L'acier inoxydable est omniprésent et se décline en une multitude de modèles, parfois difficiles à distinguer. Cet article a pour but d'éclaircir certains points.
L'acier inoxydable est l'abréviation de « acier inoxydable résistant aux acides ». Il est connu sous le nom d'acier inoxydable et résiste à la corrosion par les milieux chimiques corrosifs (acides, alcalis, sels et autres imprégnations chimiques).
L'acier inoxydable désigne l'acier résistant à la corrosion par l'air, la vapeur, l'eau et d'autres milieux faiblement corrosifs, ainsi que par les acides, les bases, les sels et autres milieux chimiques corrosifs. On parle également d'acier inoxydable résistant aux acides. En pratique, on utilise souvent le terme « acier inoxydable » pour désigner l'acier résistant à la corrosion par les milieux faiblement corrosifs, et « acier résistant aux acides » pour désigner l'acier résistant à la corrosion par les milieux chimiques. En raison de leurs différences de composition chimique, le premier n'est pas nécessairement résistant à la corrosion chimique, tandis que le second est généralement inoxydable. La résistance à la corrosion de l'acier inoxydable dépend des éléments d'alliage qui le composent.
Classification commune
Selon l'organisation métallurgique
De manière générale, selon la classification métallurgique, les aciers inoxydables courants se divisent en trois catégories : les aciers inoxydables austénitiques, ferritiques et martensitiques. À partir de cette classification, on obtient, pour des besoins et des applications spécifiques, des aciers duplex, des aciers inoxydables à durcissement structural et des aciers fortement alliés contenant moins de 50 % de fer.
1. Acier inoxydable austénitique
La matrice à structure cristalline cubique à faces centrées de l'organisation austénitique (phase CY) est majoritairement non magnétique, principalement grâce à l'écrouissage à froid qui la renforce (et peut conférer un certain degré de magnétisme) à l'acier inoxydable. L'American Iron and Steel Institute désigne ces aciers par des numéros de série 200 et 300, comme par exemple 304.
2. Acier inoxydable ferritique
La structure cristalline cubique centrée de la ferrite (phase α) est dominante ; ce matériau est magnétique et ne peut généralement pas être durci par traitement thermique, mais l’écrouissage permet d’obtenir un acier inoxydable légèrement renforcé. L’American Iron and Steel Institute (AISI) utilise les normes 430 et 446 pour l’étiquetage.
3. Acier inoxydable martensitique
La matrice présente une structure martensitique (cubique centrée ou cubique à faces centrées), magnétique, et ses propriétés mécaniques peuvent être ajustées par traitement thermique. L'American Iron and Steel Institute (AISI) définit les normes 410, 420 et 440. La martensite possède une structure austénitique à haute température, qui se transforme en martensite (c'est-à-dire durcit) lors d'un refroidissement à température ambiante à une vitesse appropriée.
4. Acier inoxydable austénitique de type ferrite (duplex)
La matrice présente une organisation biphasée austénitique et ferritique, la proportion de la phase minoritaire étant généralement supérieure à 15 %. Magnétique, elle peut être renforcée par écrouissage. L'acier inoxydable 329 est un exemple typique d'acier inoxydable duplex. Comparé à l'acier inoxydable austénitique, l'acier duplex offre une résistance mécanique élevée, une meilleure résistance à la corrosion intergranulaire, à la corrosion sous contrainte par les chlorures et à la corrosion par piqûres.
5. Acier inoxydable à durcissement structural
La matrice est de structure austénitique ou martensitique et peut être durcie par traitement de durcissement structural pour obtenir un acier inoxydable trempé. L'American Iron and Steel Institute (AISI) utilise des étiquettes numériques de la série 600, telles que la 630, soit 17-4PH.
En général, outre les alliages, la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable austénitique est supérieure ; dans un environnement moins corrosif, on peut utiliser de l'acier inoxydable ferritique ; dans des environnements légèrement corrosifs, si le matériau doit présenter une résistance ou une dureté élevée, on peut utiliser de l'acier inoxydable martensitique et de l'acier inoxydable à durcissement structural.
