NICKEL, VOL. 37, Nº 1. 2022

MAGAZINE

NICKEL

L A RE V UE SPÉCI A LISÉE DU NICK EL E T DE SES A PPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 37, Nº 1. 2022

Quand la résistance compte Codes de la construction : sécurité des immeubles et autres structures

Des câbles en acier inoxydable pour les milieux rigoureux

Nouveau viaduc Gênes-Saint-Georges : plus résistant et plus sûr

CHATTANOOGA BOILER & TANK COMPANY

ÉTUDE DE CAS 24 LE MÉTRO DE WASHINGTON L’armature porteuse de la verrière de l’édicule est constituée de poutres creuses de section rectangulaire en acier inoxydable austénitique de nuance 316L, qui contient 10 % de nickel.

Avec plus de 600 000 usagers transportés par jour et 91 stations en Virginie, dans le Maryland et dans le District de Columbia, le métro de Washington est le plus fréquenté des États-Unis après celui de New York. La régie des transports métropolitains de Washington est en train de renouveler les escaliers mécaniques sur l’ensemble de son réseau. Pour protéger ceux des bouches de métro contre les intempéries et les sels de voirie, et améliorer ainsi leur fiabilité et leur commodité pour les usagers, elle y fait aussi installer d’attrayants édicules en acier inoxydable.

Signalant distinctement les entrées du métro, ces élégants édicules incorporent verre et acier inoxydable selon une esthétique semblable à celle des voûtes à caissons emblématiques des stations du réseau. Chaque édicule intègre une verrière à armature d’acier inoxydable de courbure toroïdale dont les poutres maîtresses, situées directement au-dessus des parapets, reposent sur des barres diagonales cylindriques à extrémités fuselées. Les éléments modulaires de la structure, notamment ses grands pans de toiture assemblés à

NICKEL, VOL. VOL. 37, 37, Nº Nº 1.

1. 2022 2022 22 || NICKEL,

l’atelier de fabrication, sont transportés par route jusqu’au site, puis rapidement boulonnés ensemble pendant la fermeture de nuit de manière à entraver le moins possible l’accès au métro. Leur configuration est modifiée en fonction des caractéristiques de chaque site.

Pour les édicules des réseaux de transport, la nuance 316L (UNS S31603) convient à merveille en raison de son excellente résistance à la corrosion, de ses faibles besoins d’entretien et du bel aspect de son fini de surface.

ÉDITORIAL DE LA RÉSISTANCE DU NICKEL

La résistance est primordiale, car quand elle fait défaut, gare aux dégâts. C’est l’un des grands avantages que le nickel confère aux matériaux.

« La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une contrainte sans rupture ni déformation. »

NICOLE KINSMAN

Le nickel confère simultanément des avantages de résistance, de ductilité et de ténacité qui sont indispensables aux systèmes à usage intensif tels que les trains d’atterrissage, qui doivent supporter des chocs répétés. Dans ce cas précis, le nickel inclus dans les aciers maraging joue un rôle vital pour prévenir la fatigue et se prémunir contre les défaillances catastrophique.

Le nickel présent dans l’acier inoxydable accroît sa résistance à la corrosion et permet de réaliser des soudures tenaces, ductiles et résistantes aux contraintes garantissant à leur tour la robustesse et la durabilité des structures construites avec ce matériau. Dans les ouvrages tels que le nouveau viaduc Gênes-Saint-Georges, conçu par Renzo Piano, l’emploi d’une armature en acier inoxydable garantit la résistance tant aux contraintes qu’à la corrosion. Cette armature est essentielle pour assurer la durabilité du viaduc, construit en remplacement d’un ouvrage tristement célèbre pour sa défaillance catastrophique.

L’acier inoxydable s’emploie à profit dans la construction des grands ouvrages depuis plus d’un siècle, mais c’est seulement aujourd’hui que se publient les codes de calcul des structures adaptés à ce matériau. Ces derniers sont indispensables, car les propriétés de l’acier inoxydable diffèrent de celles de l’acier au carbone. La nouvelle norme de calcul de l’AISC (American Institute of Steel Construction) établit des règles de conception économes et faciles à utiliser pour aider architectes et ingénieurs en structure à utiliser l’acier inoxydable efficacement et sans difficulté dans la création d’ouvrages faits pour durer.

Le mur-rideau en réseau de câbles d’acier inoxydable du Poly Plaza de Pékin est constitué de câbles et tirants en nuance 316 (UNS S31600) assortis de raccords et bras de soutien en nuance 2205 (S32205).

Et l’acier inoxydable est aussi synonyme de force. Le sculpteur espagnol Jordi Díez dit que la singularité de ce matériau confère puissance et expressivité à ses œuvres.

Ces attributs sont personnifiés à la perfection dans sa récente sculpture de la légende vivante du tennis, Rafael Nadal, jouant de sa propre force, autrement dit de son fameux coup droit du gauche.

