Analysé en termes de composition, l'acier inoxydable est un alliage composé d'une grande quantité de chrome, généralement pas moins de 11% en masse. Le chrome est responsable de la résistance à la corrosion, donc toute augmentation de chrome rendra le métal plus résistant à la corrosion. Il est esthétique, facile à produire, à nettoyer et à entretenir, et respectueux de l'environnement, ce qui en fait un choix de premier ordre pour les composants pour l'architecture, les automobiles et de nombreux autres produits.
Dans le moulage de précision, le moulage d'acier inoxydable est la solution la plus rentable pour les composants métalliques utilisés dans les machines alimentaires, les équipements médicaux, l'industrie pétrolière et d'autres applications.
Pourquoi couler de l'acier inoxydable?
La coulée d'acier inoxydable est une excellente méthode pour créer des composants complexes en acier inoxydable. Des pièces en acier inoxydable de précision peuvent être produites pour une variété d'industries, y compris l'automobile, les machines alimentaires, le pétrole et le gaz, le médical, etc., en utilisant la technique de moulage à la cire perdue. Alors pourquoi couler de l'inox ?
Le moulage à la cire perdue en acier inoxydable peut réduire le travail d'usinage et ne doit laisser qu'une petite tolérance d'usinage dans les zones difficiles car il a une excellente précision dimensionnelle et un poli de surface. Certaines pièces moulées en acier inoxydable, en revanche, ont une structure en forme de filet et peuvent être utilisées directement. Pour cette raison, l'utilisation de la méthode de coulée d'acier inoxydable peut réduire considérablement le besoin d'équipement de traitement mécanique et le temps de traitement, ainsi que les matières premières.
La possibilité de couler une gamme de différentes qualités de pièces compliquées, y compris l'acier inoxydable duplex, est un autre avantage de la technique de coulée de l'acier inoxydable. Par exemple, l'usinage mécanique est difficilement utilisable pour fabriquer des collecteurs d'échappement en acier inoxydable. En plus de la fabrication par lots, qui assure la régularité de la coulée, en utilisant le technique de coulée d'acier inoxydable peut également empêcher la concentration de contraintes des motifs de coupe restants après l'usinage.
Différence entre les différentes nuances d'acier inoxydable coulé
De nombreux types d'acier inoxydable conviennent à la coulée, chacun avec ses propriétés et ses caractéristiques uniques. Certains des types d'acier inoxydable les plus courants comprennent :
- Acier inoxydable austénitique : Ce type d'acier inoxydable contient des niveaux élevés de chrome et de nickel, ce qui le rend très résistant à la corrosion et durable. Il est également non magnétique et présente une bonne formabilité et soudabilité. Des exemples d'acier inoxydable austénitique comprennent les séries AISI 200 et 300.
- Acier inoxydable ferritique : Ce type d'acier inoxydable contient des niveaux élevés de chrome, mais de faibles niveaux de nickel. Il a une bonne résistance à la corrosion mais n'est pas aussi durable que l'acier inoxydable austénitique. Il est également magnétique et a une bonne formabilité, mais une soudabilité limitée. Des exemples d'acier inoxydable ferritique comprennent 430, 444, 409 et 439.
- Acier inoxydable martensitique : Ce type d'acier inoxydable contient des niveaux élevés de carbone et est connu pour sa résistance et sa dureté élevées. Il est également magnétique et possède une bonne formabilité et soudabilité. Cependant, il n'est pas aussi résistant à la corrosion que l'acier inoxydable austénitique ou ferritique. Des exemples d'acier inoxydable martensitique comprennent 410, 420, 431, 440 et 416.
- Acier inoxydable duplex : Ce type d'acier inoxydable est une combinaison d'acier inoxydable austénitique et ferritique, combinant la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable austénitique avec la résistance et la durabilité de l'acier inoxydable ferritique. Il est également non magnétique et présente une bonne formabilité et soudabilité. Des exemples d'acier inoxydable duplex incluent 2205, 2304 et 2507.
