Acier austéno-ferritique

Acier duplex

Coulée d'un four électrique
Cet article est lié aux
composés du fer et du carbone
Phases
Acier
Autre produits ferreux

Les aciers duplex sont des aciers inoxydables ayant une structure biphasée composée de ferrite complétée de 40 à 60 % d'austénite. Ils sont aussi désignés comme appartenant à la famille des aciers austéno-ferritiques. Leur solidification se fait d'abord en alliage ferritique (ferrite delta) suivie d'une transformation, en phase solide, en alliage austénitique, certains préfèrent donc l'appellation ferrito-austénitiques.

Sommaire

Historique

Les aciers duplex ont été développés en Suède dans les années 1930 pour améliorer la tenue à la corrosion des équipements utilisés dans les procédés de fabrication du papier sulfurisé. Ces nuances ont été initialement créés pour lutter contre des problèmes de corrosion causés par la présence de chlore dans les eaux de refroidissement ainsi que d'autres constituants chimiques agressifs présents et véhiculés dans les fluides inhérents aux procédés de fabrication.

Dans les années 1970, le développement des champs de gaz et de pétrole de la Mer du Nord et les problèmes spécifiques de corrosion auxquels a été confronté l'industrie offshore a fait que de nouvelles nuances d'acier duplex ont été mises au point et très vite acceptées par les sociétés d'ingénieries.

Composition chimique

Les aciers inoxydables duplex couvrent différentes nuances classées en fonction de leur composition chimique. Cette composition chimique basée sur une teneur élevée en chrome, nickel et molybdène améliore la résistance à la corrosion intergranulaire et par piqûres. La présence des deux phases de microstructure garantit une plus grande résistance aux piqûres et la fissuration par corrosion en comparaison avec les aciers inoxydables classiques.

La première génération de ces nuances d'aciers était basée sur des alliages de chrome, de nickel et de molybdène et malgré les bonnes caractéristiques de résistance à la corrosion, le soudage provoquait une chute de la ductilité (résilience) due à la présence massive de microstructure ferritique, ce qui a limité l'usage de l'acier duplex à quelques applications spécifiques.

Les nouvelles nuances se caractérisent par l'ajout d'azote (gammagène) comme élément d'addition pour améliorer la ténacité du joint soudé et augmenter la résistance à la corrosion par le chlore. L'ajout d'azote favorise le durcissement structural par un mécanisme de fine dispersion interstitielle, ce qui augmente la limite d'élasticité et la résistance à la rupture sans dégrader la ténacité.

Les nuances les plus courantes sont (désignation EN 10088 puis AISI)[1] :

  • X2CrNiN 23-4 (1.4362), 2304 ;
  • X3CrNiMoN 27-5-2 (1.4460), 7 Mo plus ;
  • X2CrNiMoN 22-5-3 (1.4462), 2205 ;
  • X2CrNiMoCuN 25-6-3 (1.4507), Ferralium 255 ;
  • X2CrNiMoN 25-7-4 (1.4410), 2507 ;
  • X2CrNiMoCuWN 25-7-4 (1.4501), Zeron 100.

État de livraison

Les aciers duplex sont livrés à l'état trempé depuis une température comprise entre 1 050 et 1 150 °C selon l'acier, domaine de coexistence de la ferrite et de l'auténite et de remise en dilution des composés chimiques (carbures, nitrures, phase sigma).

Particularité

La forte teneur en chrome et faible en carbone les rend insensibles à la corrosion intergranulaire. Ils ont tendance à former de la phase σ (FeCr en fine précipitation aux joints de grains), des carbures et des nitrures à haute température ce qui limite leur emploi à un domaine de températures au plus égal à 300 °C.

Soudabilité

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Wikibooks propose un ouvrage abordant ce sujet : soudage.

Les hautes températures atteintes en soudage et les vitesses de refroidissement élevées rencontrées posent le problème de la faible transformation en auténite des structures ferritiques formées en zone fondue et proche de la zone de liaison dans la zone affectée par la chaleur (ZAC ou ZAT). Les structures obtenues en ZAT et surtout en zone fondue (ZF) ont donc tendance à perdre les propriétés du métal de base telles qu'obtenues à l'état de livraison. De plus, la ténacité est d'autant plus faible que le taux de ferrite est important.

Afin de conserver de bonnes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion dans le joint soudé :

  • il est impératif de sélectionner le produit d'apport comportant les éléments gammagènes adéquat (favorisant la production d'austénite) y compris l'azote qui peut être ajouté au gaz de protection dans les procédés de soudage mettant en œuvre un gaz inerte (TIG, MIG, plasma, …) ;
  • il est nécessaire de déterminer un compromis entre une énergie de soudage suffisamment élevée pour permettre un refroidissement nécessairement lent pour produire les 40 à 60 % de structure auténitique et aussi suffisamment basse pour éviter la formation de précipités comme les phases sigma (FeCr), carbures (Cr23C6) ou nitrures (Cr2N et CrN) ;
  • la ferrite étant présente, il faut veiller à utiliser des produits d'apport à bas hydrogène pour éviter les problèmes de fissuration à froid et à bas carbone pour éviter la formation de carbures de chrome pouvant entraîner des problèmes de corrosion intergranulaire.

Voir aussi

Liens internes

Références

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