Type de nuance d'acier pour application spécifique

Bonjour,

Je voudrais connaitre l'application de chaque nuance pour de la tuyauterie, par exemple pourquoi prendre un tube S355 au lieu d'un Inox et vice versa pour un fluide ou gaz particuliers même avec d'autre nuances telles que titane, des aciers du groupe 5?

J'espère avoir été assez clair, sinon n'hésitez pas à demander

Cordialement

bonjour Godecho, vous abordez un sujet trés vaste et relativement complexe. Quelques éléments de compréhension:
chaque nuance, fonction de sa composition chimique et de son état de livraison, a une aptitude particulière à l'usage auquel elle est destinée. A cela s'ajoute les problématiques de soudabilité.
Les aciers inoxydables sont classés selon :
les propriétés d'usage ;
la microstructure ;
les éléments d'alliage significatifs.
4.2 Classification par propriété d'usage
Aciers résistant à la corrosion
Aciers présentant une bonne résistance aux attaques localisées ou uniformes de leur environnement. À partir d'une teneur minimale en Cr de 10,5 %, la protection est assurée par la formation spontanée d'une couche d'oxyde de chrome. L'environnement peut être l'atmosphère à température ambiante (intérieur, rural, urbain, industriel, marin...) ou une solution reproduisant des conditions d'attaque électrolytique.
Aciers réfractaires
Aciers présentant une bonne résistance à l'oxydation et aux effets des gaz chauds et des produits de combustion aux températures supérieures à 550 °C. Sous atmosphère oxydante, une couche protectrice d'oxyde est produite par le Cr, le Si et l'Al contenus dans l'acier, réduisant également l'attaque par le soufre. Sous l'atmosphère réductrice, aucun oxyde n'est formé. Une augmentation de la teneur en Ni permettra de réduire les pertes de C et N. Par contre, la novicité du S contenu par l'atmosphère sera accrue.
Aciers résistants au fluage
Aciers présentant une bonne résistance à la déformation sous contrainte de longue durée à des températures supérieures à 500 °C.
4.3 Classification par microstructure
Aciers ferritiques
La ferrite (phase alpha) présente une structure atomique cubique centrée (cc), elle est magnétique et fragile en dessous de sa température de transition. La ferrite delta est une structure résiduelle (cc) de haute température et présente des caractéristiques similaires.
Les aciers ferritiques sont recuits à des températures de 750 à 950 °C pour éviter la formation d'austénite. Des traitements thermiques à plus haute température (cas des zones affectées thermiquement lors du soudage) peuvent générer de l'austénite qui se transformera en martensite au refroidissement, ou provoquer une fragilisation par grossissement du grain. Ces effets peuvent êre réduits par stabilisation du carbone et de l'azote à l'aide d'additions de Ti, Nb ou Zr.
D'une manière générale, les aciers ferritiques présentent une faible soudabilité compte tenu de la sensibilité à la corrosion et de la fragilisation par grossissement du grain des zones affectées thermiquement.
Aciers martensitiques
Le martensite formée à partir de l'austénite, par traitement thermique ou par écrouissage à froid, présente une résistance élevée, elle est magnétique.
Au-dessus de 900-1 000 °C, ces aciers présentent une structure austénitique avec une solubilité élevée du carbone. Au cours du refroidissement, l'austénite se transforme en une solution sursaturée de carbone (structure â??'), la martensite, stable à la température ambiante. Si la structure contient une grande quantité de ferrite, les aciers sont appelés « semi-ferritiques » (comme, par exemple, la nuance X12Cr13).
Les aciers martensitiques ont généralement une teneur en carbone comprise entre 0,08 et 1 %. Ils durcissent au refroidissement à l 'air, et leur résistance mécanique peut être accrue par traitement thermique de trempe. Le type de refroidissement (air, huile, eau) doit être adapté pour chacune des nuances. La ductilité peut être améliorée par un traitement thermique de revenu avant utilisation. Le soudage des aciers martensitiques est relativement difficile.