Clare Richardson Rédactrice en chef, Nickel

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Étude de cas 24 Le métro de Washington Éditorial De la résistance du nickel En bref

NICKEL

Codes de la construction Pour la sécurité des structures Viaduc Gênes-Saint-Georges Plus résistant et plus sûr Câbles inoxydables À l’épreuve des conditions rigoureuses Assemblages critiques Des fixations plus résistantes Aciers maraging Haute résistance et ténacité Alliages de nickel Le Ferrium

Un alliage surperélastique à l’épreuve de la chaleur

Le saviez-vous ?

Aciers de construction alliés Nouvelles publications Michael Orry Pearce (1934-2022)

UNIVERSITÉ DE LA VILLE DE HONG KONG

02

E N B R E F

SOMMAIRE

Codes UNS Statue de Rafael Nadal Un monument à la force humaine

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : Hudson Bates Rédactrice en chef : Clare Richardson communications@nickelinstitute.org Collaborateurs : Nancy Baddoo, Gary Coates, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Benoît Van Hecke, 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 Couverture : Shutterstock ©Harry Steele Photos de banques d’images : iStock©Phantom1311 (p. 3), iStock©Luca Reina Mafaraci (p. 9), iStock©Mara Duchetti (p. 9), iStock©BIHAIBO (p. 10), iStock©trekandshoot (p. 10), iStock©Babayev (p. 12), iStock©Dmitrii Guldin (p. 13)

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Des chercheurs de l’Université de la Ville de Hong Kong (CityU) et d’autres collaborateurs ont découvert par accident le premier alliage superélastique à conserver sa rigidité même après avoir été chauffé à une température atteignant ou dépassant les 1 000 K (726,85 °C).

Yang Yong et son équipe ont constaté que l’élinvar à haute entropie, un alliage à élasticité invariable de formule Co25Ni25(HfTiZr) 50, conservait son module d’élasticité sur une très large plage de températures. Autrement dit, la rigidité de l’alliage ne varie pas avec la température.

Cette propriété est intéressante pour les appareils appelés à subir des variations de températures extrêmes. « On sait que la température de la surface lunaire varie de 122 °C à -232 °C. Comme cet alliage conserve sa résistance et reste intact dans les milieux extrêmes, il conviendrait très bien à la fabrication des futurs chronomètres mécaniques devant fonctionner dans une très grande plage de températures lors des missions spatiales », explique Yong Yang. Ce travail a fait l’objet d’une publication dans la revue Nature.

Un aimant de première L’équipementier automobile Denso a réalisé une première mondiale en synthétisant

Un détecteur non toxique

une poudre magnétique à base de nanocouches de nickel et de fer disposées en super-réseau. Son champ magnétique est équivalent ou supérieur à celui des D’APRÈS UN ARTICLE PARU EN 2021 DANS NANO LETTERS (DOI : 10.1021/ACS.NANOLETT.1C02336)

aimants au néodyme. Afin de rendre ses composants clés plus compétitifs pour les véhicules électriques, l’entreprise prévoit d’intégrer cet aimant haute performance moins coûteux dans les petits moteurs d’ici cinq ans, puis dans les moteurs de propulsion par la suite. Denso en a démarré la production en série tandis qu’Aisin, une entreprise du groupe Toyota, établira la chaîne logistique mondiale pour les unités électriques et autres produits d’ici 2025.

Le haut du pavé

© FORD MOTOR COMPANY, 2022

L’entreprise sud-coréenne SK On est parvenue à mettre au point une batterie NCM9 commercialisable, une première mondiale pour les accumulateurs à 90 pour cent de nickel. Le sigle NCM désigne les trois principaux métaux constituant la cathode de la batterie (nickel, cobalt et manganèse), tandis que le chiffre 9 indique la proportion de nickel. Cette innovation primée repose non seulement sur la forte teneur en nickel conférant une plus grande densité d’énergie et un meilleur rendement à la batterie, mais aussi et surtout sur la technologie de pointe que l’entreprise a dû créer pour garantir la sécurité du produit final. Testée et installée sur le F-150 Lightning, première version électrique du légendaire pick-up de Ford, elle est prête à conquérir le marché. Avec près de 200 000 précommandes avant le lancement du véhicule, tous les regards seront portés sur l’endurance et les hautes performances de ce modèle impérissable.

La batterie NCM9 de SK On a remporté le prix de l’innovation du CES (Consumer Electronics Show) de 2022 dans deux catégories : « multimédias et sécurité à bord » et « technologies embarquées ».

Quand S. Chang, S. Ren et leurs collaborateurs ont voulu créer des structures organométalliques sans métaux lourds pour un détecteur de rayons X souple destiné à l’imagerie radiographique, ils se sont tournés vers le nickel pour trouver une solution innovante. Les détecteurs de rayonnement contiennent depuis longtemps des métaux à usage strictement réglementé tels que le plomb et le cadmium. Les chercheurs ont préparé une solution de chlorure de nickel et de DABDT, un agent réducteur des disulfures, dans laquelle le nickel se lie aux molécules de DABDT pour former une structure organométallique.

