Sélection des alliages au nickel

SÉLECTION DES ALLIAGES AU NICKEL POUR CHOISIR LA BONNE FAMILLE

Série 400 20,8 % Duplex 1 %

Autres 0,3 %

Série 200 21,1 % Série 300 56,8 %

Part de chaque famille dans la production d’acier inoxydable (2021) Comment améliorer un produit ou le fabriquer à moindre coût sans perte de qualité ? Tout le monde pose cette question, des ingénieurs d’études aux acheteurs en passant par les directeurs de la fabrication. Elle est importante pour toute entreprise souhaitant avoir une longueur d’avance sur la concurrence. Et quand le produit fait intervenir l’acier inoxydable, les prescripteurs peuvent envisager un autre alliage, en particulier s’il est moins cher. Cela conduit souvent à envisager un matériau venant d’une autre famille d’alliages inoxydables.

Alors que faut-il prendre en compte quand on envisage de changer de famille d’alliages pour un usage particulier ?

Alliages duplex

La famille des alliages duplex (austénoferritiques) se caractérise par une limite d’élasticité et une résistance à la traction très supérieures à celles des alliages ferritiques ou austénitiques, ce qui la rend particulièrement intéressante pour réduire l’épaisseur de paroi d’un réservoir ou d’une citerne sous pression. La ductilité est moins grande, quoiqu’elle reste en général assez élevée. Mais lorsque la formabilité est importante, la plus grande résistance peut être un inconvénient. Le soudage peut aussi poser problème, non qu’il soit difficile, mais parce qu’il diffère de celui des alliages austénitiques auxquels les soudeurs sont beaucoup plus habitués. Il y a même des différences appréciables à prendre en compte pour le soudage selon la sous-famille (lean duplex, duplex standard, super duplex, etc.). La température d’utilisation prévue est également importante, car les alliages duplex présentent certaines limites. Aux températures cryogéniques, leur phase ferritique devient cassante, et à haute température (dès 270 °C), leur microstructure peut subir des modifications nuisibles. En outre, chaque sous-famille compte de nombreux alliages, ce qui crée des difficultés quand il faut se procurer un ensemble de produits de tailles et de formes différentes. Depuis l’apparition des aciers duplex alliés à l’azote, on s’attendait à une forte progression de leur part de marché, mais la complexité de leur usage fait qu’elle a stagné autour d’à peine 1 % tout au long des dix dernières années.

Série 200

Les aciers inoxydables de la série 200, qui sont complètement austénitiques, existent déjà depuis plus de 70 ans. Ils contiennent davantage de manganèse, si bien que leur teneur en nickel peut être réduite, mais pas totalement éliminée. Les aciers de série 200 produits à l’heure actuelle sont pour la plupart des alliages à faible teneur en chrome, qui en contiennent 12 % à 16 % en général. Par comparaison, les aciers de nuance 304 en contiennent au moins 17,5 %, ce qui leur confère une plus grande résistance à la corrosion. C’est donc dans les usages ne nécessitant qu’un minimum de résistance à la

corrosion que la série 200 peut convenir. Les alliages de cette série durcissent vite pendant l’écrouissage, ce qui entraîne parfois une fissuration à froid longtemps après. Ces alliages sont souvent additionnés de cuivre afin de réduire la vitesse de durcissement. Il faut donc veiller, le cas échéant, à ce que les alliages de série 200 à faible teneur en chrome sélectionnés possèdent une résistance à la corrosion adéquate et des propriétés de formage convenables.

Aciers inoxydables ferritiques

Les aciers inoxydables ferritiques sont disponibles depuis la découverte de leurs propriétés hors du commun il y a plus de 110 ans. La teneur en chrome de cette famille va du minimum absolu de 10,5 % par définition jusqu’à près de 30 %. Il s’utilise le plus souvent en tôles assez minces (≤ 4 mm), car dans les tôles plus fortes une croissance de grain extrême peut poser des problèmes, en particulier lors du soudage. De même qu’avec les aciers duplex, la phase ferritique présente des limites à basses comme à hautes températures. Beaucoup de prescripteurs sont d’abord attirés vers les alliages ferritiques par la promesse d’un moindre coût, car ils contiennent très peu ou pas de nickel. Cependant, leurs coûts de production sont généralement plus élevés que ceux des alliages austénitiques et les limites d’épaisseur, de températures d’utilisation et de soudabilité ont restreint leur adoption. En fait, depuis 2010, la part des aciers inoxydables ferritiques dans la production totale a diminué d’environ 30 %. Comme avec tout changement de matériau envisageable, il est important de bien comprendre l’incidence de chaque propriété sur la fabrication et sur l’utilisation finale. Toutefois, ces alliages se prêtent à nombre d’utilisations et s’emploient par exemple dans les tubes pour échangeur de chaleur à paroi mince, où leur faible coefficient de dilatation thermique et leur conductivité thermique un peu plus élevée peuvent être des avantages.

Si vous songez à remplacer un acier inoxydable par un autre, qu’il appartienne ou non à la même famille, le service d’information technique en ligne du Nickel Institute peut vous apporter des conseils adaptés : www.inquiries.nickelinstitute.org Faisceau tubulaire en acier inoxydable superferritique Sea-cure® (UNS S44660) utilisé pour refroidir le pétrole brut déstocké des dômes de sel où réside une partie de la réserve stratégique des États-Unis.

Les appareils soudés, tels que cette chambre à vide faisant intervenir différentes formes de produits, un large éventail d’épaisseurs de métal et un fini de surface finement poli, sont plus faciles à produire à partir d’aciers inoxydables austénitiques de la série 300.