Certains aciers martensitiques sont fabriqués avec une faible teneur en carbone (C â?¤ 0,06 % et Ni = 3 à 6 %) qui conduit à une composition favorisant la présence d'austénite résiduelle après trempe et revenu. Ces aciers ont une soudabilité relativement bonne et sont appelés « martensitiques au nickel » (comme, par exemple, les nuances X3CrNiMo13-4 et X4CrNiMo16-5-1Le développement de ces aciers martensitiques à bas carbone a conduit au développement des nuances super martensitiques, offrant des alternatives pour la fabrication de conduites destinées aux installations de production de pétrole et de gaz, et dont la haute résistance mécanique est combinée avec de bonnes ténacité et soudabilité. Les compositions de ces aciers sont du type 11-13 %Cr, 2-6 %Ni, â?¤ 3 % de Mo et â?¤ 0,030 % de C et N (comme, par exemple, la nuance X2CrNiMoV13-5-2
Aciers à durcissement par précipitation
Un accroissement de la résistance mécanique après traitement thermique de trempe et revenu résulte de la précipitation de composés intermétalliques, carbures, nitrures ou phases contenant du cuivre dans la structure martensitique. Les conditions de traitement doivent être définies en fonction des propriétés souhaitées et des données fournies par le fabricant.
Aciers austénitiques
L'austénite (phase gamma) présente une structure atomique cubique face centrée (cfc), non magnétique et ductile dans une très large plage de température (des températures cryogéniques aux températures de fluage). Elle ne présente pas de domaine de fragilité. La résistance mécanique est élevée à basse température. De hauts niveaux de résistance mécanique sont obtenus après écrouissage par déformation à froid.
Les nuances austénitiques sont adoucies par remise en solution des constituants préalablement précipités dans la plage de températures 1â??000-1â??200 °C. L'austénite ne durcit pas par traitement thermique.
Ni, C, N, sont des éléments gammagènes qui favorisent la structure austénitique, alors que Cr, Mo, Si sont des éléments alphagènes qui favorisent la structure ferritique. L'addition de teneurs croissantes en azote augmente plus que toute autre la limite conventionnelle d'élasticité à 0,2 %. De plus, en raison du retard apporté par l'azote à la précipitation des composés intermétalliques, la ténacité diminue moins rapidement au cours de traitements thermiques isothermes dans le domaine de température critique où la résilience est la plus affectée.
La stabilité de la structure austénitique dépendant de la teneur en éléments d'alliage, on pourra observer une transformation martensitique par écrouissage et/ou refroidissement à basse température pour les nuances présentant des teneurs au bas des fourchettes analytiques. De telles structures sont désignées sous le terme d'« austénites métastables » (exemples : X10CrNi18-8 ou X2CrNiN18-7
Des traces de ferrite et des hautes teneurs en Cr et Mo peuvent favoriser la précipitation de la phase sigma qui est fragile. La formation de phase sigma peut s'effectuer dans la plage de température critique 600 à 900 °C.
Les nuances austénitiques stables, sans présence de ferrite, sont désignées « totalement austénitiques » et peuvent exiger des précautions spécifiques lors de la transformation ou du soudage (exemples : X1CrNiMoN25-22-2 et X1NiCrMoCu25-20-5).
Les nuances « super austénitiques » présentent une excellente résistance à la corrosion dans des environnements agressifs, en raison de hautes teneurs en Cr, Mo et N (exemples : X1CrNiMoCuN20-18-7 et X1CrNiMoCuN24-22-8
Aciers austéno-ferritiques (Duplex)
Ces aciers présentent une structure biphasée, équilibrée, avec des taux d'austénite compris entre 30 et 50 %. Leurs caractéristiques mécaniques sont supérieures à celles des aciers austénitiques et une plus forte énergie est requise pour leur déformation à froid. Ces aciers présentent, en outre, une bonne résistance à la corrosion sous contrainte.
Dans le domaine de températures 600-900 °C, il peut y avoir formation de phase sigma (et/ou d'autres phases intermétalliques), notamment à partir de la ferrite, qui entraînera une réduction de la ténacité et de la résistance à la corrosion. La transformation doit donc être réalisée au-dessus de ces températures et suivie d'un refroidissement rapide. De même, les soudures doivent être refroidies rapidement au travers de ce domaine de température.