Puis ils ont enserré celle-ci entre des électrodes constituées d’une fine couche d’or déposée sur une surface de plastique souple, en utilisant des fils de cuivre pour transmettre le courant. Lorsqu’ils ont placé une feuille d’aluminium en forme de H sur le détecteur avant de l’exposer aux rayons X, le courant mesuré était beaucoup plus faible sous celle-ci. Selon l’équipe de recherche, ce dispositif de validation de principe constitue une avancée prometteuse pour la prochaine génération de détecteurs de rayonnement.

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CODES DU BÂTIMENT MISE EN PLACE DE NORMES EXIGEANTES POUR LES STRUCTURES EN ACIER INOXYDABLE La défaillance soudaine d’un pont ou d’un immeuble est heureusement un événement très rare, en grande partie grâce aux normes nationales et internationales : les structures sont conçues selon une norme de calcul, à partir d’éléments respectant des normes de produit et fabriqués selon des techniques et un niveau de qualité définis dans une norme de fabrication.

Les normes de calcul et de construction

arrive souvent que les concepteurs, déjà

des bâtiments et ouvrages d’art codifient

très occupés, ne puissent pas justifier du

les méthodes, meilleures pratiques

temps et des dépenses que cela nécessite.

et exigences techniques à respecter

Telle était la situation jusqu’à l’an

pour garantir la sécurité et la pérennité du cadre bâti. Ces normes sont mises au point selon un processus fondé sur le consensus. En substance, elles condensent le savoir des personnes et entités possédant une expertise dans leur domaine : producteurs de matériaux, fabricants, concepteurs, chercheurs, associations professionnelles, utilisateurs La norme ANSI/AISC 370 est la première norme américaine portant sur le calcul des structures en acier inoxydable. Elle est parue en 2021.

et autorités de réglementation.

pas de norme de calcul des structures en acier inoxydable pour les éléments de construction d’usage courant tels que tubes et profilés creux, soudés ou laminés à chaud. Par conséquent, il était beaucoup plus simple, rapide et économique pour les ingénieurs et pour leurs clients d’utiliser d’autres aciers, de l’aluminium, du bois, du béton ou du

Les exigences des normes de conception

plastique renforcé de fibre, qui font l’objet

et de calcul sont souvent des compromis

de normes et sont agréés par les codes.

atteints de haute lutte entre considéra-

Cette situation freinait considérablement

tions économiques et facilité d’emploi. Il

l’adoption de l’acier inoxydable et sa

est également important que ces normes

croissance sur le marché.

soient exhaustives et englobent l’éventail

Les normes de calcul des structures

des structures, matériaux et conditions de charge de la pratique courante, mais sans excès de prudence conduisant à surdimensionner certains aspects de l’ouvrage et à gaspiller ainsi de précieuses ressources non renouvelables.

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dernier aux États-Unis, où il n’y avait

publiées par l’AISC (American Institute of Steel Construction), ou bien des cahiers des charges étroitement apparentés, s’utilisent du nord au sud des Amériques ainsi qu’au Moyen-Orient et, pour environ 30 % des chantiers, en Chine. En 2018, dix

En l’absence de norme, il faut obtenir

ans après le début des discussions enga-

des dérogations au code du bâtiment

gées par le secteur de l’acier inoxydable

auprès des autorités compétentes, et il

avec l’AISC, celle-ci a enfin annoncé

son intention d’établir une norme ANSI

obstacles qui ont longtemps freiné le

(American National Standards Institute)

développement des structures en acier

complète pour le calcul des structures en

inoxydable et élargira le potentiel des

acier inoxydable.

nuances austénitiques et duplex (conte-

ment d’un comité AISC sur les aciers

Les retombées de ce travail de normali-

inoxydables de construction réunissant

sation ne se limitent pas aux bâtiments

experts de la fabrication et du soudage,

et ouvrages apparentés : les règles de

métallurgistes, concepteurs et univer-

calcul des structures en acier inoxydable

sitaires. Le Steel Construction Institute

devraient être citées en référence dans

(organisation indépendante britannique)

la norme ANSI/AISC N690 (Specification

a joué un rôle moteur dans la rédaction des nouvelles règles de conception et de calcul. Celles-ci ont été établies à partir du vaste corpus de recherche sur les structures produit par les universités du monde entier au fil des 30 dernières années, qui avait déjà servi à la mise au point des règles correspondantes figurant dans l’Eurocode 3 (EN 1993-1-4:2006).

STAINLESS STRUCTURALS

nant du nickel) sur le marché mondial.

for safety-related steel structures for nuclear facilities), utilisée dans le monde entier pour les structures en acier liées

Profilés d’acier inoxydable austénitique en I et en U soudés au laser

à la sûreté des installations nucléaires et jusqu’ici dépourvue d’informations sur les structures en acier inoxydable.

