NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020

MAGAZINE

NICKEL

L A RE V UE SPÉCI A LISÉE DU NICK EL E T DE SES A PPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020

Architecture et construction des bâtiments Le rôle clé du nickel Les normes de calcul des structures en acier inoxydable

L’acier inoxydable dans les murs-rideaux

Wind Tree : renaissance d’une sculpture

ÉTUDE DE CAS 18 BANK OF COMMUNICATIONS (SUZHOU) XIONG DUOKUI, ZHANG JUN, SUZHOU GOLD MANTIS CURTAIN WALL CO., LTD.

Les murs-rideaux confèrent élégance et stabilité au-dedans comme au dehors des immeubles. L’immeuble de la Bank of Communications à Suzhou (Chine) tire pleinement parti des propriétés exclusives de l’acier inoxydable, qui réduisent les coûts d’entretien et de fonctionnement sur le long terme tout en apportant d’admirables qualités esthétiques projetant l’image de rigueur, de sûreté et de fiabilité qui sied à une banque.

Pour les concepteurs du mur-rideau de l’immeuble, l’acier inoxydable est de loin le matériau décoratif le plus durable, le plus rentable et le plus recyclable.

NICKEL, VOL. VOL. 35, 35, Nº Nº 1.

1. 2020 2020 22 || NICKEL,

Les ingénieurs-concepteurs chargés de créer le mur-rideau de l’immeuble de la Bank of Communications, Zhang Jun et Xiong Duokui, de la filiale spécialisée du groupe Gold Mantis de Suzhou, se sont inspirés d’exemples tels que le Chrysler Building de New York (construit en 1930), la tour Burj Khalifa de Dubaï et le Ping An International Finance Centre de Shenzhen. Ces édifices utilisent tous l’acier inoxydable au nickel de nuance 316L (UNS S31603) avec succès, sans problèmes d’usure ou de remplacement.

parements séparant les étages sont en acier inoxydable brossé de 2,0 mm d’épaisseur et la marquise est suspendue par des câbles d’acier inoxydable. Les solives primaires et secondaires de la marquise sont gainées de feuilles d’acier inoxydable de 1,5 mm, et son plafond est décoré par des tubes du même matériau à section rectangulaire de 30 mm par 50 mm. Enfin, le balcon du dernier étage intègre de massives colonnes de 3,3 m de haut gainées de feuilles d’acier inoxydable de 1,5 mm.

L’acier inoxydable 316L sélectionné, largement utilisé dans l’immeuble de 25 étages, est fait pour durer plus de 100 ans. Le mur-rideau s’élève à plus de 106 m et les façades de la tour intègrent toutes des tubes ronds décoratifs de 150 mm de diamètre en acier inoxydable poli miroir de 2,0 mm d’épaisseur. Les

Par son agencement d’ensemble, l’édifice se conçoit comme une porte des jardins traditionnels de Suzhou dont il s’inspire. Le résultat final est un immeuble de bureaux intelligent, à l’esthétique saisissante, qui constitue un point de repère important dans la zone d’activité économique de Suzhou.

ÉDITORIAL FORME ET FONCTION

Partout dans le monde, les plus emblématiques des gratte-ciel sont parés de magnifiques façades d’acier inoxydable, et ce depuis plus de 90 ans. Mais ces dehors élégants reposent aussi sur des prouesses techniques améliorant non seulement

Émissions mondiales de CO2 (par secteur) Autres 6% |

Les immeubles et leur construction absorbent 36 % de la consommation mondiale d’énergie et produisent près de

— Fonctionnement des bâtiments 28 %

40 % des émissions de gaz à effet de serre.

D’ici 2060, l’urbanisation croissante de CATHERINE HOUSKA

ALLIANCE MONDIALE POUR LES BÂTIMENTS ET LA CONSTRUCTION

l’esthétique des immeubles, mais aussi leur rentabilité et leur durabilité.

la population mondiale entraînera l’ajout Transports 23 % Industrie 32 %

de 230 milliards de mètres carrés de surface de bâtiment (soit l’équivalent de

— Matériaux et travaux de la totalité du parc actuel). construction 11 %

Le soin porté à la sélection des matériaux et à la conception des immeubles peut

faire toute la différence pour alléger la charge sur l’environnement. Et l’intégration de façades fonctionnelles de type murs-rideaux est une démarche intelligente. En effet, les murs-rideaux protègent l’édifice et ses occupants des intempéries, de la chaleur, du bruit, de la lumière et des reflets tout en réduisant fortement la consommation d’énergie. Rien de surprenant, donc, à l’intérêt croissant qu’ils suscitent.

Pour réaliser ces murs-rideaux, les architectes disposent d’un choix de matériaux.

Les aciers inoxydables au nickel offrent une faible conductivité thermique et sont donc idéaux pour les structures établies en milieux corrosifs ou exposées aux éléments.

Et le faible coût de leur cycle de vie n’est plus à démontrer.

Le présent numéro de Nickel présente des façades de toute beauté venant enrichir le catalogue des grands immeubles revêtus d’acier inoxydable. Il compte au premier chef le Chrysler Building, élément incontournable de la silhouette de New York depuis 1930

Partout dans le monde, les projets de construction et de rénovation visant à optimiser les performances énergétiques des immeubles, notamment au moyen de mursrideaux, peuvent engendrer d’énormes économies. L’Agence internationale de l’énergie estime qu’il peut s’agir d’une économie d’énergie cumulée d’environ 330 EJ d’ici 2060 (un exajoule vaut 1018 joules), soit plus que toute l’énergie finale consommée dans les pays du G20 en 2015. www.iea.org/etp/

et preuve durable que l’acier inoxydable au nickel apporte plus qu’une belle façade.