- Acier inoxydable à durcissement par précipitation : Ce type d'acier inoxydable est traité thermiquement pour augmenter sa résistance et sa dureté. Il a une bonne résistance à la corrosion et est non magnétique, mais sa formabilité et sa soudabilité sont limitées. Des exemples d'acier inoxydable à durcissement par précipitation comprennent le 17-4 PH et le 13-8 PH.
Maintenant, regardons plus en profondeur à l'intérieur d'eux.
Pièces moulées en acier inoxydable austénitique
L'acier inoxydable austénitique est l'une des cinq classes d'acier inoxydable par structure cristalline (avec les 4 autres types que nous avons mentionnés ci-dessus). Sa structure cristalline primaire est l'austénite (cubique à faces centrées) et elle empêche les aciers d'être durcissables par traitement thermique et les rend essentiellement non magnétiques.
L'acier inoxydable austénitique contient au moins 10,5% et 8 à 12% de nickel, la structure est obtenue en ajoutant suffisamment d'éléments stabilisateurs d'austénite tels que le nickel, le manganèse et l'azote. Le chrome est ce qui donne à l'acier sa haute résistance à la corrosion, tandis que l'azote est un agent raidissant.
Il existe deux sous-groupes d'acier inoxydable austénitique. Les aciers inoxydables de la série 300 obtiennent leur structure austénitique principalement par un ajout de nickel tandis que les aciers inoxydables de la série 200 substituent le manganèse et l'azote au nickel, bien qu'il y ait encore une petite teneur en nickel.
Les aciers inoxydables de la série 300 constituent le sous-groupe le plus important. L'acier inoxydable austénitique le plus courant et le plus courant de tous les aciers inoxydables est le type 304, également connu sous le nom de 18/8 ou A2. Le type 304 est largement utilisé dans des articles tels que les ustensiles de cuisine, les couverts et les équipements de cuisine. Le type 316 est le deuxième acier inoxydable austénitique le plus courant. Certaines séries 300, comme le Type 316, contiennent également du molybdène pour favoriser la résistance aux acides et augmenter la résistance aux attaques localisées.
| Numéro Euronorm (EN) | Une désignation | Qualité AISI | C | Cr | mois | Dans | Autres | Fond à | Remarque |
| 1.431 | X10CrNi18-8 | 301 | 0.1 | 17.5 | N.-É. | 8 | N.-É. | 1420 | Pour les ressorts |
| 1.4301 | X5CrNi18-10 | 304 | < 0.07 | 18.5 | N.-É. | 9 | N.-É. | 1450 | Une nuance d'acier inoxydable austénitique très courante |
| 1.4307 | X2CrNi18-9 | 304L | < 0.030 | 18.5 | N.-É. | 9 | N.-É. | 1450 | Comme ci-dessus mais non sensible à la corrosion intergranulaire grâce à une teneur en C plus faible. |
| 1.4305 | X8CrNiS18-9e | 303 | < 0.10 | 18 | N.-É. | 9 | 0.3 | 1420 | Du soufre est ajouté pour améliorer l'usinabilité. |
| 1,4541 | X6CrNiTi18-10 | 321 | < 0.08 | 18 | N.-É. | 10.5 | Si : 5×C ≤ 0,70 | 1425 | Identique à la nuance 1.4301 mais non sensible à la corrosion intergranulaire grâce au Ti qui « piège » C. |
| 1.4401 | X5CrNiMo17-12-2 | 316 | < 0.07 | 17.5 | 2.2 | 11.5 | N.-É. | 1400 | Deuxième nuance austénitique la plus connue. Mo augmente la résistance à la corrosion. |
| 1.4404 | X2CrNiMo17-12-2 | 316L | < 0.030 | 17.5 | 2.25 | 11.5 | N.-É. | 1400 | Comme ci-dessus mais non sensible à la corrosion intergranulaire grâce à une teneur en C plus faible. |
| 1,4571 | X6CrNiMoTi17-12-2 | 316Ti | < 0.08 | 17.5 | 2.25 | 12 | Si : 5×C ≤ 0,70 |
L'ajout d'azote plus élevé dans la série 200 leur confère une résistance mécanique supérieure à celle de la série 300.