Par ailleurs, les autorités américaines concernées entreprennent actuellement, sous l’égide de l’AASHTO (American Association of State Highway and

La nouvelle norme de calcul, ANSI/

Transportation Officials), de modifier

AISC 370-21 (Specification for structural

les règles de la norme ANSI/AISC 370 de

stainless steel buildings), a été publiée

manière à les rendre utilisables pour la

trois ans plus tard. La disponibilité de

conception des ponts routiers et ferro-

cette norme de calcul récente, économe

viaires et des passerelles piétonnières en

et facile à utiliser éliminera les grands

acier inoxydable duplex aux États-Unis.

Une structure porteuse en acier inoxydable a été utilisée pour le système de refroidissement passif dans l’enceinte de confinement de la centrale nucléaire Vogtle (réacteurs 3 et 4), située aux États-Unis dans l’État de Géorgie. Cette tour carrée de 3,4 m de côté et 9,1 m de haut est en acier inoxydable duplex UNS S32101.

PREMIER INDUSTRIAL/WESTINGHOUSE

Le travail a commencé par l’établisse-

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LE NOUVEAU VIADUC GÊNES-SAINT-GEORGES PLUS RÉSISTANT ET PLUS DURABLE Après l’effondrement du pont Morandi à Gênes en août 2018, un rapport indépendant a conclu que cet accident meurtrier résultait probablement d’un mauvais entretien et de défauts de conception et de construction. La corrosion des câbles au sommet du hauban sud d’un des pylônes en serait la principale cause. En outre, les inspections périodiques auraient été insuffisantes pour bien prendre connaissance de l’état de

CENTRO INOX

dégradation réel des câbles.

Une fois l’armature enrobée de béton, la conjugaison de barres d’acier au carbone et de barres d’acier inoxydable en contact les unes avec les autres ne fait pas augmenter le risque de corrosion.

Depuis la mise en service du pont

Un béton armé là où il le faut

Morandi (en 1967), les connaissances sur

L’acier inoxydable sert à protéger contre

la robustesse et la durabilité des différents

la corrosion, et par conséquent contre la

types de ponts se sont étoffées. Le

fissuration ou l’éclatement des éléments

nouveau viaduc Gênes-Saint-Georges, qui

structuraux les plus exposés aux agents

le remplace, a été conçu par Renzo Piano

de l’atmosphère. En fait, dans les condi-

et inauguré en 2020. À la différence de

tions très rigoureuses, comme celles des

l’ancien pont à hauban, il intègre des

structures maritimes et portuaires, il est

barres d’armature en acier inoxydable, ce

essentiel que les matériaux employés

qui garantit sa résistance non seulement

possèdent les caractéristiques adaptées.

aux contraintes mécaniques, mais aussi à

En l’absence d’acier inoxydable, les

la corrosion.

agents externes déclenchent la corrosion

L’acier inoxydable a été porté au cahier

des armatures en acier au carbone, ce

des charges dès la phase de conception pour les zones les plus critiques. Par

CENTRO INOX

exemple, des barres d’armature en acier

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qui fait augmenter leur volume et finit par entraîner une fissuration du béton qui conduira la structure à se détériorer

inoxydable ont été disposées au niveau

davantage.

des allées piétonnières du viaduc ainsi

Des barres d’armature en acier inoxy-

qu’à côté des barres d’armature en acier

dable de nuance 304L (UNS S30403,

au carbone situées près du cœur du

EN 1.4307) de différents diamètres

tablier. Une fois l’armature enrobée de

ont été disposées près des surfaces

béton, la conjugaison de barres d’acier au

extérieures de la structure aux endroits

carbone et de barres d’acier inoxydable,

où une couverture de béton moins

en contact les unes avec les autres

épaisse expose davantage le métal à la

comme dans l’illustration ci-dessus, ne

corrosion. Là où il n’y a pas de problème

fait pas augmenter le risque de corrosion

d’exposition, comme dans la masse du

des premières.

béton, les barres d’armature en acier au

carbone assurent l’intégrité structurale de ce dernier.

Intérêt sur le long terme Le viaduc Gênes-Saint-Georges intègre 9 000 t de barres d’armature en acier au carbone et 250 t de barres d’armature en acier inoxydable. Ce rapport de seulement 3 % correspond bien à la plage de 1 à 5 % caractéristique des ouvrages

de vie des équipements d’infrastructure.

Face aux rigueurs des milieux maritimes, l’emploi de l’acier inoxydable réduit nettement les coûts d’entretien des ponts et s’avère la solution la plus économique sur le long terme. Dans ces environnements, il se distingue aussi par sa résistance supérieure aux contraintes, par

en béton armé exposés à des milieux

sa grande ductilité et par son excellente

corrosifs. Le respect de ce rapport est éga-

capacité d’absorption d’énergie en cas de

lement avantageux pour le coût du cycle

secousses sismiques.

L’élégant viaduc Gênes‑Saint‑Georges (en construction ci-contre et achevé ci-dessus) intègre environ 250 t de barres d’armature en acier inoxydable de nuance 304L disposées seulement dans les zones critiques.

