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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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7. Résistance à la corrosion des appareils chaudronnés
Le choix d’un matériau de construction pour un appareil doit tenir compte, non seulement des conditions de service, mais aussi de l’effet des opérations de mise en œuvre (formage, soudage, finition de surfaces).
La « corrosion préférentielle des soudures » est un phénomène régulièrement signalé par les utilisateurs, qui peut avoir des origines complexes.
Les indications suivantes ont pour but de sensibiliser les utilisateurs à l’influence de certains phénomènes métallurgiques liés à la mise en œuvre sur la tenue en service.
7.1 Effet de l’écrouissage
Le formage à froid de tubes, viroles ou fonds entraîne le durcissement par écrouissage des aciers inoxydables, ainsi que l’apparition de contraintes résiduelles de traction. Ces deux effets peuvent, pour les nuances les plus sensibles, entraîner une sensibilité accrue à la corrosion sous contrainte.
Des déformations à froid inférieures à 5 % sont généralement acceptées en l’état.
Des taux de déformation compris entre 5 et 15 % peuvent nécessiter des traitements correctifs adaptés pour certaines nuances d’acier. Dans le cas des aciers inoxydables, on peut envisager :
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un grenaillage contrôlé des surfaces soumises à la corrosion ;
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une hypertrempe, qui n’est toutefois applicable facilement que sur des produits intermédiaires (tubes, fonds…) ;
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pour les cas de corrosion sous calorifuge des aciers austénitiques, une peinture évitant le contact direct des chlorures avec la paroi externe.
Lorsque les risques de corrosion sous contrainte sont faibles, il n’est pas indispensable de chercher à compenser l’effet de l’écrouissage et on peut même envisager de tirer partie de l’effet d’amélioration des propriétés de traction ou de dureté liée au formage, ou même à une expansion contrôlée par mise sous pression.
HAUT DE PAGE7.2 Effets géométriques
Les opérations de formage et soudage entraînent des modifications géométriques qui peuvent influer sur le comportement en service des appareils.
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Lorsque des phénomènes de fatigue et fatigue-corrosion...
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Résistance à la corrosion des appareils chaudronnés
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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
-
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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