Clare Richardson Rédactrice en chef

NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020 | 3

02

Étude de cas 18 Bank of Communications de Suzhou

03

Éditorial Forme et fonction

04

En bref

06

Normes de calcul

NICKEL

E N B R E F

SOMMAIRE

des structures en acier inoxydable

08

Transformer les façades avec l’acier inoxydable Le Wind Tree reconstruit en acier résistant à la corrosion

12

Fontes Ni-resist Des alliages à usages spéciaux

14

Avis d’expert Teneur en carbone et soudabilité

15

Nouvelles publications

15

Codes UNS

16

Le Vessel de Hudson Yards Un nouveau monument new-yorkais

L’étonnant Cybertruck de Tesla Véhicule utilitaire électrique aux lignes futuristes, le Cybertruck de Tesla a l’air d’une astromobile. Constitué d’acier inoxydable laminé à froid de dureté 30X offrant résistance et endurance supérieures, son exosquelette ne manque pas d’attirer les regards. Le Cybertruck, dont la commercialisation est prévue à partir de 2022, se composera du même acier inoxydable de nuance 301 (UNS S30100) que le vaisseau spatial de SpaceX, l’autre entreprise d’Elon Musk. Cette nuance a été choisie pour son coût, pour ses performances et pour sa capacité à supporter les hautes températures et à relâcher rapidement la chaleur. Sur Terre, elle résiste durablement à la corrosion ainsi qu’aux chocs et autres détériorations tout en offrant un maximum de protection aux passagers. La version à trois moteurs du véhicule peut accélérer de 0 à 60 miles/heure (96,6 km/h) en 2,9 secondes. Elle peut aussi tracter jusqu’à 6 500 kg.

TESLA

11

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org

communications@nickelinstitute.org Collaborateurs : Nancy Baddoo, Gary Coates, Catherine Houska, Christine Li, Richard Matheson, Bruce McKean, Geir Moe, Kim Oakes, Odette Ziezold Conception : Constructive Communications Les articles sont destinés à l’information générale du lecteur et celui-ci ne doit pas s’y fier pour des applications particulières sans avoir obtenu au préalable les conseils de spécialistes compétents. Bien que les informations données soient considérées comme techniquement exactes, le Nickel Institute, ses membres, son personnel et ses consultants ne garantissent pas leur adéquation à quelque usage particulier ou général que ce soit et déclinent toute responsabilité à leur égard.

ISSN 0829-8351 Imprimé au Canada, sur papier recyclé, par Hayes Print Group Crédits photos : © David Churchill/arcaid.co.uk (couverture). iStock © gchutka (p. 4). iStock © dynasoar (p. 9). iStock © Vera Tikhonova (p. 10). ID 123688539 © Hoywaii | Dreamstime. com (p. 11). iStock © MPKphoto (p. 12).

4 | NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020

ROYAL CANADIAN MINT

Président : Hudson Bates Rédactrice en chef : Clare Richardson

ICHIRO TAKEUCHI, UNIVERSITÉ DU MARYLAND

Un matériau refroidisseur élastocalorique Le secteur du froid (réfrigération et climatisation), qui pèse de multiples milliards de dollars, est en passe de faire un grand bond en avant grâce à un matériau élastocalorique innovant : un alliage à mémoire de forme à haut rendement qui respecte l’environnement et s’intègre facilement aux gros appareils. Mis au point par une équipe internationale dirigée par Ichiro Takeuchi, professeur à l’Université du Maryland, le nouveau matériau de refroidissement est un alliage nickel-titane sculpté par fabrication additive (impression 3D). Il pourrait offrir un rendement supérieur à celui de la réfrigération à compression de vapeur, qui domine le marché depuis plus de 150 ans et utilise des fluides frigorigènes contribuant au réchauffement de la planète. Le nouveau matériau de refroidissement est tout à fait écologique. Ichiro Takeuchi travaille depuis près de 10 ans à la mise au point de

Un combustible plus vert pour moins cher

MANSION YACHTS

cette solution innovante désormais en passe d’être commercialisée.

Une première nautique Voici le premier yacht tout en acier inoxydable. Baptisé Mansion Yacht, cet hôtel particulier flottant, qui conjugue angles nets et finition métallique élégante, a suscité beaucoup d’intérêt lors du 60e salon nautique international de Fort Lauderdale (Floride).

Mesurant 25,6 m de long sur 12,2 m de large, le modèle de base de 840 m2 peut accueillir 149 personnes. Avec ses quatre pilotis hydrauliques de 5,5 m offrant chacun une capacité de levage de 500 tonnes, il se soulève au-dessus de la surface pour se transformer en bungalow futuriste. Ses soixante-douze panneaux solaires l’alimentent en énergie verte. Et s’il est en acier inoxydable, c’est que « son coût d’entretien correspond à 25 % de celui d’un bateau en fibre de verre », explique Bruno Edwards, de la société Mansion Yachts.