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CÂBLES DE TRACTION EN ACIER INOXYDABLE À L’ÉPREUVE DES CONDITIONS RIGOUREUSES

Quand il s’agit de défier la gravité pour hisser de lourdes charges, il est indispensable d’employer le bon matériel. Et la robustesse des câbles métalliques joue chaque jour Les câbles de traction en acier inoxydable s’utilisent dans de nombreux secteurs : pétrole et gaz, bâtiment et travaux publics, architecture, automobile, papeterie-cartonnerie, agroalimentaire, textile, etc.

un rôle déterminant dans l’efficacité et la sécurité des opérations sur les chantiers de construction, les plateformes de forage et autres installations en mer, les véhicules et infrastructures de transport, etc.

Les câbles de traction sont soit en acier

ils offrent aussi un bon comportement en

inoxydable, soit en acier galvanisé. Dans

présence des produits chimiques corrosifs

les conditions particulièrement rigou-

employés notamment dans les industries

reuses, notamment en milieu maritime,

textiles, papetières ou agroalimentaires.

les câbles en acier inoxydable sont plus

Les câbles de traction en acier inoxydable

durables et plus résistants à la corrosion

peuvent aussi s’utiliser à des températures

que ceux en acier galvanisé.

Les câbles de traction en acier inoxydable sont le plus souvent de nuance 304 (UNS S30400) et contiennent donc du nickel. Leur résistance aux contraintes est à peu près la même que celle des câbles de traction en acier galvanisé, mais ils

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allant jusqu’à 480 °C. Le choix du câble convenant à un usage donné dépend à la fois des conditions du milieu, de la résistance à la traction et de la charge maximale d’utilisation (CMU).

Des tours de forage aux ponts suspendus

résistent beaucoup mieux à la corrosion.

en passant par les navires de plaisance

Dans les milieux hautement corrosifs, les

et les équipements d’aires de jeux, le

câbles de traction en acier inoxydable

câble de traction en acier inoxydable est

de nuance 316 (S31600) résistent encore

un constituant pratique et robuste qui

mieux à la corrosion par piqûres ainsi

résiste bien à l’usure tout en contribuant à

qu’aux acides. Utiles en milieu maritime,

l’esthétique des structures.

ASSEMBLAGES CRITIQUES LES ATOUTS DES BOULONS PLUS RÉSISTANTS Les ruptures de boulon, causées par la surcharge, la fatigue ou la corrosion, peuvent être très coûteuses, en particulier quand les réparations à effectuer nécessitent la mise hors service d’un équipement essentiel. en aluminium. Ils servent par exemple à

dans un éventail de nuances d’acier. Il

raccorder les éléments de structure en

est donc important de bien connaître les

aluminium des hélisurfaces équipant les

paramètres d’utilisation pour sélectionner

plateformes de forage en mer.

l’acier qui convient le mieux et prévenir

Un coût avantageux dans la durée

ainsi une rupture. En plus de la charge à supporter, il faut tenir compte de l’accessibilité de l’assemblage, du milieu (température, exposition à l’eau, corrosivité) et des matériaux à assembler. La réutilisabilité et la méthode d’installation sont aussi des critères importants. Pour garantir un cycle de vie sans problème et peu coûteux, il est essentiel de choisir la nuance dont les propriétés conviennent le mieux à la situation.

Bien que les boulons en acier inoxydable soient plus chers que leurs équivalents en acier au carbone, leur grande longévité et leurs faibles besoins d’entretien permettent de réaliser des économies qui compensent facilement leur coût initial pour les usages exigeants. Par exemple, en 2019, environ 6 000 éléments de fixation en acier inoxydable duplex et super duplex ont été utilisés à Londres pour la

Assemblage d’éléments de charpente en acier inoxydable à l’aéroport de Porto (Portugal)

construction d’une passerelle en acier

Essentiels pour les usages

inoxydable intégrant un chemisage des-

exigeants

tiné à renforcer un tunnel d’égout datant

Les éléments de fixation en acier

de l’époque victorienne. Vu les difficultés

inoxydable s’utilisent largement dans une

d’accès, et pour éviter de perturber la cir-

multitude d’applications industrielles

culation au-dessus du chantier et la ligne

exigeantes où l’acier au carbone ne sau-

de métro sous celui-ci, il était essentiel

rait suffire, comme le traitement de l’eau,

d’opter pour une solution nécessitant peu

les éoliennes, les procédés chimiques

d’entretien et prévue pour durer 120 ans.

et les équipements maritimes, voire

Il fallait aussi que la structure soit très

sous-marins. Ils se déclinent dans une

compacte et supporte des charges élevées.

palette d’alliages et de caractéristiques

Le choix s’est naturellement porté sur des

offrant différents degrés de résistance aux

boulons en acier inoxydable duplex à haute

contraintes et à la corrosion, et même la

résistance contenant 5 à 7 % de nickel.

faculté de s’adapter à la fois aux hautes et

Leur résistance élevée permettait aussi

aux basses températures. En plus d’être

de réduire la taille des assemblages afin

essentiels à l’assemblage des éléments

d’améliorer la constructibilité de l’ouvrage

en acier inoxydable, les boulons de ce

tout en économisant des matériaux (et

même matériau conviennent aussi à

donc des coûts) et en limitant les risques

celui des éléments en acier galvanisé ou

d’accident liés à la manutention.