Caractéristiques et utilisations
Procédé de surface
Distinction d'épaisseur
1. Lors du laminage, les cylindres subissent une légère déformation due à l'échauffement des machines, ce qui entraîne des variations d'épaisseur de la tôle. Généralement, la tôle est plus épaisse au centre qu'aux extrémités. Conformément à la réglementation, l'épaisseur de la tôle doit être mesurée au milieu de sa face supérieure.
2. La raison de cette tolérance est basée sur la demande du marché et des clients, généralement divisée en tolérances grandes et petites.
V. Exigences de fabrication et d'inspection
1. Plaque de tuyauterie
① Joints bout à bout de plaques tubulaires épissées pour inspection par rayons X ou UT à 100 %, niveau qualifié : RT : II UT : niveau I ;
② En plus de l'acier inoxydable, traitement thermique de détente des contraintes des plaques de tuyauterie épissées ;
③ Écart de largeur du pont de trous de la plaque tubulaire : selon la formule de calcul de la largeur du pont de trous : B = (S - d) - D1
Largeur minimale du pont de trous : B = 1/2 (S - d) + C ;
2. Traitement thermique du boîtier tubulaire :
Acier au carbone, acier faiblement allié soudé avec une cloison à plage divisée de la boîte à tuyaux, ainsi que la boîte à tuyaux des ouvertures latérales supérieures à 1/3 du diamètre intérieur de la boîte à tuyaux cylindrique, dans l'application du soudage pour le traitement thermique de détente des contraintes, la surface d'étanchéité de la bride et de la cloison doit être traitée après le traitement thermique.
3. Essai de pression
Lorsque la pression de service dans la calandre est inférieure à la pression de service dans les tubes, il convient de vérifier la qualité des raccords entre les tubes et les plaques tubulaires de l'échangeur de chaleur.
① Programme de pression de la paroi pour augmenter la pression d'essai avec le programme de tuyauterie conformément à l'essai hydraulique, afin de vérifier l'étanchéité des joints de tuyauterie. (Toutefois, il est nécessaire de s'assurer que la contrainte du film primaire de la paroi pendant l'essai hydraulique est ≤ 0,9 ReLΦ)
② Lorsque la méthode ci-dessus n'est pas appropriée, la coque peut être soumise à un test hydrostatique en fonction de la pression d'origine après passage, puis à un test de fuite d'ammoniac ou à un test de fuite d'halogène.
Quel type d'acier inoxydable ne rouille pas facilement ?
Trois facteurs principaux influencent la rouille de l'acier inoxydable :
1. La teneur en éléments d'alliage. De manière générale, un acier contenant 10,5 % de chrome est peu sujet à la corrosion. Plus la teneur en chrome et en nickel est élevée, meilleure est la résistance à la corrosion. Par exemple, l'acier inoxydable 304 contient entre 85 % et 10 % de nickel et entre 18 % et 20 % de chrome ; ce type d'acier inoxydable est généralement inoxydable.
2. Le procédé de fusion du fabricant influe également sur la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. Une technologie de fusion performante, des équipements et des technologies de pointe, ainsi qu'une grande aciérie garantissent le contrôle des éléments d'alliage, l'élimination des impuretés et la maîtrise de la température de refroidissement des billettes. La qualité du produit est ainsi stable et fiable, avec une excellente qualité intrinsèque et une faible propension à la rouille. À l'inverse, certaines petites aciéries, dotées d'équipements et de technologies obsolètes, ne parviennent pas à éliminer correctement les impuretés lors de la fusion, ce qui entraîne inévitablement la corrosion de leurs produits.
3. Environnement extérieur. Un environnement sec et ventilé limite la formation de rouille, tandis qu'une humidité ambiante élevée, des pluies continues ou un air acide ou alcalin favorisent la corrosion. Même l'acier inoxydable 304 peut rouiller dans des conditions environnementales défavorables.
Comment traiter les taches de rouille sur l'acier inoxydable ?
