5 %, seul le domaine α existe. L’alliage métallique ne subit aucun changement de phase et reste donc ferritique (phase α). Entre une teneur en chrome comprise entre 10,5 et 11,5 %, les deux phases α et γ coexistent sous la forme d’une structure mixte ou biphasée α + γ.
L’étendue du domaine γ va être très fortement influencée par d’autres éléments...
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