NANCY BADDOO

Les éléments de fixation se déclinent

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ACIERS MARAGING RÉSISTANCE ET TÉNACITÉ ÉLEVÉES Le besoin de disposer d’un acier alliant une résistance à la traction élevée et de bonnes propriétés d’allongement a conduit à la création des aciers maraging, mis au point à la fin des années 1950 par C. Bieber de l’INCO (International Nickel Company).

Le mot-valise « maraging » est formé par la fusion des mots anglais martensite et aging (vieillissement). Il s’agit d’une catégorie d’aciers à faible teneur en carbone présentant une microstructure martensitique et renforcés par un traitement thermique (vieillissement). Celui-ci entraîne la précipitation de différentes particules intermétalliques dans la microstructure de la martensite. Cet acier se décline en plusieurs variantes, mais son principal élément d’alliage est le nickel, à environ 18 %, et ses éléments d’alliage secondaires sont le cobalt, le molybdène, le titane et l’aluminium. Il s’agit de la famille des aciers maraging 18Ni. Il existe aussi une famille d’aciers maraging sans cobalt, qui sont moins chers, mais pas tout à fait aussi résistants. Les nuances d’acier maraging 18Ni les plus courantes sont présentées ci-dessous avec leur composition usuelle et leurs propriétés mécaniques après vieillissement. Ils sont désignés par un nombre indiquant leur résistance à la traction approximative en milliers de livres-force par pouce carré (ksi).

En raison de leur faible teneur en

Avec leur rapport résistancepoids élevé, les aciers maraging constituent un matériau de premier ordre pour les trains d’atterrissage.

carbone, les aciers maraging offrent une bonne usinabilité. L’alliage est souvent usiné à des dimensions proches des cotes finales avant le traitement thermique, car celui-ci n’entraîne qu’une variation dimensionnelle minime.

Comme ils conjuguent résistance élevée, ténacité et bonne ductilité, les aciers maraging s’utilisent dans les domaines suivants : • Missiles et lanceurs spatiaux (enveloppes de moteur-fusée plus fines qu’avec des aciers moins résistants) ; • Aéronautique (arbres, engrenages et fixations haute performance, éléments de train d’atterrissage) ; • Articles de sport (cadres de vélo, têtes de club de golf, lames d’escrime) ; • Sports motorisés (vilebrequins, engrenages, pièces de châssis, barres de torsion).

Les aciers maraging feront l’objet d’une publication du Nickel Institute à paraître sous le titre Maraging steels – A review of commercial alloys and their properties.

Aciers maraging : principaux éléments d’alliage et propriétés mécaniques (après vieillissement)

Nuance

Codes UNS

Ni

Co

Mo

Ti

Al

Fe

Résistance à la traction MPa (ksi)

C-200

K92820

17,0 à 19,0

8,0 à 9,0

3,0 à 3,5

0,15 à 0,25

0,05 à 0,15

restant

1448 (210)

1413 (205)

C-250

K92890

17,0 à 19,0

7,0 à 8,5

4,6 à 5,1

0,30 à 0,50

0,05 à 0,15

restant

1793 (260)

C-300

K93120

18,0 à 19,0

8,0 à 9,5

4,6 à 5,2

0,55 à 0,80

0,05 à 0,15

restant

C-350

K93540

18,0 à 19,0

11,5 à 12,5

4,6 à 5,2

1,25 à 1,50

0,05 à 0,15

restant

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Limite d’élasticité Allongement MPa (ksi) (%)

Essai Charpy J (pied-livre)

Dureté HRC

12

49 (36)

43 à 48

1758 (255)

11

27 (20)

48 à 52

2035 (295)

2000 (290)

11

23 (17)

50 à 55

2413 (350)

2344 (340)

7

11 (8)

55 à 60

LA QUÊTE ACCÉLÉRÉE DE NOUVEAUX ALLIAGES UTILES La mise au point de nouveaux alliages s’est longtemps faite par tâtonnement, selon un processus empirique coûteux, inefficace et chronophage. Cela consistait à partir du savoir métallurgique pour formuler de nouvelles compositions d’alliages, puis pour déterminer quels procédés de formage et de traitement thermique leur appliquer dans l’espoir d’obtenir des propriétés surpassant celles des alliages établis. On procédait ensuite à la fonte et à la mise à l’essai d’une série d’éprouvettes afin d’optimiser ces propriétés.