Une étude australienne publiée dans la revue Nature Communications montre qu’il est possible d’utiliser uniquement de l’eau, du fer et du nickel pour produire de l’hydrogène et disposer ainsi d’un combustible propre. Le procédé est moins cher et plus écologique que les méthodes de craquage traditionnelles : l’équipe conjointe de l’Université de technologie Swinburne et de l’Université Griffith est parvenue à accélérer la séparation de l’hydrogène et de l’oxygène de l’eau tout en utilisant moins d’énergie.

Chuan Zhao, professeur de chimie à l’Université Swinburne, explique : « Le procédé consiste à recouvrir les électrodes d’un catalyseur qui réduit la consommation d’énergie.

Ce catalyseur comporte une interface nanométrique où fer et nickel se rencontrent à l’échelle atomique et créent un site activant le craquage de l’eau. L’hydrogène ainsi séparé est capté pour servir de combustible, et l’oxygène peut être libéré sans que cela nuise à l’environnement. »

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MISE AU POINT ET ACTUALISATION DES NORMES DE CALCUL POUR LES STRUCTURES EN ACIER INOXYDABLE

Les ingénieurs utilisent des normes de calcul pour vérifier la viabilité d’une structure avant sa construction et démontrer sa conformité aux codes nationaux du bâtiment.

L’intérêt croissant pour l’emploi de l’acier inoxydable dans la construction des structures s’accompagne d’un besoin de règles de calcul complètes et économiques, et la rédaction des normes internationales correspondantes donne lieu cette année à une vague d’activité sans précédent. Les normes de calcul des structures en acier inoxydable suivent de près les normes existant déjà pour l’acier au carbone, dont

STANTON WILLIAMS C SEELE

l’esprit, les modèles, l’organisation et la présentation varient d’un pays à l’autre.

Les normes de calcul des structures sont en pleine refonte, pour que les ingénieurs puissent tirer parti des avantages de l’acier inoxydable en toute confiance.

6 | NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020

En Europe, toute construction doit res-

du document AISC 370 (Specification for

pecter les règles de calcul définies dans

Structural Stainless Steel Buildings), à

les Eurocodes. La version de seconde

paraître en 2021. Au Royaume-Uni, c’est

génération de l’Eurocode applicable

le Steel Construction Institute qui est

aux structures en acier inoxydable est

chargé de rédiger les avant-projets, avec

en cours de rédaction et intégrera un

le concours de chercheurs et praticiens

certain nombre d’évolutions impor-

européens, chinois et américains.

tantes, notamment des règles exploitant

Dans le même temps, l’ASCE (American

les avantages de l’écrouissage, ainsi

Society of Civil Engineers) procède

que l’introduction de deux classes de

à une refonte complète de la norme

résistance en vue de simplifier la sélec-

ASCE 8-02 (Specification for the Design

tion des nuances. En outre, les règles

of Cold-Formed Stainless Steel Structural

utilisées pour calculer la résistance au

Members) afin d’élargir son champ d’appli-

feu des structures en acier inoxydable

cation aux aciers inoxydables duplex

font l’objet d’une refonte complète.

et d’actualiser les règles de calcul. La

Aux États-Unis, le Nickel Institute a joué

nouvelle version devrait paraître en 2021.

un rôle clé dans l’accompagnement du

Et la Chine n’est pas en reste : la première

travail de mise au point des normes pour

norme chinoise de calcul des structures

l’acier inoxydable. Pour répondre à l’in-

en acier inoxydable (CECS 410) est parue

térêt que suscitent les structures en acier

en 2015. Elle fait actuellement l’objet

inoxydable, l’AISC (American Institute of

d’une refonte, qui vise surtout à compléter

Steel Construction) a entrepris la mise au

les règles de calcul pour les joints soudés

point d’une norme de calcul distincte et

et boulonnés, et à en établir pour la

complète, matérialisée par la rédaction

résistance aux séismes.

JACK HOBHOUSE JACK HOBHOUSE

STANTON WILLIAMS C SEELE

Métro de Londres : l’agrément des normes d’excellence Le métro de Londres est agrémenté de structures en acier inoxydable récentes, comme les deux verrières cristallines des entrées conduisant à la station rénovée

inoxydable. La nuance sélectionnée

de Tottenham Court Road et à la nouvelle

devait satisfaire à des impératifs de

gare du réseau Crossrail.

résistance structurale et de soudabilité

La verrière de l’entrée sud, haute de 15 m, a été inaugurée en 2015, puis celle de l’entrée nord, haute de 9,5 m, a suivi deux ans plus tard. Le cabinet d’ingénierie des structures Expedition a travaillé en étroite

et permettre de fabriquer des arêtes de rayon minime. Pour les éléments de charpente de la plus haute des deux entrées, le choix s’est porté sur l’acier duplex 2205 (UNS S32205), dont la résistance méca-

collaboration avec Seele, une entreprise

nique vaut deux fois celle de la nuance

spécialisée dans les façades en verre,

316L (S31603). Cette dernière a cependant

pour concevoir la charpente des verrières

été utilisée pour l’entrée nord, car elle

à partir de solives et colonnes composites

offrait une résistance suffisante pour

conjuguant verre et acier inoxydable.

la charge à porter, tout en facilitant la

Les structures intègrent 1 100 m de verre

fabrication. Elle a aussi été sélectionnée

feuilleté portés par 650 m de tubes d’acier

pour les solins des deux entrées.

2

Conçues par le cabinet d’architectes Stanton Williams, les verrières invitent la lumière du jour au cœur de la station. La nuit, leur éclairage crée une ambiance à la fois saisissante et rassurante. La surface de trottoir séparant les deux verrières d’entrée intègre une bande vitrée disposée en diagonale qui laisse aussi entrer le jour dans la salle des billets.

