D AACIEERRSS INOOXXYYDDAABBLLEESS U P AU US ... · PDF fileversion 01 du 21 juillet 2009 - 3 -...

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AACCIIEERRSS IINNOOXXYYDDAABBLLEESS

AAUUSSTTEENNOOFFEERRRRIITTIIQQUUEESS

DDUU

PPLLEE

XX


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TTaabbllee ddeess mmaattiièèrreess

Table des matières ------------------------------------------------------------- 2

Préambule ----------------------------------------------------------------------- 3

Principales applications -------------------------------------------------------- 4

Analyses et normes de référence --------------------------------------------- 6

1. Analyses --------------------------------------------------------------------- 6

2. Normes de référence ------------------------------------------------------- 7

2.1. Equivalences normatives --------------------------------------------------------- 7

2.2. Textes normatifs associés -------------------------------------------------------- 7

Propriétés physiques ----------------------------------------------------------- 8

Traitements thermiques et Structure ---------------------------------------- 10

Mise en solution --------------------------------------------------------------- 11

Transformations structurales ------------------------------------------------- 11

Propriétés mécaniques -------------------------------------------------------- 13

Forgeage ----------------------------------------------------------------------- 18

Usinage ------------------------------------------------------------------------- 19

Soudage ------------------------------------------------------------------------ 20

Résistance à la corrosion : exemples d’utilisation des duplex ------------- 21

1. Introduction sur la résistance à la corrosion des nuances duplex ----- 21

2. Utilisations des duplex dans l’industrie chimique & papetière --------- 23

3. Utilisation des duplex dans le bâtiment : exemple des ronds à béton 30

4. Utilisation des duplex en pétrochimie : problèmes de corrosion sous contrainte. --------------------------------------------------------------------- 31

Compléments d’informations ------------------------------------------------- 33


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PPrrééaammbbuullee

Les conditions de service dans certains environnements très agressifs conduisent souvent à préconiser des aciers inoxydables à forte teneur en chrome et en molybdène, éléments majeurs vis à vis de la résistance à la corrosion.

Depuis plusieurs décennies, les aciers inoxydables austénoferritiques ou « duplex » occupent des parts croissantes du marché.

Longtemps cantonnés dans la production quasi exclusive de pièces moulées puis forgées, les aciers duplex sont désormais disponibles dans une très large gamme de produits longs ou plats laminés.

Leurs remarquables propriétés d’emploi, alliant des caractéristiques mécaniques élevées, une résistance à la corrosion souvent exceptionnelles et leur intérêt économique – lié à leur faible teneur en nickel –les rend attractifs dans les industries traditionnellement consommatrice de nuances très alliées :

Industrie de la cellulose et de la pâte à papier ;

Industrie pétrolière ;

Traitement des déchets et des effluents ;

Chimie minérale des dérivés phosphoriques et sulfuriques ;

Industries du bâtiment (voir notice technique spécifique)…

Cette notice technique a pour objectif d’aider l’utilisateur dans le choix des nuances Duplex et de lui indiquer quelques conseils de mise en œuvre.

Afin d’être le plus complet possible, nous nous sommes efforcés de comparer ces produits à des inox de référence bien connus :

4404 (316L) et sa variante UGIMA® à usinabilité améliorée.

4539 (904L), nuance «superausténitique», qui constitue la référence dans les milieux fortement chlorurés (saumures, traitement de l’eau de mer) où les risques de corrosion localisée – par piqûre ou confinement caverneux – sont importants.


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PPrriinncciippaalleess aapppplliiccaattiioonnss

Si la plupart des aciers duplex sont bien connus et largement utilisés dans les industries chimiques et pétrolières, leur utilisation s’étend rapidement aux industries « vertes » associées à la dépollution des eaux et des sols ou au traitement des déchets.

L’application de mesures sanitaires de plus en plus draconiennes dans l’industrie agro-alimentaire et la santé s’accompagne d’une sévérisation des milieux chimiques de désinfection : un certain nombre d’incidents de corrosion rencontrés sur les nuances traditionnelles (1.4307, 1.4404) ne pourront trouver d’issue que dans une évolution vers des solutions plus « nobles » mieux adaptées telles que les nuances Duplex.