Il y a une vingtaine d’années, l’avène-

destiné aux structures de l’aérospatiale et

ment de l’ingénierie des matériaux par

à d’autres usages faisant habituellement

modélisation intégrée (ICME) a permis

appel à l’acier AISI 4340. Ses propriétés

de passer de l’expérimentation physique

mécaniques sont comparables à celle de

à la simulation sur modèle virtuel. C’est

ce dernier, mais il offre en plus l’avantage

cette méthode que la société QuesTek

de résister à la corrosion atmosphérique

Innovations a employée pour mettre au

sans nécessiter de cadmiage.

point plusieurs alliages au nickel offrant

Un autre produit de cette avancée

de meilleures propriétés.

technique est le Ferrium C64, qui peut

L’envol du Ferrium

remplacer les aciers pour engrenages

QuesTek a ainsi créé le Ferrium S53, un

haute performance tels que l’AISI 9310.

acier au nickel hautement résistant aux

Cet alliage ultrarésistant aux contraintes

contraintes et à la corrosion. C’était

offre aussi une ténacité élevée et une

le premier matériau issu de l’ICME à

excellente résistance à la fatigue et

répondre aux normes américaines AMS

à la chaleur. Il s’utilise dans divers

(Aerospace Material Specification) et

composants critiques des secteurs de

MMPDS (Metallic Materials Properties

l’aérospatiale, de l’automobile et de

Le Ferrium 64, un alliage au nickel alliant ultra-haute résistance et ténacité élevée, s’utilise notamment dans les engrenages de transmission.

l’énergie, par exemple pour les aérogires

Development and Standardisation) et à

et pour les engrenages de transmission

prendre son envol dans des composants

de voiture de course.

essentiels à la sécurité d’un train d’atterrissage, à savoir celui de l’avion à réaction

L’ICME accélère ainsi la mise au point

d’entraînement T-38 de l’US Air Force.

des alliages au nickel multiconstitués

Le Ferrium S53 est un acier ultrarésistant

destinés aux composants critiques.

Composition usuelle

UNS

C

Cr

Ni

Co

Mo

W

V

Si

Mn

Cu

Fe

Ferrium S53

S10500

0,21

10,0

5,5

14,0

2,0

1,0

0,30

-

-

-

restant

Ferrium C64

K92731

0,11

3,5

7,5

16,3

1,75

0,2

0,02

-

restant

4340

G43400

0,40

0,8

1,8

-

0,25

-

-

0,2

0,7

-

restant

9310

G93106

0,10

1,2

3,2

-

0,11

-

-

0,2

0,55

-

restant

NICKEL, VOL. 37, Nº 1. 2022 | 13

Le saviez-vous ?

Les experts du Nickel Institute répondent à vos questions

allié qui doit être peint. J’aimerais utiliser un acier inoxydable, mais le 304L et le 316L ne sont pas assez résistants, à moins d’opter pour

une tôle plus épaisse qui rend alors la version inoxydable très coûteuse.

Y a-t-il d’autres alliages inoxydables mieux adaptés à mon usage ? duplex, dont la limite d’élasticité mini-

Réponse : Les nuances 304/304L

(S30400/S30403) et 316/316L (S31600/

mum est environ deux fois supérieure à

S31603) sont des aciers inoxydables

celle des nuances 304/304L et 316/316 L.

austénitiques au nickel présentant

Ces aciers inoxydables duplex s’utilisent

à l’état recuit une limite d’élasticité

dans le monde entier pour la construc-

minimum de seulement 30 ksi

tion de nombreux ponts situés en zone

(205 MPa). En revanche, celle des

urbaine, maritime ou montagneuse.

aciers de construction au carbone ou faiblement alliés de haute résistance se

Le tableau ci-dessous compare trois

situe souvent dans une plage de 36 à

nuances d’acier duplex à deux nuances

50 ksi (250 à 345 MPa).

d’acier au carbone.

Il existe aussi une famille d’aciers inoxy-

Les aciers inoxydables duplex font d’ailleurs l’objet d’une publication

LIGNE

NICKEL

Q R

Question : Je fabrique un composant à partir d’un acier de construction

dables au nickel caractérisée par une microstructure contenant des quantités

du Nickel Institute intitulée Practical

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. https://inquiries.nickelinstitute.org/

à peu près égales d’austénite et de

guide to using duplex stainless

ferrite : il s’agit des aciers inoxydables

steels (10044).

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

ABONNEZ-VOUS pour recevoir gratuitement un exemplaire imprimé de la revue Nickel en anglais ou un avis par courriel dès la parution d’un nouveau numéro. www.nickelinstitute.org

Nom usuel

Propriétés en traction ksi (MPa) min.

Composition usuelle (%) C

LISEZ la revue Nickel (disponible en ligne en plusieurs langues). www.nickelinstitute.org/library/

Cr

Ni

Mo

Mn

N

L.É.1

R.T.2

AL.3 (%)

Duplex

CONSULTEZ LES ANCIENS NUMÉROS de la revue Nickel dans nos archives en ligne, qui remontent jusqu’à juillet 2009. www.nickelinstitute.org/library/ SUIVEZ-NOUS sur Twitter : @NickelInstitute

S32101

0,02

21

1,5

0,4

5

0,22

65 (450)

94 (650)

30

2304

S32304

0,02

23

4

0,3

2

0,14

58 (400)

87 (600)

25

2205

S32205

0,02

22

5

3,0

1,5

0,18

65 (450)

95 (655)

25

Acier au carbone

JOIGNEZ-VOUS À NOUS sur LinkedIn, en visitant la page du Nickel Institute.

