L'acier inoxydable duplex (DSS) est un type d'acier inoxydable composé de proportions approximativement égales de ferrite et d'austénite, la phase minoritaire représentant généralement au moins 30 %. Le DSS contient typiquement entre 18 % et 28 % de chrome et entre 3 % et 10 % de nickel. 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, l'acier inoxydable duplex (DSS) présente une plasticité et une ténacité supérieures, est exempt de fragilité à température ambiante et offre une meilleure résistance à la corrosion intergranulaire et une soudabilité accrue. Il conserve la fragilité à 475 °C et la conductivité thermique élevée des aciers inoxydables ferritiques et présente une superplasticité. Comparé aux aciers inoxydables austénitiques, le DSS possède une résistance mécanique supérieure et une résistance nettement meilleure à la corrosion intergranulaire et à la corrosion sous contrainte par les chlorures. Le DSS présente également une excellente résistance à la corrosion par piqûres et est considéré comme un acier inoxydable à faible teneur en nickel.
Structure et types
Grâce à sa structure biphasée d'austénite et de ferrite, chaque phase représentant environ la moitié de la composition, l'acier inoxydable duplex (DSS) présente les caractéristiques des aciers inoxydables austénitiques et ferritiques. Sa limite d'élasticité se situe entre 400 et 550 MPa, soit le double de celle des aciers inoxydables austénitiques ordinaires. Le DSS offre une ténacité supérieure, une température de transition fragile plus basse et une résistance à la corrosion intergranulaire et une soudabilité nettement améliorées par rapport aux aciers inoxydables ferritiques. Il conserve également certaines propriétés de ces derniers, 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 plus élevée, ainsi qu'une meilleure résistance à la corrosion par piqûres, à la corrosion sous contrainte et à la fatigue-corrosion.
Les aciers inoxydables duplex (DSS) se classent en quatre types selon leur composition chimique : Cr18, Cr23 (sans molybdène), Cr22 et Cr25. Le type Cr25 se subdivise en aciers inoxydables duplex standard et super duplex. Parmi ceux-ci, les types Cr22 et Cr25 sont les plus couramment utilisés. En Chine, la majorité des nuances de DSS employées 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 faiblement allié :Représenté par UNS S32304 (23Cr-4Ni-0,1N), cet acier ne contient pas de molybdène et possède un indice de résistance à la piqûre (PREN) de 24 à 25. Il peut remplacer l'AISI 304 ou 316 dans les applications de résistance à la corrosion sous contrainte.
2. Type d'alliage moyen :Représenté par UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0,15N), avec un PREN de 32-33. Sa résistance à la corrosion se situe entre l'AISI 316L et les aciers inoxydables austénitiques à 6 % Mo+N.
3. Type à haute teneur en alliage :Il contient généralement 25 % de chrome, ainsi que du molybdène et de l'azote, parfois du cuivre et du tungstène. Représenté par la norme UNS S32550 (25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0,2N), avec un indice PREN de 38 à 39, cet acier présente une meilleure résistance à la corrosion que l'acier inoxydable duplex 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 aussi du tungstène et du cuivre, avec un PREN supérieur à 40. Il convient aux milieux difficiles, offrant d'excellentes propriétés de corrosion et mécaniques, comparables aux aciers inoxydables super austénitiques.
Qualités 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 d'acier inoxydable duplex, telles que 14Cr18Ni11Si4AlTi, 022Cr19Ni5Mo3Si2N et 12Cr21Ni5Ti. Par ailleurs, l'acier duplex 2205, bien connu, correspond à la nuance chinoise 022Cr23Ni5Mo3N.
Caractéristiques de l'acier inoxydable duplex
Grâce à sa structure biphasée, obtenue par une maîtrise précise de sa composition chimique et de son traitement thermique, l'acier inoxydable duplex (DSS) combine les avantages des aciers inoxydables ferritiques et austénitiques. Il hérite de l'excellente ténacité et soudabilité des aciers inoxydables austénitiques, ainsi que de la haute résistance et de la résistance à la corrosion sous contrainte par les chlorures 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 par les chlorures :L'acier inoxydable duplex contenant du molybdène présente une excellente résistance à la corrosion sous contrainte par les chlorures à de faibles niveaux de contrainte. Alors que les aciers inoxydables austénitiques 18-8 ont tendance à se fissurer par corrosion sous contrainte dans les solutions chlorées neutres au-dessus de 60 °C, l'acier inoxydable duplex se comporte bien dans les environnements contenant des traces de chlorures et de sulfure d'hydrogène, ce qui le rend adapté aux échangeurs de chaleur et aux évaporateurs.
2. Résistance à la corrosion par piqûres :L'acier inoxydable duplex (DSS) présente une excellente résistance à la corrosion par piqûres. À résistance équivalente à la corrosion par piqûres (PRE = Cr % + 3,3 % Mo % + 16 % N %), le DSS et les aciers inoxydables austénitiques affichent des potentiels de corrosion par piqûres critiques similaires. La résistance du DSS à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse, notamment pour les aciers à haute teneur en chrome et en azote, est supérieure à celle de l'AISI 316L.
3. Résistance à la fatigue et à l'usure par corrosion :Le DSS offre de bonnes performances dans certains environnements corrosifs, ce qui le rend adapté aux pompes, vannes et autres équipements motorisés.
4. Propriétés mécaniques :L'acier inoxydable duplex (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 de mise en solution, son allongement atteint 25 % et sa ténacité AK (éprouvette à entaille en V) dépasse 100 J.
5. Soudabilité :L'acier inoxydable duplex (DSS) présente une bonne soudabilité et une faible tendance à la fissuration à chaud. Le préchauffage n'est généralement pas nécessaire avant le soudage, et aucun traitement thermique après soudage n'est requis, ce qui permet le soudage avec des aciers inoxydables austénitiques 18-8 ou des aciers au carbone.
6. Travail à chaud :L'acier inoxydable duplex à faible teneur en chrome (18 % Cr) présente une plage de températures de travail à chaud plus étendue et une résistance moindre que les aciers inoxydables austénitiques 18-8, ce qui permet un laminage direct en plaques sans forgeage. L'acier inoxydable duplex 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 :Les aciers inoxydables DSS présentent un écrouissage plus important lors du travail à froid que les aciers inoxydables austénitiques 18-8, ce qui nécessite une contrainte initiale plus élevée pour la déformation lors du formage de tubes et de plaques.
8. Conductivité thermique et dilatation :L'acier inoxydable duplex (DSS) présente une conductivité thermique supérieure et un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui des aciers inoxydables austénitiques, ce qui le rend idéal pour le revêtement d'équipements et la fabrication de plaques composites. Il est également parfaitement adapté aux âmes de tubes d'échangeurs de chaleur, offrant une efficacité d'échange thermique supérieure à celle des aciers inoxydables austénitiques.
9. Fragilité :L'acier inoxydable duplex (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 fragiles telles que la phase sigma.
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Date de publication : 29 juillet 2024