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Article

1 - TRAITEMENTS THERMIQUES APPLIQUÉS AUX DIFFÉRENTES FAMILLES D’ACIERS INOXYDABLES

2 - DÉTENSIONNEMENT DES ACIERS INOXYDABLES AUSTÉNITIQUES

3 - TRAITEMENTS THERMIQUES APRÈS SOUDAGE

  • 3.1 - Aciers martensitiques
  • 3.2 - Aciers ferritiques
  • 3.3 - Aciers austénitiques
  • 3.4 - Aciers austéno-ferritiques
  • 3.5 - Aciers à durcissement par précipitation

4 - CONTRÔLE DES PROPRIÉTÉS DE LA SURFACE : FOURS ET ATMOSPHÈRES

  • 4.1 - Fours à bains de sels
  • 4.2 - Fours à gaz
  • 4.3 - Atmosphères protectrices
  • 4.4 - Traitements thermiques à l’air
  • 4.5 - Défauts de surface dus aux traitements thermiques

5 - GROSSISSEMENT DU GRAIN DES ACIERS INOXYDABLES

  • 5.1 - Aciers inoxydables ferritiques
  • 5.2 - Aciers inoxydables martensitiques et austénitiques

| Réf : M1155 v2

Traitements thermiques appliqués aux différentes familles d’aciers inoxydables
Traitements thermiques des aciers inoxydables

Auteur(s) : Hervé SASSOULAS

Date de publication : 10 mars 1997

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Auteur(s)

  • Hervé SASSOULAS : Ingénieur civil des Mines - Ingénieur de recherche. Centre de recherches d’Ugine. Ugine - Savoie

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INTRODUCTION

Les aciers inoxydables peuvent subir différents traitements thermiques.

  • Des traitements thermiques dits de qualité appliqués aux aciers inoxydables afin de leur conférer leurs propriétés d’usage : caractéristiques mécaniques ou résistance à la corrosion. Ces traitements de qualité sont pratiqués tard dans la gamme soit par le sidérurgiste, soit par l’utilisateur final de l’acier.

    Les traitements assurant une bonne résistance à la corrosion ont tous pour but de rendre la teneur en chrome du métal la plus homogène possible en évitant toute précipitation de phases riches en chrome (carbonitrures de chrome, ou phases intermétalliques riches en chrome) et donc toute diminution de la teneur en chrome dans les zones avoisinantes. En effet, c’est le chrome qui assure l’inoxydabilité des aciers inoxydables et une teneur en chrome supérieure à 10,5 % en tout point du métal est à cet égard indispensable.

    D’autre part et même si la caractéristique première des aciers inoxydables est leur tenue à la corrosion, il convient de se rappeler qu’ils peuvent par traitement thermique approprié acquérir des caractéristiques mécaniques ou une dureté non négligeables, ce qui peut permettre des économies de matière, un allègement des structures, ou tout simplement l’aptitude à une utilisation donnée. En parallèle, il faut conserver une ductilité suffisante au métal compte-tenu de l’application. Pour certaines nuances, c’est une fragilisation que l’on cherche à éviter, ce qui interdit les maintiens dans certaines plages de température.

  • Des traitements impliquant une certaine déformation du métal et qui ne peuvent donc être mis en œuvre que lors d’une mise en forme : il s’agit alors de traitements thermomécaniques, pratiqués par le sidérurgiste.

    Ces traitements thermiques ou thermomécaniques sont évidemment différents selon la structure métallurgique recherchée à la température ambiante : ferritique, martensitique, austénitique, ou mixte (ferrito-martensitique ou austéno-ferritique). Les traitements sont donc présentés, dans cet article, en fonction des différentes familles d’aciers inoxydables.

  • Des traitements de détensionnement des contraintes dont les effets, tout au moins recherchés, sont plus mécaniques que métallurgiques.

  • Des traitements appliqués après soudage pour restaurer les propriétés du métal, en particulier en zone affectée par la chaleur.

    Lors de l’exécution de ces divers traitements thermiques, il importe de prendre un certain nombre de précautions.

  • La nature du fluide caloporteur utilisé lors du traitement thermique ayant une incidence sur la composition chimique en peau de pièce (perte ou apport d’éléments chimiques) et donc sur les propriétés de surface de l’acier inoxydable, en particulier sa brillance, sa dureté et sa résistance à la corrosion. Les atmosphères à utiliser lors des traitements thermiques varient en fonction des qualités souhaitées en surface de produit, et des défauts pouvant résulter d’atmosphères inadaptées.

  • Certaines conditions de traitement thermique portant sur le couple temps-température doivent être respectées afin d’éviter un grossissement de grain excessif, il s’agit ici de limiter le temps de traitement, tout en lui gardant une valeur suffisante pour atteindre son but, en général une dissolution de précipités.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-m1155


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1. Traitements thermiques appliqués aux différentes familles d’aciers inoxydables

1.1 Aciers inoxydables martensitiques

Leur structure totalement martensitique confère à ces aciers une limite d’élasticité, une résistance, ainsi qu’une dureté élevées. Leur ductilité est par contre moindre que celle des aciers inoxydables ferritiques ou austénitiques et, afin de l’améliorer, les aciers inoxydables martensitiques subissent en général un traitement de revenu plus ou moins prononcé.

Comme tous les aciers inoxydables, les aciers inoxydables martensitiques contiennent au moins 11 % de chrome.

La structure martensitique peut être obtenue par addition de carbone ou de nickel.

L’apport de carbone peut aller jusqu’à 1,4 %. Cet élément augmente fortement la dureté de l’acier, car d’une part il accroît la dureté de la martensite, et d’autre part il provoque l’apparition de carbures. Le carbone peut être en partie remplacé par de l’azote.

Les additions de nickel peuvent aller de 1,5 à 5 %. Cet élément a une influence sur la dureté beaucoup plus faible que celle du carbone et il est utilisé pour améliorer la ductilité. Il est beaucoup plus onéreux que le carbone.

Pour la présentation qui suit, nous avons choisi de classer les aciers martensitiques en quatre groupes principaux :

  • groupe 1 :C < 0,15 % - 11,5 % < Cr < 13,5 % - Ni < 1 % ;

  • groupe 2 :0,15 % < C < 0,5 % - 12 % < Cr < 16 %  - Ni < 1 % ;

  • groupe 3 :0,6 % < C < 1,4 % - 16 % < Cr < 18 % - Ni < 1 % ;

  • groupe 4 :C < 0,2 % - 12 % < Cr < 18 % - 1,5 % < Ni < 5 %.

Pour les groupes 1 à 3, c’est la dureté qui est visée en premier lieu. Si l’on augmente la teneur en carbone, il faut augmenter la teneur en chrome car le chrome consomme une partie du chrome par formation de carbures. Les aciers des groupes 2 et 3 peuvent être additionnés de molybdène, pour des impératifs de tenue à la corrosion.

Pour le groupe 4, c’est un bon compromis résistance-ductilité qui est visé ; il est obtenu par emploi de nickel. Les aciers à durcissement...

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