VISIONNEZ les vidéos de la chaîne YouTube du Nickel Institute : www.youtube.com/user/NickelInstitute 1

14 | NICKEL, VOL. 37, Nº 1. 2022

UNS

ASTM A36

0,20

-

-

-

1,0

-

36 (250)

58 (400)

23

ASTM A572 Gr 50

0,20

-

-

-

1,0

-

50 (345)

65 (450)

21

Limite d’élasticité

2

Résistance à la traction

3

Allongement

Michael Orry Pearce (1934-2022) Michael Pearce nous a quittés dans sa

il a obtenu son master à l’Université

88 année le 7 janvier 2022. Il a connu

de Toronto en 1958.

une longue carrière chez Falconbridge

Tenu en haute estime par ses anciens

et a joué un rôle clé dans l’établisse-

collègues, c’était un modèle de probité

ment du Nickel Institute, comme direc-

et de courtoisie qui savait faire ressortir

teur général dès 1984, puis comme

le meilleur de chaque personne. Il laisse

e

le souvenir d’un professionnel accompli

président de 1996 à 2000. Il était notamment chargé de faire connaître le Nickel Institute dans le monde

doublé d’un mentor et d’un guide prévenant. Pour Hudson Bates, l’actuel président du Nickel Institute, « la façon

entier et d’y susciter les adhésions à

dont Michael Pearce concevait l’institut

l’organisation, où il était connu ami-

de l’industrie du nickel en 1984 a

calement sous le diminutif de M.O.P.

contribué à établir son modèle de

Ingénieur métallurgiste de son état,

fonctionnement d’aujourd’hui ».

Nouvelles publications La publication originale de l’INCO

est parue. Il s’agit d’une mine d’infor-

intitulée Austenitic chromium-nickel

mations sur les fontes Ni-Hard, connues

stainless steels – engineering proper-

pour leur extrême résistance à l’abrasion

ties at elevated temperatures (2980)

dans nombre de secteurs : extraction

vient d’être republiée. Elle présente

minière, énergie, dragage, aciéries,

les propriétés des aciers inoxydables

cimenteries, etc.

austénitiques usuels jusqu’à 1080 °C.

Ces documents de référence utiles pour

La seconde édition actualisée de la publi-

les ingénieurs, concepteurs et utilisateurs

cation intitulée Properties and appli-

finaux sont disponibles en télécharge-

cations of Ni-Hard alloys (11017)

ment sur www.nickelinstitute.org.

Codes UNS

UNS

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

C

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

S30400 p. 10, 14

0,08 max.

18,0 à 20,0

-

restant

2,00 max.

-

-

8,0 à 10,5

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30403 p. 8, 9, 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. 3, 10, 14

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. 14, 16

0,030 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. 3

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. 37, Nº 1. 2022 | 15

XAVIER PLADELLORENS

UN MONUMENT À LA FORCE HUMAINE Avec son record historique de 21 Grands Chelems de tennis en simple hommes, Rafae Nadal ne manque pas de briller, sur le court comme ailleurs.

XAVIER PLADELLORENS

Une statue étincelante inaugurée à Roland-Garros en 2021 représente Nadal dans son fameux coup droit du gauche.

Entièrement composée d’acier inoxydable au nickel de nuance 316L (UNS S31603), cette sculpture haute de 3 m, large de 4,89 m et profonde de 2 m rend hommage au joueur espagnol, qui a remporté 13 titres sur les courts en terre battue de Paris à partir de 2005.

Rafael Nadal livre ses impressions : « La statue est spectaculaire. C’est une sculpture soignée et moderne et j’en suis ravi. Il est vraiment difficile de produire une statue d’un effet aussi réel avec ce matériau. »

16 NICKEL, | NICKEL,VOL. VOL.37,37,NºNº1.1.2022 2022

vraiment à exprimer l’énergie interne de la personne que je représente. Je voulais rendre une synthèse de tous les attributs de Rafael, qui se résument à un seul : la force. Cette sculpture est en fait un monument à la force humaine ».

En se levant dès 6 h 30 et en travaillant 10 à 12 heures par jour, la réalisation de cette sculpture a pris près de huit mois.

L’œuvre est de Jordi Díez, connu pour jouer avec les limites de l’art figuratif.

En portant son regard au-delà des techniques traditionnelles pour en explorer de nouvelles, il s’est pris de passion pour l’acier inoxydable.

« L’acier inoxydable a des qualités spé-

« C’est un matériau sans limites. Il m’aide

me donne de la force. »

ciales que je respecte. Il est incolore. Il est très léger. Quand on travaille avec, on a l’impression d’échapper à la réalité. Puis vient le moment magique où on termine le travail et on est pris par surprise. Ça