Dans le domaine des produits longs inox, on s’intéressera plus particulièrement aux pièces d’assemblage ou aux pièces mécaniques entrant dans les ensembles chaudronnés, les circuits de fluides ou les structures :

Boulonnerie Câbles et tirants

Filtres Crochets de manutention

Chaînes Mixeurs, mélangeurs

Supports de capteurs Pièces mécaniques diverses

Robinetterie Raccords et brides

Arbres de pompes

Bâtiment et TP

Vérins

Armatures, ancrages

Les aciers inoxydables Duplex sont particulièrement recommandés dans les industries et applications dont la liste, sans être exhaustive, est rappelée ci-dessous :

Synthèse du PVC et des polymères chlorés ;

Acide phosphorique et dérivés (engrais, explosifs) ;

Acide sulfurique et dérivés ;

Traitement de la cellulose et le pâte à papier ;

Blanchiment des fibres textiles ;

Forage et extraction ;

Off-shore ;

Raffinage ;

Équipements d’usines marémotrices ;

Chimie

Pétrole

Energie


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Centrales nucléaires à eau de mer ;

Éoliennes off-shore ;

Production d’eau douce par dessalement ;

Équipements de thalassothérapie ;

Pisciculture ;

Travaux sous-marins ;

Équipements nautiques ;

Ancrages ;

Armatures pour béton ; (voir notice spécifique)

Équipements de dialyse ;

Thermalisme ;

Désinfection et stérilisation ;

Traitement des eaux ;

Traitement des effluents et déchets ;

Saumures (fromages et charcuterie) ;

Moutarderie et vinaîgrerie ;

Vinicole (traitement par les sulfites) ;

Eau de mer

Bâtiment - TP

Santé

Environnement

Agro-alimentaire


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AAnnaallyysseess eett nnoorrmmeess ddee rrééfféérreennccee

1. Analyses

Les analyses des nuances Duplex sont rappelées dans le Tableau 1 ; dans la suite du document, les propriétés seront comparées à celles du standard UGI 4404 (316L) ou Ugima® 4404 (variante à usinabilité améliorée) , considérée comme le minimum à prévoir en milieu corrosif sévère) et, pour la référence haute, à celles de la nuance superausténitique UGI 4539 (904L).

Tableau 1 : Analyses

Nuance C Si Mn Ni Cr Mo S P Cu N

UGI 4404 Ugima® 4404

0,03

1 2 10 11

16,5 17,5

2 2,5

0,015 0,030

0,040 - -

Ugima® 4460

0,03

0,75

1 4,5 5

26 27

1,3 1,8

0,005 0,025

0,035

- 0,05 0,2

UGI 4362 (UGI 35N)

0,03

1,0 2 3,5

5,5

22

24

0,1

0,6

0,015

0,035

0,1

0,6

0,05

0,2

UGI 4462 (UGI 45N)

0,03

0,75

1 2

5 6

22 23

2,5 3,5

0,01 0,035

- 0,11 0,22

UGI 4507 (UGI 52N+)

0,03

0,7 1,5 6 7

24,5 26

3,3 4

0,01

0,035

1,2 2

0,15 0,30

UGI 4539 (UGI 904L)

0,03

1 2 24 25

19 20

4 5

0,01 0,025 1,2 2

0,15


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2. Normes de référence

2.1. Equivalences normatives

UGI EN 10088

Numérique

EN 10088

Alphanumérique

AISI UNS & autres

UGI / Ugima® 4404 1.4404 X2 CrNiMo 17-12-2 316L UNS S31603

Ugima® 4460 1.4460 X3 CrNiMoN 27-5-2 329 SUS 329J1

SIS 2324

UGI 4362 (35N) 1.4362 X2 CrNi 23-04 - UNS S32304

UGI 4462 (45N) 1.4462 X2 CrNiMoN 22-5-3 ASTM A 182-F51

UNS S31803

UNS S32205

SIS 2377

SUS 329532

UGI 4507 (52N+) 1.4507 X2 CrNiMoCuN 25-6-3 ASTM A 479

UNS S32550

SUS 39542

UGI 4539 (904L) 1.4539 X1 NiCrMoCu 25-20-5 904L UNS N08904

2.2. Textes normatifs associés

EN 10088-1 Aciers inoxydables – Liste des aciers inoxydables

EN 10088-3 Aciers inoxydables – Demi-produits, barres, fils machine, fils tréfilés, profils et produits transformés à froid en acier résistant à la corrosion pour usage général et construction.

