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RÉSUMÉ
La résistance à la corrosion, propriété principale des aciers inoxydables, en fait un matériau de choix pour la chaudronnerie. Une classification des aciers inoxydables est proposée dans cet article : notions de base, diagrammes de structure et états de surface. Les aciers inoxydables martensitiques, ferritiques, austéno-ferritiques et austénitiques sont ensuite détaillés par type à travers leurs compositions, propriétés, traitements, formages, etc. La connaissance des propriétés et des comportements de l'acier inoxydable en jeu permet d'adapter les méthodes de mise en oeuvre industriels appropriés à l'utilisation finale (exemple: le soudage des tôles plaquées ou encore l'assemblage des tubes sur les plaques tubulaires).
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre SOULIGNAC : Ingénieur matériaux de l’École des mines de Nancy - Industeel
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Bernard BONNEFOIS : Ingénieur matériaux - Centre de recherche des matériaux du Creusot, Industeel
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Etienne SOUTIF : Ingénieur soudeur - Technip
INTRODUCTION
La propriété principale qui définit les aciers inoxydables est leur résistance à la corrosion qui en fait des matériaux de choix pour les industries de la chimie, de la pétrochimie, de la pâte et du papier, de la production d’énergie, de l’agroalimentaire, de l’eau, de la construction et du génie civil. Cette résistance à la corrosion est liée à leur teneur élevée en chrome (de 10 à 30 %) et renforcée par des additions de molybdène (jusqu’à 7 %) et d’autres éléments d’alliage comme le tungstène, le cuivre, le nickel, l’azote… Le nickel et l’azote sont utilisés pour renforcer la structure des aciers inoxydables austénitiques car ils jouent souvent un rôle positif sur leur tenue à la corrosion, à la différence du carbone.
La présence à la surface des aciers inoxydables d’une « couche passive » superficielle, gage de leur bonne tenue en service, implique la nécessité de conserver – ou éventuellement reconstituer – lors des opérations de chaudronnerie l’état de surface adapté aux conditions de service des appareils ou équipements.
Pour choisir et utiliser les méthodes de mise en œuvre les plus adaptées à chaque acier inoxydable (il en existe une centaine), il est indispensable de connaître ses propriétés et son comportement à la mise en œuvre, qui sont en première approximation liés à sa famille d’appartenance.
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4. Aciers inoxydables austéno-ferritiques
4.1 Composition chimique, structure et propriétés générales
Les aciers inoxydables austéno-ferritiques, dits « duplex », contiennent de 20 à 30 % de chrome, de 2 à 10 % de nickel et une teneur en azote comprise entre 0,1 et 0,3 % (tableau 7). Ils peuvent en plus contenir d’autres éléments comme du molybdène (jusqu’à 4,5 % environ) du cuivre (jusqu’à 2 %) et du tungstène.
Les aciers duplex modernes présentent deux caractéristiques principales :
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une structure biphasée (45 % de ferrite, 55 % d’austénite) obtenue par un équilibrage des éléments alphagènes (Cr, Mo, Si…) et gammagènes (Ni, N, Cu, C) et un choix judicieux de la température de traitement thermique. Cette structure est à l’état hypertrempé, exempte de précipitations de phases fragiles (σ, χ…) et de précipités (carbures, nitrures) ;
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une teneur suffisante en azote, plus efficace que les éléments métalliques (Ni) pour stabiliser la structure lors des cycles thermiques courts, en particulier dans les ZAT. L’azote joue de plus un rôle favorable sur les propriétés mécaniques de la phase austénitique.
L’acier duplex le plus utilisé est le 1.4462 (22 % Cr, 5 % Ni, 3 % Mo, N) mais il en existe en réalité trois groupes principaux (tableau 7).
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Les aciers duplex économiques du type 2304 sans molybdène présentent une tenue à la corrosion voisine de celle des aciers type 316L.
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Les aciers duplex classiques (2205) sont nettement plus résistants à la corrosion grâce à une addition de molybdène.
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Les aciers dits « superduplex » à teneur en chrome (25 %), molybdène (4 %) et azote très élevées présentent une combinaison exceptionnelle de propriétés mécaniques et de tenue à la corrosion.
4.2 Propriétés mécaniques
Le principal avantage des aciers duplex réside dans leurs excellentes propriétés...
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Aciers inoxydables austéno-ferritiques
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MOIRON (J.L.), BONNEFOIS (B.), CUNAT (P.J.) - Souder les aciers inoxydables. - OTLIA, Sirpe (2000).
-
(2) - LACOMBE (P.), BAROUX (B.), BÉRANGER (G.) - Les aciers inoxydables. - Éditions de Physique (1990).
-
(3) - VARRIOT (J.) - Les aciers inoxydables. Mise en œuvre et soudage. - Ouvrage republié dans la revue Souder, 23, no 6 (novembre 1999) et 24, no 1 à 3 (janvier, mars et mai 2000), Publications du soudage et ses applications.
-
(4) - * - Document no 1196-92, commission II, International Institute of Welding (1992).
-
(5) - KOZLOWSKI (A.) - Données numériques sur les aciers inoxydables. - [M 323], Étude et propriétés des métaux (1997).
-
(6) - SASSOULAS (H.) - Traitements thermiques des aciers inoxydables. - [M 1 155], Étude et propriétés...
NORMES
-
Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count - ASTM E 562 - 2002
-
Standard Practice for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels - ASTM A 262 - 2002
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Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution - ASTM G 48 - 2003
-
Boiler and pressure code, section VIII, divisions 1 et 2. - ASME - 2005
ANNEXES
Directive 97/23CE du Parlement européen et du Conseil du 29 mai 1997 relative au rapprochement des législations des États membres concernant les équipements sous pression, dite directive Équipements sous pression (DESP), JO L181 du 9 juillet 1997.
HAUT DE PAGE
Numéros UNS (unified numbering system for metals and alloys)
http://www.matweb.com/search/SearchUNS.asp
Centre technique des industries mécaniques (Cetim)
Syndicat national de la chaudronnerie, de la tôlerie et de la tuyauterie industrielle (SNCT)
Institut de développement de l’inox (ID Inox)
https://www.ecolechezsoi.com/ecole/partenariat/id-inox.html
Euro Inox, The European Stainless Steel Development Association
ASTM International
Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA)
American Welding Society (AWS)
American Society of Mechanical Engineers (ASME)
Association française des ingénieurs...
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