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LES ACIERS INOXYDABLES TRANSFORMENT LES FAÇADES DES IMMEUBLES Parmi les matériaux largement utilisés dans les façades d’immeubles, l’acier inoxydable fait presque figure de nouveau venu. Il s’agit depuis le début d’aciers inoxydables au nickel – comme l’alliage de nuance 302 (UNS S30200) employé pour le Chrysler Building de New York (1930) – qui se distinguent par leurs performances exceptionnelles.

Le grand cabinet d’architectes international Pelli Clarke Pelli (PCPA) intègre l’acier inoxydable aux façades d’immeubles depuis 30 ans. « Les façades en acier inoxydable débordent d’impact visuel par leur lustre attrayant tout en conservant l’éclat du neuf au fil du temps », explique Jie Zhang, l’architecte aux commandes de l’agence PCPA de Shanghai. « Cependant, le succès d’un projet de façade en acier inoxydable nécessite un budget adapté, de la rigueur dans la conception des détails structuraux et dans la définition du cahier des charges, ainsi qu’une parfaite qualité de fabrication et de construction. » Le cabinet PCPA a réalisé tout un éventail de façades d’immeubles faisant appel à différentes manières d’utiliser l’acier inoxydable et reflétant les possibilités et les défis que présente son emploi.

Le One Canada Square représente le premier emploi de tôles à relief dans la façade d’un très grand gratte-ciel.

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Simple prisme carré surmonté d’un toit pyramidal, le One Canada Square a longtemps été le plus haut gratte-ciel de Londres, où il domine le quartier d’affaires Canary Wharf de ses 235 m. Cette tour, inaugurée en 1992, se distingue par la pureté et la puissance de sa forme et constitue l’ouvrage fondateur du nouveau centre financier de la métropole. Ses concepteurs ont sélectionné des tôles en acier inoxydable de nuance 316L (S31603) arborant une finition à relief toile de lin.

C’était la première fois que des tôles à relief étaient utilisées pour la façade d’un très grand gratte-ciel. Le relief toile de lin sert à renforcer l’architecture d’ensemble en maintenant de façon très stable la planéité des tôles ainsi que leur lustre et l’orientation de leurs reflets. Derrière les murs-rideaux de l’immeuble, l’acier inoxydable est également présent dans le hall et dans les autres espaces publics, ainsi que dans les marquises et surplombs. Après presque 30 ans, la tour est désormais l’un des bâtiments les mieux connus de Londres.

Les tours Petronas de Kuala Lumpur, construites vers la même époque, ont été les plus hautes tours jumelles du monde.

Cet édifice est l’élément clé du centreville. Pour lui donner une esthétique typiquement malaisienne, ses créateurs se sont inspirés de la culture islamique, du climat de Kuala Lumpur et des arts traditionnels du pays. Le plan des tours jumelles se fonde sur deux carrés superposés formant une étoile à huit branches, figure usuelle dans les arts islamiques.

Sa surface se réduit à six reprises sur la hauteur de l’immeuble, et chacun de ces retraits est souligné par un léger surplomb. Cette technique complexe sert à rendre hommage au style architectural traditionnel de la Malaisie. Le style de la façade devait conjuguer modernité

L’esthétique des tours Petronas de Kuala Lumpur rend hommage au style architectural traditionnel de la Malaisie.

et charme pérenne. Le corps des tours jumelles est drapé de murs-rideaux de verre et de panneaux et membrures en acier inoxydable de nuance 316 (S31600), qui reflètent en douceur la lumière du soleil. L’acier inoxydable s’utilise aussi dans les brise-soleil de la façade, qui complètent son écoconception en s’adaptant au grand angle solaire de la région. Enfin, l’acier inoxydable est présent dans les panneaux qui enveloppent les colonnes de structure au sommet de l’ouvrage en lui conférant un lustre et une vitalité durables.

Le centre Cheung Kong, inauguré en 1999, est un merveilleux exemple de

dialogue entre agencement de masse (taille, forme et silhouette) et détails structuraux. L’immeuble se distingue de ses voisins en se présentant simplement sous la forme d’un grand prisme carré bien proportionné. Ses murs-rideaux en verre réfléchissant sont enveloppés d’une grille en acier inoxydable. La nuit, un dense réseau d’appareils d’éclairage intégré à la façade confère à la grille d’acier inoxydable une douce lueur dont la couleur et le motif varient en périodes de fêtes. L’acier inoxydable de nuance 316L a été utilisé en trois finis différents : relief toile de lin, fin numéro 4 et microbillé.

NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020 | 9

© PELLI CLARKE PELLI ARCHITECTS, 2020.

De gauche à droite : Détail du centre Cheung Kong, dont les murs-rideaux en verre réfléchissant sont enveloppés d’une grille en acier inoxydable.

La façade du nouveau siège social du groupe sidérurgique Baowu conjugue panneaux en 316L, verre haute performance et brise-soleil.

La tour Baodi Plaza combine généreusement des tôles d’acier inoxydable polies et à relief afin de conjuguer lustre chatoyant et grande durabilité.