Pièces moulées en acier inoxydable ferritique
Les aciers inoxydables ferritiques sont le deuxième type d'acier inoxydable le plus utilisé après l'acier inoxydable austénitique. Ils contiennent une forte proportion de ferrite, qui est une solution solide de fer avec une structure cristalline cubique centrée. Il a un point de fusion inférieur et un coût inférieur à celui de l'acier inoxydable austénitique. Il est également magnétique. Par rapport aux types austénitiques, ceux-ci sont moins trempables à froid, moins soudables et ne doivent pas être utilisés à des températures cryogéniques. Certains types, comme le 430, ont une excellente résistance à la corrosion et sont très tolérants à la chaleur.
Ils contiennent 11% à 27% de chrome et de petites quantités de stabilisants de ferrite, tels que le niobium et le titane. Les alliages ferritiques présentent un comportement ferromagnétique jusqu'à une température appelée point de Curie (650 °C – 750 °C), au-delà de laquelle les matériaux perdent leurs propriétés magnétiques permanentes.
La structure du grain BCC des alliages ferritiques, qui est la même que celle du fer pur à température ambiante, est la raison de sa nature magnétique. Les aciers inoxydables ferritiques, similaires aux aciers inoxydables austénitiques, ne peuvent pas être renforcés par traitement thermique.
| Numéro Euronorm (EN) | Qualité AISI | C | Cr | Mn | Dans | Autres | Fond à |
| 1,4512 | 409 | 00,06 % | 10,5 – 11,7 % | 1% | 0.50 % | 1375 – 1450°C | |
| 1.4016 | 430 | 00,04 % | 16 – 18 % | 1% | N.-É. | et 1% | 1375 – 1450°C |
| 1.4000 | 405 | 00,08 % | 11,5 – 14,5 % | 1% | 0.60% | 1375 – 1450°C | |
| 1,4113 | 434 | 0.12% | 16 – 18 % | 1% | 1,00 % | Mo 0,75 – 1,25 % | 1375 – 1450°C |
| 1,4521 | 444 | 00,03 % | 17,5 – 19,5 % | 1% | 1,00 % | Mois 1,75 – 2,5 % | 1375 – 1450°C |
Les aciers inoxydables ferritiques ne sont pas aussi résistants à la corrosion que les aciers austénitiques, mais ils possèdent tout de même une très bonne résistance à la corrosion et à l'oxydation. Ils ont une bonne résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte et ils ont généralement de meilleures propriétés techniques, y compris la ductilité et la formabilité, que les alliages austénitiques. Bien que les alliages ferritiques soient soudables, certains problèmes tels que la fissuration le long des zones affectées par la chaleur existent.
Pièces moulées en acier inoxydable martensitique
L'acier inoxydable martensitique est un type d'alliage d'acier inoxydable qui a une structure cristalline de martensite. Ils contiennent généralement entre 11,5 et 18 % de chrome et jusqu'à 1 % de carbone et d'autres éléments, tels que le nickel, le sélénium, le phosphore, le vanadium et le soufre sont ajoutés en différentes qualités pour obtenir des propriétés spécifiques. Ces aciers ont une structure cubique face centrée (FCC) à haute température.
Ils ont été développés principalement pour répondre aux exigences de propriété en matière de dureté, de haute résistance, de résistance à l'usure et de résistance à la corrosion. Ils sont également ferromagnétiques, ce qui signifie qu'ils peuvent conserver leurs propriétés magnétiques après le retrait du champ magnétique. Contrairement aux aciers inoxydables ferritiques et austénitiques, ils peuvent être trempés et revenus par vieillissement et traitement thermique. Cependant, en raison de leur teneur en chrome relativement plus faible, les aciers inoxydables martensitiques ne sont pas aussi résistants à la corrosion que les aciers inoxydables ferritiques ou austénitiques.
