Acier inoxydable (Acier inoxydable)est l'abréviation de stainless acid-resistant steel (acier inoxydable résistant aux acides), et les nuances d'acier qui résistent aux milieux faiblement corrosifs tels que l'air, la vapeur, l'eau ou qui possèdent des propriétés inoxydables sont appelées acier inoxydable.
Le terme "acier inoxydable« » ne désigne pas simplement un seul type d’acier inoxydable, mais plus d’une centaine de types d’acier inoxydable industriel, chacun présentant de bonnes performances dans son domaine d’application spécifique.
Ils contiennent tous de 17 à 22 % de chrome, et les aciers de meilleure qualité contiennent également du nickel. L'ajout de molybdène peut encore améliorer la résistance à la corrosion atmosphérique, notamment en milieu chloré.
I. Classification de l'acier inoxydable
1. Qu'est-ce que l'acier inoxydable et l'acier résistant aux acides ?
Réponse : L’acier inoxydable est l’abréviation d’acier inoxydable résistant aux acides. Il est résistant aux milieux faiblement corrosifs tels que l’air, la vapeur, l’eau ou les hydrocarbures. Les aciers inoxydables sont appelés aciers résistants aux acides.
Du fait de leur composition chimique différente, leur résistance à la corrosion diffère. L'acier inoxydable ordinaire n'est généralement pas résistant à la corrosion en milieu chimique, tandis que l'acier inoxydable est généralement inoxydable.
2. Comment classer l'acier inoxydable ?
Réponse : Selon son état d'organisation, on peut le diviser en acier martensitique, acier ferritique, acier austénitique, acier inoxydable austénitique-ferritique (duplex) et acier inoxydable à durcissement structural.
(1) Acier martensitique : haute résistance, mais faible plasticité et soudabilité.
Les nuances d'acier inoxydable martensitique les plus courantes sont 1Cr13, 3Cr13, etc. Grâce à leur teneur élevée en carbone, elles présentent une résistance mécanique, une dureté et une résistance à l'usure élevées, mais une résistance à la corrosion légèrement inférieure. Elles sont utilisées pour des applications nécessitant des propriétés mécaniques et une résistance à la corrosion élevées. On les retrouve notamment dans la fabrication de ressorts, d'aubes de turbines à vapeur et de soupapes de presses hydrauliques.
Ce type d'acier est utilisé après trempe et revenu, et un recuit est nécessaire après forgeage et estampage.
(2) Acier ferritique : 15 % à 30 % de chrome. Sa résistance à la corrosion, sa ténacité et sa soudabilité augmentent avec l’augmentation de la teneur en chrome, et sa résistance à la corrosion sous contrainte par les chlorures est meilleure que celle d’autres types d’acier inoxydable, tels que Cr17, Cr17Mo2Ti, Cr25, Cr25Mo3Ti, Cr28, etc.
Grâce à sa teneur élevée en chrome, sa résistance à la corrosion et à l'oxydation est relativement bonne, mais ses propriétés mécaniques et de mise en œuvre sont médiocres. Il est principalement utilisé pour les structures résistantes aux acides et peu sollicitées, ainsi que comme acier anti-oxydation.
Ce type d'acier résiste à la corrosion atmosphérique, à l'acide nitrique et aux solutions salines. Il présente une bonne résistance à l'oxydation à haute température et un faible coefficient de dilatation thermique. Il est utilisé dans les équipements des usines agroalimentaires et de production d'acide nitrique, et peut également servir à la fabrication de pièces fonctionnant à haute température, comme les pièces de turbines à gaz.
(3) Acier austénitique : Il contient plus de 18 % de chrome, environ 8 % de nickel et de faibles quantités de molybdène, de titane, d’azote et d’autres éléments. Il présente de bonnes performances générales et une bonne résistance à la corrosion par divers milieux.
Généralement, on adopte un traitement de mise en solution, c'est-à-dire que l'acier est chauffé à 1050-1150 °C, puis refroidi à l'eau ou à l'air pour obtenir une structure austénitique monophasée.
(4) Acier inoxydable austénitique-ferritique (duplex) : Il combine les avantages des aciers inoxydables austénitiques et ferritiques et présente une superplasticité. L’austénite et la ferrite représentent chacune environ la moitié de sa composition.
Dans le cas d'une faible teneur en carbone, la teneur en chrome est de 18 % à 28 % et celle en nickel de 3 % à 10 %. Certains aciers contiennent également des éléments d'alliage tels que le molybdène, le cuivre, le silicium, le niobium, le titane et l'azote.
Ce type d'acier combine les caractéristiques des aciers inoxydables austénitiques et ferritiques. Comparé à l'acier ferritique, il présente une plasticité et une ténacité supérieures, une absence de fragilité à température ambiante, une résistance à la corrosion intergranulaire et des performances de soudage nettement améliorées, tout en conservant la fragilité de l'acier inoxydable du corps ferreux à 475 °C. Il possède une conductivité thermique élevée et présente des propriétés de superplasticité.
Comparé à l'acier inoxydable austénitique, il présente une résistance mécanique élevée et une résistance nettement supérieure à la corrosion intergranulaire et à la corrosion sous contrainte par les chlorures. L'acier inoxydable duplex offre une excellente résistance à la corrosion par piqûres et permet également de réduire la teneur en nickel.
(5) Acier inoxydable à durcissement structural : la matrice est austénitique ou martensitique, et les nuances courantes d’acier inoxydable à durcissement structural sont 04Cr13Ni8Mo2Al, etc. Il s’agit d’un acier inoxydable qui peut être durci (renforcé) par durcissement structural (également appelé durcissement par vieillissement).
Selon sa composition, on distingue l'acier inoxydable au chrome, l'acier inoxydable au chrome-nickel et l'acier inoxydable au chrome-manganèse-azote.
