L'acier inoxydable duplex (DSS) est un acier inoxydable composé à parts approximativement égales de ferrite et d'austénite, la phase la plus faible représentant généralement au moins 30 %. La teneur en chrome du DSS est généralement comprise entre 18 % et 28 % et en nickel entre 3 % et 10 %. Certains aciers inoxydables duplex contiennent également des éléments d'alliage tels que le molybdène (Mo), le cuivre (Cu), le niobium (Nb), le titane (Ti) et l'azote (N).
Cette catégorie d'acier combine les caractéristiques des aciers inoxydables austénitiques et ferritiques. Comparé aux aciers inoxydables ferritiques, le DSS présente une plasticité et une ténacité supérieures, une absence de fragilité à température ambiante et une meilleure résistance à la corrosion intergranulaire et une meilleure soudabilité. Parallèlement, il conserve la fragilité à 475 °C et la conductivité thermique élevée des aciers inoxydables ferritiques, tout en présentant une superplasticité. Comparé aux aciers inoxydables austénitiques, le DSS présente une résistance mécanique supérieure et une résistance nettement supérieure à la corrosion intergranulaire et à la corrosion sous contrainte par les chlorures. Il présente également une excellente résistance à la corrosion par piqûres et est considéré comme un acier inoxydable économe en nickel.
Structure et types
Grâce à sa structure biphasée austénitique et ferritique, chaque phase représentant environ la moitié de la résistance, le DSS présente les caractéristiques des aciers inoxydables austénitiques et ferritiques. La limite d'élasticité du DSS varie de 400 MPa à 550 MPa, soit deux fois celle des aciers inoxydables austénitiques ordinaires. Le DSS présente une ténacité supérieure, une température de transition fragile plus basse et une résistance à la corrosion intergranulaire et une soudabilité nettement supérieures à celles des aciers inoxydables ferritiques. Il conserve également certaines propriétés des aciers inoxydables ferritiques, telles que la fragilité à 475 °C, une conductivité thermique élevée, un faible coefficient de dilatation thermique, la superplasticité et le magnétisme. Comparé aux aciers inoxydables austénitiques, le DSS présente une résistance mécanique supérieure, notamment une limite d'élasticité, et une meilleure résistance à la piqûre, à la corrosion sous contrainte et à la fatigue-corrosion.
Les aciers inoxydables DSS peuvent être classés en quatre types selon leur composition chimique : Cr18, Cr23 (sans Mo), Cr22 et Cr25. Le Cr25 se subdivise en aciers inoxydables standard et super duplex. Parmi ceux-ci, les Cr22 et Cr25 sont les plus couramment utilisés. En Chine, la majorité des nuances DSS utilisées sont produites en Suède, notamment le 3RE60 (type Cr18), le SAF2304 (type Cr23), le SAF2205 (type Cr22) et le SAF2507 (type Cr25).
Types d'acier inoxydable duplex
1. Type à faible alliage :Représenté par la norme UNS S32304 (23Cr-4Ni-0,1N), cet acier ne contient pas de molybdène et présente un indice d'équivalence de résistance aux piqûres (PREN) de 24-25. Il peut remplacer l'AISI 304 ou 316 pour les applications de résistance à la corrosion sous contrainte.
2. Type d'alliage moyen :Représenté par la norme UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0,15N), avec un PREN de 32-33. Sa résistance à la corrosion se situe entre celle de l'AISI 316L et celle des aciers inoxydables austénitiques à 6 % de Mo+N.
3. Type à haute teneur en alliage :Contient généralement 25 % de chrome, ainsi que du molybdène et de l'azote, et parfois du cuivre et du tungstène. Représenté par la norme UNS S32550 (25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0,2N), avec un PREN de 38-39, cet acier présente une meilleure résistance à la corrosion que l'acier de coulée à 22 % de chrome.
4. Acier inoxydable super duplex :Contient des niveaux élevés de molybdène et d'azote, représentés par UNS S32750 (25Cr-7Ni-3,7Mo-0,3N), contenant parfois également du tungstène et du cuivre, avec un PREN supérieur à 40. Il convient aux conditions de milieux difficiles, offrant d'excellentes propriétés de corrosion et mécaniques, comparables aux aciers inoxydables super austénitiques.
