• Cet article va traiter des différents matériaux courament usité. Après la lecture de cet article, vous serez en mesure de dire la différence en l’acier noir et le l’acier Inox, et connaitrez les différences mécaniques suivant qu’il y ait plus de chrome ou de carbone.

    1.     1.  Les différents alliages

    Dans l’ingénierie, beaucoup des matériaux utilisés sont l’acier noir (acier carbone) et le stainless steel (inox). Néanmoins avant de parler des nuances d'aiers, il est important de connaître la composition d’autre alliage. Le tableau ci-dessous remémore la composition de matériaux ancien et nouveau.

     

    Composition

    Fer

    Fe (100%)

    Fonte

    Fe + Carbone (entre 2et 6.5%)

    Acier Noir

    Fe + Carbone (entre 0.15 et 1.7%)

    Inox

    Fe + Carbone (0.07 à 1.7%) + Chrome (de 12% à 26%) + Autre

     

     

    Ce tableau permet de se rendre compte qu'au cours du temps, la teneur en carbone à diminuée. En effet, le conduite en fonte avaient tendance à être particulièrement « dur » et donc cassante. La baisse du taux de carbone dans les alliages a permis de rendre l’acier plus plastique et plus malléable.

     

    Ces bases étant posées, il faut savoir qu’il existe plusieurs types d’acier noir et d’acier Inox. Nous nous pencherons essentiellement pour les aciers Inox car plus complexe.

    2.     2.  L’inox

    Plusieurs autres éléments peuvent être associés à l’inox. En voici les principaux avec leurs avantages et inconvénients.

    L’aluminium : excellent désoxydant. Associé à l’oxygène, réduit la croissance du grain en phase austénitique. Peut rendre l’acier inapte à la galvanisation à chaud.

    Le chrome : c’est l’élément d’addition qui confère à l’acier la propriété de résistance mécanique à chaud et à l’oxydation (aciers réfractaires). Il joue aussi un rôle déterminant dans la résistance à la corrosion lorsqu’il est présent à une teneur de plus de 12 à 13 % (selon la teneur en carbone). Additionné de 0,5 % à 9 % il augmente la trempabilité et la conservation des propriétés mécaniques aux températures supérieures à l’ambiante (famille des aciers alliés au chrome). Il a un rôle alphagène.

    Le cobalt : utilisé dans de nombreux alliages magnétiques. Provoque une résistance à l’adoucissement lors du revenu.

    Le manganèse : forme des sulfures qui améliorent l’usinabilité. Augmente modérément la trempabilité.

    Le molybdène : augmente la température de surchauffe, la résistance à haute température et la résistance au fluage. Augmente la trempabilité.

    Le nickel : rend austénitiques (rôle gammagène) les aciers à forte teneur en chrome. Sert à produire des aciers de trempabilité modérée ou élevée (selon les autres éléments présents), à basse température d’austénitisation et à ténacité élevée après traitement de revenu. C’est l’élément d’alliage par excellence pour l’élaboration des aciers ductiles à basses températures (acier à 9 % Ni pour la construction des réservoirs cryogéniques, acier à 36 % Ni dit INVAR pour la construction des cuves de méthaniers et des instruments de mesure de précision).

    Le niobium : même avantage que le titane mais beaucoup moins volatil. Dans le domaine du soudage il le remplace donc dans les métaux d’apport.

    Le phosphore : augmente fortement la trempabilité. Augmente la résistance à la corrosion. Peut contribuer à la fragilité de revenu.

    Le silicium : favorise l’orientation cristalline requise pour la fabrication d’un acier magnétique, augmente la résistivité électrique. Améliore la résistance à l’oxydation de certains aciers réfractaires. Utilisé comme élément désoxydant.

    Le titane : pouvoir carburigène élevé (comme le niobium) et réduit donc la dureté de la martensite. Capture le carbone en solution à haute température et, de ce fait, réduit le risque de corrosion intergranulaire des aciers inoxydables (TiC se forme avant Cr23C6 et évite donc l’appauvrissement en chrome au joint de grain).

    Le tungstène : améliore la dureté à haute température des aciers trempés revenus. Fonctions sensiblement identiques à celles du molybdène.

    Le vanadium : augmente la trempabilité. Élève la température de surchauffe. Provoque une résistance à l’adoucissement par revenu (effet de durcissement secondaire marqué).

     

    Ainsi avec ces nouveaux éléments, il est possible de classer les aciers en quatre grandes familles :

    -          Acier Austénique : Fer, Chrome, Nickel, carbon (<0.1%)

    -          Acier Ferritique : Fer, Chrome, carbon (<0.1%) magnétique

    -          Acier Martensique : Fer, Chrome, carbon (>0.1%) magnétique

    -          Acier Duplex : Fer, Chrome, nickel, strucutre mixte Austénique ferritique, magnétique

     

    3.     3.  Des sous catégories

    Compliquons un peu les choses et prenons l’exemple de l’acier Austénique. Suivant l’environnement dans lequel le tuyau sera installé, il sera soumis à différentes contraintes qui peuvent-être l’oxydation, la corrosion, des contraintes mécaniques…

    Ainsi en fonction du milieu, il sera possible de choisir un type d’acier austénique plutôt qu’un autre pour répondre à ces exigences. Regardons le schéma ci-dessous.

     

    Austénique

    Figure 1 : Nuances aciers austéniques

     

    Imaginons que nous sommes dans une unité où la corrosion est très importante à haute température. Il faudra alors mieux prendre un acier austénique avec un ajout de Chrome-nickel plus important soit un acier 309 , 310/314 ou 310.

    Ce schéma montre que dans une même catégorie d’acier, il est possible de modifier les proportions de chacun des composants pour rechercher une caractéristique précise.

     

    Il existe des normes précises pour chaque type d’aciers. Les normes ASTM et AISI sont les plus répandues.

     

    J.M.


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