Les aciers avec de hautes teneurs en Cr (â?¥ 24 %), Mo et N sont appelés « super duplex » (exemples : X2CrNiMoN25-7-4, X2CrNiMoCuN25-6-3, X2CrNiMoCuWN25-7-
4.4 Classification par éléments d'alliage
Chrome et nickel
Les aciers inoxydables sont des alliages Fe-Cr et Fe-Ni-Cr, contenant éventuellement des éléments d'alliage. Cr et Ni sont les éléments les plus significatifs, ils servent de base à la désignation et au classement des nuances normalisées.
Molybdène
Le Mo améliore la résistance à la corrosion, plus particulièrement à la corrosion par piqûre en milieu cloruré. Par contre, il est défavorable en milieu acide oxydant (acide nitrique par exemple) et dans les atmosphères oxydantes à haute température.
Cet élément augmente les propriétés au fluage des aciers inoxydables. C'est un élément de substitution pour le réseau cristallin, il favorise la précipitation de carbures.
Pour des maintiens prolongés au-dessus de 600 °C, on peut observer la formation de phase Laves riche en Mo ou de phase sigma stabilisée par le Mo.
Manganèse
Le Mn est ajouté comme substitut au Ni en tant qu'élément gammagène. Il accroît la solubilité de l'azote.
Azote
Élément à solubilité élevée dans les aciers inoxydables, il a un effet de durcissement de la solution solide très supérieur à celui du carbonne. Il freine la diffusion du carbone, donc la formation et la coalescence des carbures (accroissement de la résistance mécanique et de la résistance à la corrosion par piqûre).
L'azote augmente la durée de vie en fluage, mais réduit l'allongement à rupture et la vitesse de fluage secondaire. En présence de Mo, il augmente plus la durée de vie qu'il ne réduit la ductilité.
Soufre
L'addition de soufre conduit à la création de sulfures (généralement de manganèse) qui améliorent fortement l'usinabilité, mais au détriment de la déformabilité à chaud et à froid, de la soudabilité, de la ténacité et de la résistance à la corrosion.
Trois niveaux de teneurs en soufre sont normalisés pour tenir compte des propriétés recherchées :
nuances de décolletage pour lesquelles l'usinabilité est primordiale et présentant des teneurs en soufre comprises entre 0,15 et 0,35 % (exemples : X12CrS13, X46CrS13, X14CrMoS17...)
nuances standard pour lesquelles les normes fixent, en général, un maximum de teneur en soufre de 0,015 % ;
nuances à basse teneur en soufre : â?¤ 0,010 %. L'usinabilité est alors médiocre (le contrôle des oxydes a, cependant, permis une amélioration sensible).
Carbone
Dans les aciers au Cr-Ni, le carbone intervient surtout par durcissement de solution solide. Dans les aciers contenant des éléments d'alliage carburigènes, comme titane ou niobium, il intervient dans la formatin des carbures. Les carbures de chrome peuvent précipiter aux joints des grains lors d'un refroidissement lent après traitement thermique ou soudage (plage de température critique = 600-800 °C) et provoquer ainsi une sensibilisation à la corrosion intergranulaire. Pour pallier cet inconvénient, on élabore aujourd'hui, de manière fiable et économique, des nuances d'acier inoxydable à faible teneur en carbone (C â?¤ 0,030 %) afin que tout le carbone reste dans la solution solide et ne se combine pas avec le chrome pour former des carbures de chrome.
Éléments stabilisants
Pour améliorer certaines caractéristiques des aciers inoxydables (résistance à la corrosion notamment), on procède à l'addition d'éléments métalliques ayant une très grande affinité avec le carbone afin de limiter, voire d'éviter, la précipitation intergranulaire de carbures de chrome à l'origine d'une sensibilisation à la corrosion intergranulaire. Les métaux utilisés sont essentiellement des éléments de transition tels que Ti, Nb ou Zr. Leur présence conduit à la formation de carbures, nitrures ou carbonitures, de structure cubique à faces centrées.
Les nuances stabilisées présentent de bonnes caractéristiques mécaniques jusqu'à la température de 600 °C.


