10 | NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020

Le nouveau siège social du groupe

durabilité. La réalisation des façades

sidérurgique Baowu, situé à Shanghai

planes et épurées de l’immeuble et

sur le site de l’Exposition universelle de

des grilles verticales et horizontales

2010, est l’un des plus hauts ensembles

qui les agrémentent nécessitait de

d’immeubles des environs. Il a joué

surmonter d’énormes défis aux stades

un rôle clé dans le réaménagement du

de la production et de la mise en place

quartier, et il se devait de refléter l’image

des panneaux. Les concepteurs ont

de grande entreprise qui sied au groupe

travaillé en étroite collaboration avec le

Baowu. Le système d’enveloppe de

maître d’ouvrage, le maître d’œuvre et

chaque immeuble intègre deux types

les fournisseurs afin de mettre au point

de murs-rideaux. Le côté rue arbore

des solutions pour la prise en charge

une « carapace dure » constituée de

des détails, notamment pour ce qui

tôles en 316L à relief toile de lin, de

concerne les nuances d’orientation du

verre haute performance et de brise-

grain, la précision extrême du rayon de

soleil. Les différents aménagements et

congé au niveau des plis, ainsi que les

équipements et les coins arrondis des

méthodes de fixation aux poutrelles.

immeubles présentent une « carapace

Pour le cabinet PCPA, la grande

souple » plus lisse et plus ouverte composée de verre haute performance.

L’acier inoxydable des tôles a été produit en Chine par Baosteel, une filiale du groupe, ce qui constitue une première incursion de celui-ci en architecture.

architecture ne s’embarrasse pas de la fidélité à un style caractéristique : elle émane au contraire d’une étroite collaboration avec le maître d’ouvrage et d’un profond respect pour le contenu environnemental, économique et social

La tour Baodi Plaza, siège social de

de chaque projet. Selon Jie Zhang :

Baosteel à Canton, est quant à elle un

« Dans la création des façades d’im-

modèle de simplicité et d’élégance.

meuble en acier inoxydable, la réussite

Comme son homologue de Shanghai,

du projet passe par celle de chacune des

cet immeuble déploie des façades en

étapes complémentaires qui le consti-

acier inoxydable 316L affirmant le rang

tuent, depuis sa conception jusqu’à sa

de Baosteel parmi les grands aciéristes

réalisation matérielle. Toute architecture

du monde. Ces façades ont cependant

intemporelle repose sur une profonde

leur propre esthétique et diversifient

intelligence du passé conjuguée à une

ainsi l’image architecturale du groupe.

audacieuse aspiration à créer le futur. »

Elles associent généreusement des tôles

Et tout au long, les aciers inoxydables

d’acier inoxydable polies et à relief afin

au nickel accompagnent cet élan par la

de conjuguer lustre chatoyant et grande

pérennité qu’ils confèrent aux édifices.

PATRICK REYNOLDS

WIND TREE RENAISSANCE D’UNE SCULPTURE

Le Wind Tree, une œuvre de Michio Ihara inaugurée en 1977 dans le parc Queen Elizabeth d’Auckland (Nouvelle-Zélande), a été réinstallé en 2011 dans le Wynyard Quarter, près du port d’Auckland. Ses treillis se balanceront de nouveau au vent en faisant miroiter la lumière réfléchie par l’eau du bassin d’où s’élèvent ses piliers.

En 2014, une inspection a décelé des signes de fissuration par corrosion sur plusieurs des joints soudés des treillis en acier inoxydable 316 (S31600).

L’examen approfondi des fissures a révélé la présence de divers signes de fatigue-corrosion : stries de fatigue ; rouille ; résidus de coloration thermique provenant du soudage. La sculpture est soumise aux rigueurs de la zone littorale d’Auckland, si bien que sa corrosion est surtout l’effet des ions chlorures portés par les embruns marins.

La fissuration et la corrosion étaient assez graves pour donner lieu à la réparation temporaire de plusieurs joints soudés.

Puis le conseil municipal d’Auckland a décidé de faire restaurer la sculpture et d’assurer ainsi la sécurité du public.

Plusieurs types de joints ont été évalués et Michio Ihara a pu examiner la forme

sélectionnée pour s’assurer qu’elle ne nuirait pas à l’intégrité artistique de son œuvre. Les nouveaux joints ont été soudés à l’arc selon le procédé TIG (électrode de tungstène sous gaz inerte) pour répondre à la catégorie FA de la norme australo-néo-zélandaise AS/NZS 1554:6:2012.

Leur surface a ensuite été débarrassée de toute coloration thermique au moyen d’un agent chimique, puis finie par polissage mécanique de grain 600.

Le treillis le plus gravement corrodé a été remplacé en 2018 par le nouveau modèle en acier inoxydable de nuance 316L (S31603). Au bout de six mois de service, son examen n’a révélé aucune trace de fissure ou de corrosion. Les 39 autres treillis ont été remplacés en 2019. Pour Michio Ihara, il s’agissait d’une véritable « renaissance de la sculpture ».

En 1977, l’acier inoxydable à faible teneur en carbone de nuance 316L s’utilisait rarement dans les structures. Depuis, les progrès des techniques utilisées en aciérie en ont fait un matériau d’usage courant.

La nuance 316L promet que l’œuvre restera durablement en bon état et sans corrosion.

NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020 | 11

FONTE NI-RESIST UNE RÉSISTANCE À LA CORROSION SUPÉRIEURE POUR LES USAGES SPÉCIAUX Seulement 9 % de la production de nickel servent à produire des fontes et aciers alliés, mais ces matériaux sont importants pour obtenir les caractéristiques requises par des usages spéciaux souvent essentiels.