Les aciers inoxydables martensitiques constituent la série 400 des aciers inoxydables. Le grade 410 est le grade de base et aussi le plus couramment utilisé. Il contient généralement 11,5 à 13 % de chrome, 0,15 % de carbone et 0,1 % de manganèse et est utilisé dans des applications telles que les aubes de turbine à gaz et la coutellerie. 416 est une autre note populaire. Il contient plus de chrome et de manganèse avec un ajout de molybdène et de soufre/sélénium, et il est utilisé pour fabriquer des vis et des engrenages.
| Une désignation | Numéro Euronorm (EN) | Qualité AISI | C | Cr | mois | Autres | Remarques |
| X12Cr13 | 1.4006 | 410 | 0.12 | 12.5 | — | — | Nuance de base, utilisée comme acier inoxydable |
| X20Cr13 | 1.4021 | 420 | 0.2 | 13 | — | — | Nuance de base, utilisée comme acier inoxydable |
| X50CrMoV15 | 1,4116 | – | 0.5 | 14.5 | 0.65 | V : 0,15 | Utilisé principalement pour les couteaux professionnels |
| X14CrMoS17 | 1.4104 | 430F | 0.14 | 16.5 | 0.4 | S : 0,25 | Le soufre améliore l'usinabilité |
| X39CrMo17-1 | 1,4122 | – | 0.4 | 16.5 | 1.1 | — | Utilisé principalement pour les couteaux professionnels |
| X105CrMo17 | 1,4125 | 440C | 1.1 | 17 | 0.6 | — | Nuance d'acier à outils (440C), haute résistance à l'usure |
| X17CrNi16-2 | 1,4057 | 431 | 0.17 | 16 | — | À: 2.00 | Ni replaces some C for higher ductility & toughness |
| X4CrNiMo16-5-1 | 1,4418 | – | ≤ 0,06 | 16 | 1.1 | À: 2.00 | La plus haute résistance à la corrosion du martensitique |
| X5CrNiCuNb16-4 | 1,4542 | 630 (17-4PH) | ≤ 0,07 | 16 | – | À: 4.00 Cu : 4,00 Nb : 5xC à 0,45 |
Degré de durcissement par précipitation. Haute résistance. Utilisé dans l'aérospatiale. |
Pièces moulées en acier inoxydable duplex
Les aciers inoxydables duplex tirent leur nom de leur microstructure à deux phases, ferrite et austénite dans des proportions à peu près égales. Bien que les rapports exacts varient selon la nuance, la plupart des aciers duplex ont une structure composée d'environ 50 % d'austénite et 50 % de ferrite. Cela leur permet de bénéficier des avantages des aciers inoxydables austénitiques et ferritiques, entraînant une résistance accrue, une soudabilité améliorée, une ténacité plus élevée et une résistance à plusieurs types de corrosion. Commercialement, ils sont également moins chers que les aciers inoxydables austénitiques en raison de leur faible teneur en nickel.
À des températures élevées, la phase de ferrite relativement instable dans les aciers duplex est convertie en la phase indésirable α '(alpha prime), ce qui entraîne une diminution de leurs propriétés mécaniques, telles que la résistance et la ténacité, ainsi que de leur résistance à la corrosion.
Les principales différences de composition, par rapport à l'acier inoxydable austénitique, sont que les aciers duplex ont une teneur en chrome plus élevée, 20 à 28%; molybdène supérieur, jusqu'à 5%; moins de nickel, jusqu'à 9% et 0,05–0,50% d'azote. La faible teneur en nickel et la haute résistance (permettant d'utiliser des sections plus minces) offrent des avantages de coût significatifs. Ils sont donc largement utilisés dans l'industrie pétrolière et gazière offshore pour les systèmes de canalisations, les collecteurs, les conduites montantes, etc., et dans l'industrie pétrochimique sous la forme de pipelines et de réservoirs sous pression.
Au début du développement de l'acier inoxydable duplex, il n'y avait que quelques nuances, la plus populaire d'entre elles étant l'acier inoxydable duplex UNS S31803. Par la suite, le développement de nouveaux grades a commencé, et ils ont été déterminés par leur application finale, qui peut être classée en deux types principaux :
- Les aciers inoxydables hyper-duplex et super-duplex ont été créés pour fonctionner dans des environnements très corrosifs, mais en mettant moins l'accent sur leur résistance
- Aciers inoxydables duplex maigres et standard, qui mettaient davantage l'accent sur une résistance accrue et devaient être utilisés dans des environnements légèrement corrosifs tels que les applications structurelles.