A retenir :













Matériaux
TTH
SENSIBILITE

DIVERS





C -Mn

Sensibilité à la fissure à froid
Limiter l'énergie de soudage pour ne pas détériorer les RESILIENCE




Grain Fin
T + R
Sensibilité à la fissure à froid
Plus on grossit le grain, avec un temps de refroidissement long, et moins on est tenace + Sensibilité à la fissure à froid




Ac pour Cryogénique






A 0,5%Ni
N ou T+R

pour les T+R = sensible car risque de grossissement de grains avec T°C(perte de résistance et ténacité)
l'état NORMALISE facilite sa mise en ?uvre graçe à l'éffet thermique (SUR REVENU)

Qconque Procédé

A 3,5%Ni
N ou T+R

pour les T+R = sensible car risque de grossissement de grains avec T°C(perte de résistance et ténacité)
l'état NORMALISE facilite sa mise en ?uvre graçe à l'éffet thermique (SUR REVENU). Pour les T+R limiter les énergies



A 5%Ni


Limiter l'énergie de soudage pour ne pas détériorer les RESILIENCE = Fissuration à Froid




A 9%
NNR ou T+R

Attention en soudage avec MB austénitique à la fissuration à chaud.




Cr - Mo


Le but est de Tenir à chaud donc on a pas de contraite au niveau des RESILIENCE donc pas besoin de limiter l'énergie mais au contraire, il faut une energie importante pour augmenter le temps de refroidissement et ainsi éviter le risque de fissuration à froid




INOX






Inox Férritique
Recuit

Risque de grossissement des grains(fragilité), pas de possibilité de régénération, fragilisation par phase SYGMA si utilisation à chaud




Inox Martinsitique
T + R

Risque de fissuration à froid




Inox Austénoférritique (Duplex)
HT
Sensible à la fissuration à chaud.
Limiter l'énergie de soudage pour ne pas détériorer les caractéristique ( 50% Férrite et 50% Austénite ), Risque de fragilisation par phase SYGMA si utilisation à chaud




Inox Austénitique
HT
Sensible à la fissuration à chaud.
Limiter l'energie de soudage pour éviter le risque de fissuration à chaud et le risque de corrosion intergranulaire




E élevée ==> Refroidissement lent
==> Ségrégation
==> Risque de fissuration Déchromisation Locale
Ne rouille pas


Cuivre et Alliage de cuivre

Ne peut pas affiner la taille des grains : risque de grossissement .
Forte conductivité thermique donc utiliser une forte énérgie

Résiste à la corrosion
311 / TIG / MIG

Nickel et Alliage de Nickel

Sensible à la fissuration à chaud.

Merci, pour les détails sa me rappel des souvenirs, mais je voudrais savoir concrètement s'il existe des abaques pour exemple :

10bar, eau DN80/ 150 bar fioul DN25 quel acier préconiser pour la tuyauterie?.
Car pendant des constructions neuves comment font-ils pour identifier le type d'acier carbone S235 ou un 295, 355?.

bonjour,
les constructions se font sur notes de calcul selon les variables de pression, de débit et de résistance mécanique, résistance à la corrosion, à l'oxydation, au flambage.... Il se peut que certains bureaux d'études se soient équipés de bases de données croisant tous les paramètres pour obtenir la nuance adéquate mais je n'ai pas accés à ce genre de produit. A cela s'ajoute les prescr_iptions du code construction, le CODETI.
Chaque nuance métallique a un comportement propre... à faire coincider avec les contraintes de la ligne isomètrique.
Cordialement.