Les fontes Ni-resist, qui contiennent jusqu’à 36 % de nickel, font partie de ces matériaux. Beaucoup plus tenaces et résistantes à la corrosion que la fonte grise, elles sont importantes pour différents types de pompes, et leur résistance supérieure à l’oxydation et aux contraintes thermiques en font un matériau idéal pour les pièces de moteur telles que les segments de piston.

microstructure confère au matériau des

Le nickel sert à produire une microstructure austénitique stable analogue à celle de l’acier inoxydable austénitique. Cette

catégories : les fontes Ni-resist à graphite

propriétés de résistance à la chaleur et à la corrosion supérieures à celles des fontes non alliées ou faiblement alliées telles que la fonte grise et la fonte ductile.

Outre leur coulabilité comparable à celle de ces dernières, les fontes Ni-resist s’usinent et se soudent aisément. Ces avantages sont détaillés au tableau 1.

Cette famille d’alliages se divise en deux lamellaire et les fontes Ni-resist à graphite sphéroïdal (ductiles). Les deux variétés

Tableau 1. Propriétés utiles des fontes Ni-resist

12 | NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020

Résistance à la corrosion

Dans les solutions salines, l’eau de mer, les acides faibles, les milieux alcalins et les liquides de gisement pétrolifère (acides ou alcalins), les fontes Ni-resist offrent une résistance à la corrosion supérieure à celle des fontes ordinaires ou faiblement alliées.

Résistance à l’usure

Les chemises de cylindre, pistons, bagues et manchons d’usure, paliers, presseétoupe et autres pièces de frottement métal sur métal sont en fontes Ni-resist, celles-ci offrant une excellente résistance au grippage.

Résistance à l’érosion

Les fluides chargés de solides, tels que les boues, sont extrêmement érosifs pour la plupart des métaux. Les fontes Ni-resist résistent mieux à la corrosion par érosion que la fonte grise, la fonte ductile et l’acier.

Ténacité

Les fontes Ni-resist sont beaucoup plus tenaces que la fonte grise, en particulier à basse température.

Résistance thermique

Les fontes à graphite sphéroïdal s’emploient à des températures allant jusqu’à 1050 °C, car elles résistent mieux à la chaleur que les fontes à graphite lamellaire, qui ne s’utilisent guère au-delà de 315 °C. Toutes les fontes Ni-resist ont une vitesse d’oxydation à l’air relativement lente. Les oxydes résultants adhèrent aux surfaces en formant une couche tenace qui réduit encore l’oxydation au fil du temps.

Tableau 2. Composition nominale de quelques fontes Ni-resist importantes

Nuance UNS

Ni

Cr

Si

Cu

Résistance à Résistance à AllongeC la traction la compression ment Mn (max.) MPa (ksi) MPa (ksi) (%)

Fontes Ni-resist à graphite lamellaire (ASTM A436) 1

F41000

15,5

2

2

6,5

1

3,0

170 à 210 (24 à 30)

700 à 840 (100 à 120)

2

2

F41002

20

2

2

0,5 max.

1

3,0

170 à 210 (24 à 30)

700 à 840 (100 à 120)

2

5

F41006

35

0,1 max.

2

0,5 max.

1

3,0

120 à 180 (17 à 26)

560 à 700 (80 à 100)

2

Limite d’élasticité MPa (ksi)

Allongement (%)

Nuance UNS

Ni

Cr

Résistance à Cu C la traction Si (max.) Mn (max.) MPa (ksi)

Fontes Ni-resist à graphite sphéroïdal (ASTM A439) D-2B

F43001

20

3

2

0,5

1

3,0

370 à 480 (53 à 69)

210 à 250 (30 à 36)

7 à 20

D-2M

à

21

0,1

2

0,5

4

2,6

440 à 480 (63 à 69)

210 à 240 (30 à 34)

13 à 18

D-5S

à

36

2

5,2

0,5

1,0 max.

3,0

370 à 500 (53 à 71)

200 à 290 (29 à 41)

10 à 20

distinguent par un faible ajout de magnésium, qui convertit le graphite lamellaire en graphite sphéroïdal pour renforcer les propriétés de résistance aux contraintes, de ductilité et de tenue à haute température de la fonte. Les nuances à graphite lamellaire n’en gardent pas moins leur intérêt, car elles sont moins coûteuses, posent moins de

difficultés en fonderie et s’usinent mieux.

Les figures 1 et 2 montrent les microstructures types de ces variétés.

Figure 1. Microstructure type des alliages Ni-resist à graphite lamellaire

Le tableau 2 présente la composition des nuances les plus intéressantes, puis le tableau 3 précise les propriétés utiles de chacune.

Comme leur nom l’indique, les fontes Ni-resist offrent d’excellentes performances dans les usages les plus exigeants.

Tableau 3. Principales fontes Ni-resist

Ni-resist 1

Bonne résistance à la corrosion, à l’usure et aux températures modérées. S’utilise pour les pompes, les vannes et, surtout, les segments de piston et autres éléments nécessitant une grande résistance à l’usure.

Ni-resist 2

La forte teneur en nickel de cette fonte renforce sa résistance à la corrosion dans les milieux alcalins, ce qui la rend utile dans la fabrication du savon, de la rayonne et des plastiques.

Ni-resist 5

Offrant le plus faible coefficient de dilatation thermique de toutes les fontes Ni-resist, cet alliage présente la stabilité dimensionnelle nécessaire pour les pièces de machines-outils, les matrices de formage, les instruments et les joints de dilatation.