Nuances d'acier inoxydable duplex en Chine
La nouvelle norme chinoise GB/T 20878-2007 « Nuances et composition chimique des aciers inoxydables et réfractaires » inclut de nombreuses nuances DSS, telles que 14Cr18Ni11Si4AlTi, 022Cr19Ni5Mo3Si2N et 12Cr21Ni5Ti. De plus, l'acier duplex 2205, bien connu, correspond à la nuance chinoise 022Cr23Ni5Mo3N.
Caractéristiques de l'acier inoxydable duplex
Grâce à sa structure biphasée, grâce à une composition chimique et un traitement thermique maîtrisés, le DSS combine les avantages des aciers inoxydables ferritiques et austénitiques. Il hérite de l'excellente ténacité et de la soudabilité des aciers inoxydables austénitiques, ainsi que de la résistance mécanique et de la résistance à la corrosion sous contrainte chlorée élevées des aciers inoxydables ferritiques. Ces propriétés supérieures ont permis au DSS de se développer rapidement comme matériau de structure soudable depuis les années 1980, devenant comparable aux aciers inoxydables martensitiques, austénitiques et ferritiques. Le DSS présente les caractéristiques suivantes :
1. Résistance à la corrosion sous contrainte du chlorure :Le DSS contenant du molybdène présente une excellente résistance à la corrosion sous contrainte due aux chlorures à faibles niveaux de contrainte. Alors que les aciers inoxydables austénitiques 18-8 ont tendance à se fissurer par corrosion sous contrainte dans des solutions de chlorure neutres à plus de 60 °C, le DSS présente de bonnes performances dans des environnements contenant des traces de chlorures et de sulfure d'hydrogène, ce qui le rend idéal pour les échangeurs de chaleur et les évaporateurs.
2. Résistance à la corrosion par piqûres :Le DSS présente une excellente résistance à la corrosion par piqûres. À équivalent de résistance à la piqûre (PRE = Cr% + 3,3Mo% + 16N%), le DSS et les aciers inoxydables austénitiques présentent des potentiels de corrosion par piqûres similaires. La résistance à la corrosion par piqûres et caverneuse du DSS, notamment pour les aciers à forte teneur en chrome et en azote, surpasse celle de l'AISI 316L.
3. Résistance à la fatigue et à l'usure par corrosion :Le DSS fonctionne bien dans certains environnements corrosifs, ce qui le rend adapté aux pompes, vannes et autres équipements électriques.
4. Propriétés mécaniques :L'acier DSS présente une résistance mécanique et une résistance à la fatigue élevées, avec une limite d'élasticité deux fois supérieure à celle des aciers inoxydables austénitiques 18-8. À l'état recuit en solution, son allongement atteint 25 % et sa ténacité AK (entaille en V) dépasse 100 J.
5. Soudabilité :Le DSS présente une bonne soudabilité et une faible tendance à la fissuration à chaud. Le préchauffage avant soudage n'est généralement pas nécessaire, et aucun traitement thermique après soudage n'est nécessaire, ce qui permet le soudage avec des aciers inoxydables austénitiques 18-8 ou des aciers au carbone.
6. Travail à chaud :L'acier inoxydable DSS à faible teneur en chrome (18 % Cr) présente une plage de températures de travail à chaud plus large et une résistance inférieure à celle des aciers inoxydables austénitiques 18-8, ce qui permet un laminage direct en plaques sans forgeage. L'acier DSS à haute teneur en chrome (25 % Cr) est légèrement plus difficile à travailler à chaud, mais peut être transformé en plaques, tubes et fils.
7. Travail à froid :Le DSS présente un écrouissage plus important lors du travail à froid que les aciers inoxydables austénitiques 18-8, nécessitant une contrainte initiale plus élevée pour la déformation lors du formage des tubes et des plaques.
8. Conductivité thermique et dilatation :Le DSS présente une conductivité thermique supérieure et des coefficients de dilatation thermique inférieurs à ceux des aciers inoxydables austénitiques, ce qui le rend idéal pour le revêtement des équipements et la production de plaques composites. Il est également idéal pour les noyaux de tubes d'échangeurs de chaleur, avec une efficacité d'échange thermique supérieure à celle des aciers inoxydables austénitiques.
9. Fragilité :Le DSS conserve la fragilité des aciers inoxydables ferritiques à haute teneur en chrome et ne convient pas à une utilisation à des températures supérieures à 300 °C. Plus la teneur en chrome du DSS est faible, moins il est sujet aux phases cassantes telles que la phase sigma.
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Date de publication : 29 juillet 2024