(1) L'acier inoxydable au chrome présente une certaine résistance à la corrosion (acides oxydants, acides organiques, cavitation), à la chaleur et à l'usure, et est généralement utilisé comme matériau d'équipement pour les centrales électriques, les industries chimiques et pétrolières. Cependant, sa soudabilité est faible et il convient de porter une attention particulière au procédé de soudage et aux conditions de traitement thermique.
(2) Lors du soudage, l'acier inoxydable au chrome-nickel est soumis à un chauffage répété pour précipiter des carbures, ce qui réduira la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques.
(3) La résistance, la ductilité, la ténacité, la formabilité, la soudabilité, la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable au chrome-manganèse sont bonnes.
II. Problèmes complexes liés au soudage de l'acier inoxydable et introduction à l'utilisation des matériaux et des équipements
1. Pourquoi le soudage de l'acier inoxydable est-il difficile ?
Réponse : (1) La sensibilité à la chaleur de l'acier inoxydable est relativement forte, et le temps de séjour dans la plage de température de 450 à 850 °C est légèrement plus long, et la résistance à la corrosion de la soudure et de la zone affectée thermiquement sera sérieusement réduite ;
(2) sujet aux fissures thermiques ;
(3) Mauvaise protection et oxydation sévère à haute température ;
(4) Le coefficient de dilatation linéaire est élevé et il est facile de produire une grande déformation de soudage.
2. Quelles mesures technologiques efficaces peuvent être prises pour le soudage de l'acier inoxydable austénitique ?
Réponse : (1) Sélectionner strictement les matériaux de soudage en fonction de la composition chimique du métal de base ;
(2) Soudage rapide avec un faible courant, une faible énergie de ligne réduit l'apport de chaleur ;
(3) Fil de soudage de faible diamètre, baguette de soudage, sans balancement, soudage multicouche multipasse ;
(4) Refroidissement forcé du cordon de soudure et de la zone affectée thermiquement pour réduire le temps de séjour à 450-850°C ;
(5) Protection à l'argon à l'arrière de la soudure TIG ;
(6) Les soudures en contact avec le milieu corrosif sont finalement soudées ;
(7) Traitement de passivation du cordon de soudure et de la zone affectée thermiquement.
3. Pourquoi devrions-nous choisir le fil et l'électrode de soudage de la série 25-13 pour le soudage de l'acier inoxydable austénitique, de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié (soudage d'aciers dissemblables) ?
Réponse : Pour le soudage de joints soudés en acier dissemblables reliant l'acier inoxydable austénitique à l'acier au carbone et à l'acier faiblement allié, le métal de dépôt de soudure doit utiliser un fil de soudage de la série 25-13 (309, 309L) et une baguette de soudage (Austénitique 312, Austénitique 307, etc.).
Si d'autres consommables de soudage en acier inoxydable sont utilisés, une structure martensitique et des fissures à froid apparaîtront sur la ligne de fusion du côté de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié.
4. Pourquoi les fils de soudage en acier inoxydable massif utilisent-ils un gaz de protection composé de 98 % d'Ar et de 2 % d'O2 ?
Réponse : Lors du soudage MIG de fil d'acier inoxydable plein, si l'on utilise de l'argon pur comme gaz de protection, la tension superficielle du bain de fusion est élevée et la soudure est de mauvaise qualité, présentant un aspect bosselé. L'ajout de 1 à 2 % d'oxygène permet de réduire la tension superficielle du bain de fusion, et le cordon de soudure est lisse et esthétique.
5. Pourquoi la surface du fil de soudage MIG en acier inoxydable massif noircit-elle ? Comment résoudre ce problème ?
Réponse : La vitesse de soudage MIG avec un fil d'acier inoxydable massif est relativement rapide (30 à 60 cm/min). Lorsque la buse de gaz de protection atteint la zone du bain de fusion, le cordon de soudure est encore à très haute température et s'oxyde facilement au contact de l'air, formant ainsi une couche d'oxyde en surface. La soudure prend alors une couleur noire. Le décapage et la passivation permettent d'éliminer cette couche noire et de restaurer la couleur d'origine de l'acier inoxydable.
6. Pourquoi le fil de soudage en acier inoxydable massif a-t-il besoin d'une alimentation électrique pulsée pour obtenir une transition de jet et un soudage sans projections ?
Réponse : Lors du soudage MIG avec du fil d'acier inoxydable massif, fil de soudage φ1.2, lorsque le courant I ≥ 260 ~ 280A, la transition par jet peut être réalisée ; la transition par gouttelettes est un court-circuit avec une valeur inférieure et les projections sont importantes, généralement déconseillée.
Seule l'utilisation d'une alimentation MIG pulsée permet la transition de la taille des gouttelettes d'impulsion d'une petite à une grande dimension (choisissez la valeur minimale ou maximale en fonction du diamètre du fil), pour un soudage sans projections.
7. Pourquoi le fil de soudage en acier inoxydable fourré est-il protégé par du gaz CO2 au lieu d'une alimentation électrique pulsée ?
Réponse : Actuellement, on utilise couramment des fils de soudage fourrés en acier inoxydable (tels que 308, 309, etc.). La formule du flux de soudage est élaborée en fonction de la réaction chimico-métallurgique de soudage sous protection de CO2. Par conséquent, en général, l’utilisation d’une alimentation électrique pour le soudage à l’arc pulsé n’est pas nécessaire (cette alimentation nécessite généralement l’utilisation d’un mélange gazeux). Si vous souhaitez amorcer la transition de phase, vous pouvez également utiliser une alimentation électrique pulsée ou un modèle de soudage conventionnel sous protection gazeuse avec un mélange gazeux.
Date de publication : 24 mars 2023