Ces catégories sont désormais identifiées par le nombre d'équivalence de résistance aux piqûres (PREN) qui est calculé par une formule basée sur la composition des aciers inoxydables duplex.
PREN=%Cr+3.3×%Mo+16×%N
| Désignation de l'acier | Nombre | C, maxi. | Et | Mn | P, max. | S, max. | N | Cr | Cu | mois | Dans | Autre |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| X2CrNiN22-2 | 1.4062 | 0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.04 | 0.010 | 0.16 à 0.28 | 21.5 à 24.0 | – | ≤0,45 | 1.00 à 2.90 | – |
| X2CrCuNiN23-2-2 | 1,4669 | 0.045 | ≤1.00 | 13h00 à 15h00 | 0.04 | 0.030 | 0.12 à 0.20 | 21.5 à 24.0 | 13h60 à 15h00 | ≤0,50 | 13h00 à 15h00 | – |
| X2CrNiMoSi18-5-3 | 1,4424 | 0.03 | 1.40 à 2.00 | 1.20 à 2.00 | 0.035 | 0.015 | 0.05 à 0.10 | 18.0 à 19.0 | – | 2,5 à 3,0 | 4.5 à 5.2 | – |
| X2CrNiN23-4 | 1,4362 | 0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | 0.05 à 0.20 | 22,0 à 24,5 | 0.10 à 0.60 | 0.10 à 0.60 | 3,5 à 5,5 | – |
| X2CrMnNiN21-5-1 | 1,4162 | 0.04 | ≤1.00 | 4.0 à 6.0 | 0.040 | 0.015 | 0.20 à 0.25 | 21.0 à 22.0 | 0.10 à 0.80 | 0.10 à 0.80 | 1,35 à 1,90 | – |
| X2CrMnNiMoN21-5-3 | 1,4482 | 0.03 | ≤1.00 | 4.0 à 6.0 | 0.035 | 0.030 | 0.05 à 0.20 | 19.5 à 21.5 | ≤1.00 | 0.10 à 0.60 | 1,50 à 3,50 | – |
| X2CrNiMoN22-5-3 | 1,4462 | 0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | 0.10 à 0.22 | 21.0 à 23.0 | – | 2,50 à 3,50 | 4,5 à 6,5 | – |
| X2CrNiMnMoCuN24-4-3-2 | 1,4662 | 0.03 | ≤0.70 | 2,5 à 4,0 | 0.035 | 0.005 | 0.20 à 0.30 | 23,0 à 25,0 | 0.10 à 0.80 | 1.00 à 2.00 | 3.0 à 4.5 | |
| X2CrNiMoCuN25-6-3 | 1,4507 | 0.03 | ≤0.70 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | 0.20 à 0.30 | 24,0 à 26,0 | 1.00 à 2.50 | 3.0 à 4.0 | 6,0 à 8,0 | – |
| X3CrNiMoN27-5-2 | 1,4460 | 0.05 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | 0.05 à 0.20 | 25,0 à 28,0 | – | 13h30 à 2h00 | 4,5 à 6,5 | – |
Acier inoxydable à durcissement par précipitation
L'acier inoxydable à durcissement par précipitation (PH) est similaire à d'autres aciers inoxydables et alliages à base de nickel, à une exception près : il est renforcé par un processus de traitement thermique qui consiste à faire vieillir l'acier à haute température. Au cours de ce processus, de petits précipités d'éléments durcissants se forment dans la matrice d'acier, ce qui augmente la résistance et la dureté du matériau.
L'acier inoxydable PH est généralement fabriqué à partir d'une combinaison d'acier inoxydable austénitique et ferritique. La phase ferritique offre une résistance à la corrosion, tandis que la phase austénitique assure la formabilité et la ductilité. En ajoutant des éléments tels que le cuivre, l'aluminium, le phosphore ou le titane à l'acier et en le traitant thermiquement, la résistance à la traction et à l'élasticité du matériau peut être considérablement augmentée.
