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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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Aciers inoxydables martensitiquesArticle inclus dans l'offre
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1. Classification des aciers inoxydables
1.1 Notions de base
Les aciers inoxydables doivent leur résistance à la corrosion à la formation, dans leurs conditions d’emploi, d’une couche passive très mince (quelques nanomètres) constituée de composés de chrome de structure complexe. Le choix judicieux d’un acier inoxydable pour une utilisation donnée a pour but de s’assurer que l’acier choisi reste dans cet état « passif » caractérisé par une vitesse de dissolution ou de corrosion très faible (généralement inférieure à 0,1 mm par an). Ces aciers contiennent de 10 à 30 % en masse de chrome, ainsi que d’autres éléments choisis pour améliorer leur tenue à la corrosion ou leur effet sur leur structure tels que le molybdène, le nickel, l’azote ou le titane.
Les aciers alliés au chrome présentent également une bonne résistance à l’oxydation à haute température liée à la formation d’une couche adhérente et stable d’oxyde de chrome : on parle alors d’aciers réfractaires qui peuvent également contenir du silicium, de l’aluminium, qui forment comme le chrome des oxydes résistants. Ils peuvent aussi contenir du nickel et de l’azote pour obtenir une structure austénitique stable, mais aussi, pour améliorer leur tenue au fluage, du molybdène, du titane, du niobium et du carbone (tableau 1).
Les compositions sont indiquées en pourcentage massique, sauf indication contraire.
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D’après Schaeffler (pourcentages massiques)
Eq Cr = % Cr + % Mo + 1,5 × % Si + 0,5 × % NbEq Ni = % Ni + 30 × % C + 0,5 × % Mn
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D’après Espy (pourcentages massiques)
Eq Ni = % Ni + 30 × % C + 0,87 + K (% N – 0,045) + 0,33 × % Cu...
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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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