D-2B

Bonne résistance à la corrosion, à l’érosion et à l’usure par frottement. S’utilise à des températures allant jusqu’à 760 °C, notamment dans les pompes, compresseurs, carters de turbocompresseur et collecteurs d’échappement.

D-2M

Conserve les mêmes propriétés mécaniques qu’à température ambiante jusqu’à -170 °C, grâce à l’ajout de manganèse. S’utilise surtout pour le matériel de réfrigération et de cryogénie.

D-5S

Conjugue faible coefficient de dilatation thermique, bonne résistance aux chocs thermiques et excellente résistance au gonflement et à l’oxydation jusqu’à 1050 °C. S’utilise dans les turbines à gaz, les carters de turbocompresseur et les collecteurs d’échappement.

Figure 2. Microstructure type des alliages Ni-resist à graphite sphéroïdal

Coude de refoulement de 2,9 t en fonte de nuance 2 b selon la norme ASTM A436, destiné aux évaporateurs à triple effet du secteur de la potasse.

HIGHLAND FOUNDRY LTD.

sont de composition similaire et se

NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020 | 13

LE SAVIEZ-VOUS ?

LES EXPERTS DU NICKEL INSTITUTE RÉPONDENT À VOS QUESTIONS

Q R

Question : La faible teneur en carbone des aciers inoxydables austénitiques

AVESTA SHEFFIELD CORROSION HANDBOOK FOR STAINLESS STEELS, 8E ÉDITION

de nuances en L (comme le 304L et le 316L) améliore-t-elle leur soudabilité ? problème propre au soudage de l’acier

carbone des nuances en L (< 0,03 %) sert

ordinaire qui conduit parfois à penser que

à prévenir la formation d’une quantité

la faible teneur en carbone des nuances

nuisible de carbures de chrome lors du

en L a un effet sur la soudabilité de l’acier

soudage. Ces carbures peuvent lier d’im-

inoxydable austénitique au nickel. Le

portantes quantités de chrome et réduire

nickel présent dans les aciers inoxydables

ainsi la disponibilité de cet élément aux

austénitiques stabilise leur microstructure

joints de grains, ce qui peut amoindrir la

à toutes les températures, si bien qu’elle

résistance à la corrosion et entraîner une

ne se modifie pas lors du soudage.

corrosion intergranulaire (voir figure 1).

Une question ?

La faible teneur en carbone est une

Visiter inquiries.nickelinstitute.org

inoxydables destinés à l’usage en milieu corrosif, si bien qu’ils présentent rarement une corrosion intergranulaire liée au soudage. Que leur teneur en carbone soit supérieure ou inférieure à 0,03 %, cela n’a aucun effet sur leur soudabilité.

En revanche, la teneur en carbone de l’acier ordinaire a un effet sur la soudabi-

https://inquiries.nickelinstitute.org/

lité, car la microstructure de ce dernier se

Température (°C)

modifie avec la température. Sa microstructure d’équilibre est austénitique

C = 0,08

900

au-dessus d’environ 727 °C, mais ferriC = 0,06

800

600 0,2

1 h 0,5 1,0

5 10 50 100 Temps (minutes)

500 10 000

Figure 1. Le temps nécessaire à la formation de quantités nuisibles de carbures de chrome est beaucoup plus long pour les nuances en L, qui contiennent moins de 0,03 % de carbone.

14 | NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020

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de l’austénite produit une microstructure moins ductile appelée martensite. Le

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problème se pose surtout lors du soudage

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Cependant, un refroidissement rapide

700

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tique en dessous de cette température.

C = 0,05

NICKEL

LIGNE

caractéristique commune à tous les aciers

EN

Geir Moe est l’ingénieur chargé de coordonner le service d’information technique du Nickel Institute.

Constituée d’experts techniques situés dans le monde entier, son équipe se tient à la disposition des utilisateurs et prescripteurs de matériaux contenant du nickel pour leur apporter gratuitement des conseils techniques sur une vaste gamme d’utilisations de ce métal (aciers inoxydables, alliages de nickel, nickelage, etc.) et leur permettre ainsi de tirer parti de ses nombreux avantages en toute confiance.

Réponse : Non, la faible teneur en

des aciers ordinaires contenant plus de 0,30 % de carbone, car ils nécessitent un préchauffage visant à réduire leur vitesse de refroidissement afin d’atténuer la formation de martensite. C’est ce

VISIONNEZ les vidéos de la chaîne YouTube du Nickel Institute : www.youtube.com/user/NickelInstitute

NOUVELLES PUBLICATIONS Le guide de sélection des alliages utilisés

certains usages industriels. Environ 75 %

au contact de l’acide nitrique, disponible

de la production d’acide nitrique sert à

en anglais sous le titre Alloy selection

fabriquer des engrais azotés.

for service in nitric acid (10075), examine l’effet corrosif de cet agent chimique à toutes les concentrations. Il présente le principal procédé de production de l’acide nitrique, la résistance à la corro-

Cette publication technique du Nickel Institute, entièrement révisée, constitue un guide utile pour les ingénieurs en génie des matériaux.

sion par cet agent des différents alliages

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au nickel et des autres métaux, ainsi que

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PUBLICATIONS ACTUALISÉES Le Nickel Institute a actualisé 30 publi-

