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

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : M1155 v3

Traitements thermiques des aciers inoxydables

Auteur(s) : Hervé SASSOULAS

Relu et validé le 16 mai 2024

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RÉSUMÉ

Comprendre les motivations métallurgiques des traitements thermiques ou thermomécaniques applicables aux aciers inoxydables est utile voire indispensable aux prescripteurs. Dans cet article, ces motivations sont présentées pour l’ensemble des familles d’acier inoxydable, que ces motivations soient relatives à la tenue mécanique ou à la tenue à la corrosion. L’effet nuisible de certains maintiens en température lors de l’utilisation de certaines nuances, et les limitations que cela impose pour leur usage, sont également abordés. Dans tous les cas, des diagrammes binaires ou pseudo binaires, des figures décrivant l’évolution d’une propriété au cours du traitement, ou des tableaux donnant les propriétés mécaniques typiquement attendues à son issue, sont donnés.

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Auteur(s)

  • Hervé SASSOULAS : Ingénieur R & D - Commissariat à l’Énergie Atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Énergies Nouvelles et les nanomatériaux - Grenoble, France

INTRODUCTION

Les aciers inoxydables peuvent subir différents traitements thermiques.

Les traitements thermiques dits de qualité sont 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.

D'autres traitements impliquent une certaine déformation du métal et 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.

Les traitements de détensionnement des contraintes ont des effets, tout au moins recherchés, plus mécaniques que métallurgiques.

Les traitements appliqués après soudage restaurent 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.

Cet article qui passe en revue les aspects métallurgiques des divers traitements thermiques pratiqués sur aciers inoxydables permettra au lecteur de mieux choisir le traitement nécessaire et suffisant dans le cas de son application particulière ou de mieux comprendre le choix effectué par ses prédécesseurs.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-m1155


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PECKNER (D.), BERNSTEIN (I.M.) -   Handbook of stainless steels.  -  Mac Graw-Hill (1977).

  • (2) - COLOMBIER (L.), HOCHMANN (J.) -   Aciers inoxydables. Aciers réfractaires.  -  Dunod (1965).

  • (3) - LACOMBE (P.), BAROUX (B.), BERANGER (G.) -   Les aciers inoxydables.  -  Les Éditions de physique (1990).

  • (4) - TRICOT (R.) -   Critère de choix et propriétés d’emploi des aciers inoxydables normalisés.  -  Métallurgie et constructions mécaniques, n° 102, p. 376 (1970).

  • (5) - IRVINE (K.J.), CROWE (D.J.), PICKRING (F.B.) -   The physical metallurgy of 12 % chromium steels.  -  Journal of the iron and steel institute (GB), n° 195, p. 386-405 (août 1960).

  • (6) - ROMBEAUX (Ph.) -   Traitements...

NORMES

  • Aciers inoxydables. Partie 1. Liste des aciers inoxydables. - Norme européenne NF EN 10088-1 - 11.95

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