1. Méthode chimique
L'application d'une pâte ou d'un spray de décapage permet de repassiver les parties rouillées et de favoriser la formation d'une couche d'oxyde de chrome, restaurant ainsi leur résistance à la corrosion. Après décapage, un rinçage abondant à l'eau est indispensable pour éliminer tous les polluants et résidus acides. Une fois le décapage terminé et le polissage effectué, une cire de polissage peut être appliquée. Pour les petites taches de rouille localisées, un mélange à parts égales d'essence et d'huile peut être utilisé avec un chiffon propre pour les éliminer.
2. Méthodes mécaniques
Le sablage, le nettoyage par projection de particules de verre ou de céramique, le décapage, le brossage et le polissage sont des méthodes mécaniques susceptibles d'éliminer les contaminants issus de matériaux précédemment enlevés, de produits de polissage ou de décapage. Tous types de contaminants, notamment les particules de fer étrangères, peuvent être source de corrosion, particulièrement en milieu humide. Par conséquent, les surfaces nettoyées mécaniquement doivent de préférence être essuyées à sec. Le nettoyage mécanique ne fait que nettoyer la surface et ne modifie pas la résistance à la corrosion du matériau lui-même. Il est donc recommandé de repolir la surface à l'aide d'une polisseuse et de la protéger avec une cire de polissage après le nettoyage mécanique.
Instrumentation couramment utilisée : nuances et propriétés des aciers inoxydables
L'acier inoxydable 1.304 est un acier inoxydable austénitique très répandu, idéal pour la fabrication de pièces moulées embouties, de canalisations d'acide, de conteneurs, de pièces de structure, de boîtiers d'instruments divers, etc. Il permet également la fabrication d'équipements et de pièces non magnétiques et adaptés aux basses températures.
L'acier inoxydable 2.304L. Afin de résoudre le problème de précipitation de Cr23C6 causé par la forte tendance à la corrosion intergranulaire de l'acier inoxydable 304 dans certaines conditions, un acier inoxydable austénitique à très faible teneur en carbone a été développé. Sa résistance à la corrosion intergranulaire, à l'état sensibilisé, est nettement supérieure à celle de l'acier inoxydable 304. Outre une résistance légèrement inférieure, ses autres propriétés sont similaires à celles de l'acier inoxydable 321. Principalement utilisé pour les équipements et composants résistants à la corrosion ne nécessitant pas de traitement de mise en solution par soudage, il convient également à la fabrication de boîtiers d'instruments divers.
Acier inoxydable 3.304H. Branche interne en acier inoxydable 304, fraction massique de carbone de 0,04 % à 0,10 %, performances à haute température supérieures à celles de l'acier inoxydable 304.
L'acier inoxydable 4.316 est un acier 10Cr18Ni12 auquel on a ajouté du molybdène, ce qui lui confère une excellente résistance aux milieux réducteurs et à la corrosion par piqûres. En eau de mer et dans d'autres milieux, sa résistance à la corrosion est supérieure à celle de l'acier inoxydable 304 ; il est principalement utilisé pour la fabrication de matériaux résistants à la corrosion par piqûres.
Acier inoxydable 5.316L. Acier à très faible teneur en carbone, présentant une bonne résistance à la corrosion intergranulaire sensibilisée, adapté à la fabrication de pièces et d'équipements soudés de forte section, tels que les équipements pétrochimiques en matériaux résistants à la corrosion.
Acier inoxydable 6.316H. Branche interne en acier inoxydable 316, fraction massique de carbone de 0,04 % à 0,10 %, performances à haute température supérieures à celles de l'acier inoxydable 316.
Acier inoxydable 7.317. Sa résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion fluage est supérieure à celle de l'acier inoxydable 316L ; il est utilisé dans la fabrication d'équipements résistants à la corrosion par les acides organiques et pour les industries pétrochimiques.
Acier inoxydable 8.321. Acier inoxydable austénitique stabilisé au titane, dont l'ajout de titane améliore la résistance à la corrosion intergranulaire et qui présente de bonnes propriétés mécaniques à haute température, il peut remplacer l'acier inoxydable austénitique à très faible teneur en carbone. Son utilisation n'est généralement pas recommandée, sauf pour des applications spécifiques nécessitant une résistance à la corrosion à haute température ou à l'hydrogène.