Acid and Related Compounds et du guide

cations techniques marquantes créées à

de l’AISI intitulé Design Guidelines for the

l’origine par l’entreprise canadienne Inco

Selection and Use of Stainless Steels). Elles

et par l’AISI (American Iron and Steel

sont désormais distribuées en version

Institute). Ces publications recherchées apportent des renseignements techniques utiles aux ingénieurs et aux utilisateurs finaux (il s’agit par exemple de l’ouvrage

A PRACTICAL GUIDE TO THE USE A PRACTICAL GUIDE TO THE USE OF ANICKEL-CONTAINING ALLOYS PRACTICAL GUIDE TO THE USE OF NICKEL-CONTAINING ALLOYS 279 NO ALLOYS OF NICKEL-CONTAINING NO 279 NO 279

numérique améliorée, et leur contenu peut faire l’objet d’une recherche en texte

Produced by ProducedIRON by AMERICAN Produced by AND STEEL INSTITUTE AMERICAN IRON AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE AND STEEL INSTITUTE

libre.

d’Inco intitulé The Corrosion Resistance

À télécharger gratuitement sur

of Nickel-Containing Alloys in Sulphuric

www.nickelinstitute.org.

CODES UNS

DESIGN GUIDELINES CORROSION FOR THE SELECTION CORROSION CORROSION OF ANDRESISTANCE USE OF RESISTANCE OF STAINLESS STEEL RESISTANCE STAINLESS STEEL NICKELSTEELS AND NICKEL-OF STAINLESS NICKEL AND NICKELMEMBRANE NICKELROOF AND NICKELMEMBRANE ROOF CONTAINING ALLOYS CONTAINING ALLOYS A DESIGNERS’ CONTAINING HANDBOOK SERIES ALLOYS IN HYDROCHLORIC A DESIGNERS’ HANDBOOK SERIES 9014 NOHYDROGEN A DESIGNERS’IN HANDBOOK SERIES INHYDROCHLORIC HYDROCHLORIC ACID, NOHYDROGEN 9034 ACID, 9034 AND NOHYDROGEN ACID, CHLORIDE CHLORIDE AND CHLORIDE AND CHLORINE (CEB-3) CHLORINE CHLORINE(CEB-3) (CEB-3)

Distributed by Distributed NICKEL by Distributed INSTITUTE NICKEL by NICKEL INSTITUTE INSTITUTE

Distributed by Produced by Distributed NICKEL by Distributed Produced by INCO INSTITUTE NICKEL by Produced by NICKEL INCO INSTITUTE INCO INSTITUTE

Composition chimique des alliages et aciers inoxydables mentionnés dans ce numéro de Nickel (en pourcentage massique).

UNS

C

Cr

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

S30100 p. 4

0,15 max.

16,0 à 18,0

restant

2,00 max.

-

0,10 max.

6,0 à 8,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30200 p. 8

0,15 max.

17,0 à 19,0

restant

2,00 max.

-

0,10 max.

8,0 à 10,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30403 p. 14

0,03 max.

18,0 à 20,0

restant

2,00 max.

-

-

8,0 à 12,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31600 p. 9, 11

0,08 max.

16,0 à 18,0

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

-

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31603 p. 2, 7, 8, 10, 11, 14, 16

0,03 max.

16,0 à 18,0

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

-

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S32205 p. 7, 16

0,030 max.

22,0 à 23,0

restant

2,00 max.

3,00 à 3,50

0,14 à 0,20

4,50 à 6,50

0,030 max.

0,020 max.

1,00 max.

NICKEL, VOL. 35, Nº 1. 2020 | 15

PHOTOS DE MICHAEL MORAN POUR RELATED COMPANIES.

LE VESSEL DE HUDSON YARDS Le complexe de Hudson Yards, situé à New York dans le quartier du même nom, est en superficie le plus grand projet de développement immobilier privé jamais réalisé aux États-Unis. L’élément central de sa première phase de construction, inaugurée en 2019, est une spectaculaire sculpture interactive : le Vessel. Conçu par Thomas Heatherwick et son cabinet d’architectes, cet extraordinaire monument de 46 m de haut, tout en escaliers et en terrasses, crée un lieu de promenade et offre de magnifiques panoramas sur la ville. La teinte bronze roux de l’extérieur a été obtenue au moyen d’une couche mince spécialement conçue, déposée en phase vapeur sur le poli miroir des quelque 45 tonnes d’acier inoxydable au nickel de nuance 316L (S31603) qui constituent la structure.

La forme évasée du Vessel est conçue pour réduire sa surface au sol, à partir de laquelle il s’élargit graduellement d’étage en étage.

16 NICKEL, | NICKEL,VOL. VOL.35,35,NºNº1.1.2020 2020

Même si l’intérieur de la sculpture n’est pas sans rappeler l’escalier sans fin de la lithographie Montée et Descente d’Escher, les 154 volées d’escalier subtilement interconnectées et les 80 paliers du Vessel permettent vraiment aux visiteurs d’accéder au sommet. Il était important que l’escalier conserve sa beauté au fil du temps et donne une impression de légèreté tout en répondant aux

contraintes structurales. Ses balustrades creuses intègrent un système d’éclairage discret qui s’allume en soirée. Elles se composent d’environ 80 tonnes d’acier inoxydable au nickel de nuance ultrarobuste 2205 (S32205), et leur fini a été obtenu par sablage. Pour les personnes à mobilité réduite, la structure incorpore un ascenseur curviligne en verre et acier inoxydable.