L'acier inoxydable PH est connu pour sa haute résistance et sa bonne résistance à la corrosion, ce qui le rend adapté à diverses applications, telles que les composants aérospatiaux, les systèmes de défense et les pièces automobiles. Il est également résistant à la fissuration par corrosion sous contrainte, ce qui en fait un bon choix dans les environnements à haute pression et à haute température.
La famille des aciers inoxydables à durcissement par précipitation peut être divisée en trois types principaux - martensitique à faible teneur en carbone, semi-austénitique et austénitique - les compositions typiques de certains des aciers sont données dans le tableau suivant.
| spécification | Nom commun | Taper | Analyse chimique typique % | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Mn | Cr | Dans | mois | Cu | Al | De | Autres | |||
| A693 Tp630 | 17/4PH | martensitique | 0.05 | 0.75 | 16.5 | 4.25 | – | 4.25 | – | – | nb 0,3 |
| FV 520 | austénitique-martensitique | 0.05 | 0.6 | 14.5 | 4,75 | 1.4 | 1.7 | – | – | nb 0,3 | |
| A693 Tp631 | 17/7PH | austénitique-martensitique | 0.06 | 0.sept | 17h25 | 7.25 | – | – | 1.25 | – | – |
| PH 15/7 Mo | austénitique-martensitique | 0.06 | 0.sept | 15.5 | 7.25 | 2.6 | – | 1.3 | – | – | |
| Un 286 | austénitique | 0.04 | 1,45 | 15h25 | 26,0 | 1.25 | – | 0.15 | 2.15 | V 0,25 B 0,007 |
|
| JBK75 | austénitique | 0.01 | 0.04 | 14.75 | 30,5 | 1.25 | – | 0.30 | 2.15 | V 0,25 B 0,0017 |
|
| 17/10P | austénitique | 0.07 | 0.75 | 17.2 | 10.8 | P 0,28 | |||||
Le processus de durcissement se compose généralement de trois étapes principales. Tout d'abord, le métal doit subir un traitement de mise en solution. Dans cette étape, le métal sera chauffé à une température élevée pour dissoudre tous les précipités et agents d'alliage dans la solution sursaturée. Une plage de température typique est de 1800° à 1950°F et peut être réalisée en conjonction avec un processus de laminage à chaud.
Ensuite, le métal subira une étape de trempe pour le refroidir à température ambiante. Cela peut être fait dans l'air, l'huile ou l'eau à une vitesse suffisamment rapide pour provoquer une sursaturation de la solution solide. Un refroidissement lent est plus susceptible de produire une taille de grain plus grossière qu'un refroidissement rapide. En général, plus la granulométrie est fine, meilleures sont les propriétés de l'alliage fini.
La troisième étape est appelée durcissement par précipitation (ou vieillissement). La solution solide sursaturée se décomposera sous forme de petits amas de précipités, renforçant considérablement le métal. Pour les aciers inoxydables, ce processus consiste à maintenir le métal à une température élevée constante pendant un certain temps, puis à le refroidir à l'air à température ambiante.
Bien que les alliages PH soient plus complexes sur le plan métallurgique, ils ne sont pas nécessairement plus coûteux que de nombreux alliages non durcissants par vieillissement. En fait, les performances peuvent être nettement supérieures à celles de tels alliages sans perte de coût. Bien que la résistance à la corrosion diminue (ou puisse augmenter) au cours du cycle de vieillissement, il s'agit d'une très petite quantité.
Ressources:
https://en.wikipedia.org/wiki/Austenitic_stainless_steel
https://en.wikipedia.org/wiki/Duplex_stainless_steel
https://www.unifiedalloys.com/blog/what-is-duplex-stainless
https://www.ulbrich.com/blog/precipitation-hardening-stainless-steel-alloys-guide/
https://www.twi-global.com/technical-knowledge/job-knowledge/precipitation-hardening-stainless-steels-102