Acier inoxydable 9.347. Acier inoxydable austénitique stabilisé au niobium, auquel du niobium a été ajouté pour améliorer la résistance à la corrosion intergranulaire, la résistance à la corrosion dans les acides, les alcalis, les sels et autres milieux corrosifs avec l'acier inoxydable 321, de bonnes performances de soudage, peut être utilisé comme matériau résistant à la corrosion et acier réfractaire principalement utilisé dans les domaines de l'énergie thermique et de la pétrochimie, tels que la production de conteneurs, de pipelines, d'échangeurs de chaleur, de puits, de tubes de fours industriels et de thermomètres tubulaires de fours, etc.
Acier inoxydable 10.904L. Acier inoxydable austénitique super complet, inventé par le Finlandais Otto Kemp. Sa teneur en nickel est de 24 % à 26 % et sa teneur en carbone est inférieure à 0,02 %. Il présente une excellente résistance à la corrosion, notamment dans les acides non oxydants tels que l'acide sulfurique, l'acide acétique, l'acide formique et l'acide phosphorique. Il offre également une bonne résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion sous contrainte. Il est adapté à différentes concentrations d'acide sulfurique jusqu'à 70 °C et présente une bonne résistance à la corrosion par l'acide acétique et les mélanges d'acide formique et d'acide acétique, quelle que soit leur concentration et à toute température sous pression normale. La norme initiale ASMES B625 le classait parmi les alliages à base de nickel, tandis que la nouvelle norme le classe parmi les aciers inoxydables. En Chine, on utilise uniquement de l'acier de qualité approximative 015Cr19Ni26Mo5Cu2, tandis que quelques fabricants européens d'instruments utilisent de l'acier inoxydable 904L pour leurs matériaux clés, comme par exemple le tube de mesure du débitmètre massique E+H et le boîtier des montres Rolex.
Acier inoxydable 11.440C. Acier inoxydable martensitique, acier inoxydable trempable, acier inoxydable de très haute dureté (HRC57). Principalement utilisé dans la fabrication de buses, roulements, vannes, tiroirs de vannes, sièges de vannes, manchons, tiges de vannes, etc.
Acier inoxydable 12.17-4PH. Acier inoxydable à durcissement structural martensitique, dureté HRC44, à haute résistance, dureté et résistance à la corrosion. Ne convient pas aux températures supérieures à 300 °C. Il présente une bonne résistance à la corrosion atmosphérique et aux acides ou sels dilués, comparable à celle des aciers inoxydables 304 et 430. Il est utilisé dans la fabrication de plateformes offshore, d'aubes de turbines, de tiroirs, de sièges, de manchons et de tiges de vannes.
Dans le domaine de l'instrumentation, compte tenu des problèmes de généralité et de coût, l'ordre de sélection conventionnel des aciers inoxydables austénitiques est le suivant : 304-304L-316-316L-317-321-347-904L. Le 317 est moins couramment utilisé, le 321 n'est pas recommandé, le 347 est utilisé pour la corrosion à haute température, et le 904L n'est que le matériau par défaut de certains composants de certains fabricants individuels ; la conception ne prendra généralement pas l'initiative de sélectionner le 904L.
Lors du choix des matériaux d'instrumentation et de tuyauterie, il arrive souvent que ces matériaux diffèrent, notamment dans des conditions de haute température. Il est impératif d'accorder une attention particulière au choix des matériaux d'instrumentation afin de répondre aux exigences de température et de pression de conception des équipements ou des canalisations. Par exemple, si l'on choisit une canalisation en acier au chrome-molybdène haute température pour l'instrumentation et de l'acier inoxydable, cela risque fort de poser problème. Il est donc indispensable de consulter un spécialiste des jauges de température et de pression.
Lors du choix d'un instrument de conception, on rencontre souvent une variété de systèmes, de séries et de nuances d'acier inoxydable différents. La sélection doit être basée sur le fluide de traitement spécifique, la température, la pression, les pièces soumises à des contraintes, la corrosion, le coût et d'autres aspects.
Date de publication : 11 octobre 2023