EN 10272 Barres en acier inoxydable pour appareils à pression

ASTM A276 Stainless and heat-resisting bars/shapes

ASTM A479 / ASME SA 479 Stainless steel bars for boilers and other pressure vessels

NACE MR0175

NF XP A 35-014

Sulphide stress cracking resistant material for oil field equipment

Aciers pour béton armé: barres et couronnes lisses, à verrous ou à empreintes en acier inoxydable


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PPrroopprriiééttééss pphhyyssiiqquueess

Tableau 2 : Propriétés physiques

Symbole Unité Température Valeur

4404 4460 4362 4462 4507 4539

Densité d Sans dimension

4°C 7,9 7,9 7,8 7,8 7,9 8,05

Chaleur spécifique

c J.kg.°C 20°C 500 500 490 400 500 500

Conductivité thermique

k W/m.°C 20°C 15 15 17 16 17 14

Coefficient de dilatation linéaire

10-

6m/m.°C 20 à 100°C

20 à 300°C

19

20

13

13,5

13

14

13

14

12,5

13,5

15,1

16,8

Résistivité électrique

µ.cm 20°C 76 80 80 70 80 80

Module d’élasticité longitudinal

E MPa.103 20°C 200 200 200 200 205 205

Coefficient de Poisson

Sans dimension

20°C 0,30 0,30 0,30 0.30 0,28 0,28

La comparaison des propriétés physiques met en évidence le coefficient de dilatation plus faible et la conductivité thermique supérieure des Duplex.

Figure 1 : Comparaison de la conductivité thermique entre les aciers inoxydables austénitiques et les duplex (comparaison des valeurs moyennes)


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10

12

14

16

18

20

22

24

0 100 200 300 400 500 600

Température °C

Co

nd

ucti

vté

th

erm

iqu

e e

n W

/m

.°C

Austénitique Duplex


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TTrraaiitteemmeennttss tthheerrmmiiqquueess eett SSttrruuccttuurree

Toutes les nuances référencées sont utilisées à l’état mis en solution dans les conditions décrites sur la Figure 2a.

Figure 2a : Consignes de mise en solution en fonction de la nuance

940

960

980

1000

1020

1040

1060

1080

1100

1120

1140

1160

1180

Te

mpéra

ture

(°C

)

T°C min 1025 1030 950 1030 1040 1075

T°C max 1100 1100 1050 1100 1120 1150

Ugine 4404 Ugima 4460 Ugine 4362 Ugine 4462 Ugine 4507 Ugine 4539

Mise en solution


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MMiissee eenn ssoolluuttiioonn

La structure des aciers Duplex après mise en solution est biphasée Ferrite + austénite, avec un pourcentage de ferrite - adapté en vue de l’optimisation des propriétés mécaniques et de la résistance à la corrosion - compris entre 40 et 70% suivant les nuances.

Les pourcentages respectifs d’austénite et de ferrite sont susceptibles de varier en fonction du taux de corroyage et de la température de traitement thermique.

Figure 3 : Structures des aciers austénitiques et Duplex

Acier austénitique Acier Duplex

Transformations structurales

Par rapport aux aciers austénitiques standards (1.4307, 1.4404), les nuances Duplex sont susceptibles de subir diverses transformations structurales en fonction de la température.

La précipitation de phase se produit lors de maintiens dans le domaine de

température 600 - 900°C. Elle conduit à de la fragilisation à la température ambiante et doit donc être évitée

La précipitation de la phase ’ peut se produire après maintien prolongé dans le domaine de température compris entre 350 et 550°C. Cette phase fragilisante provoque une détérioration de la résilience et une diminution de la résistance à la corrosion.

Phase

Phase ’


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Figure 4 : Courbes TTT de précipitation des phases ’ et dans les Duplex

Les phases et ’ peuvent être facilement évitées par une maîtrise

suffisante des cycles thermiques (forgeage par exemple). La température limite d’utilisation des aciers duplex est de 300°C.

UGI 4362 UGI 4462

UGI 4507


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PPrroopprriiééttééss mmééccaanniiqquueess

La comparaison des propriétés mécaniques entre les différentes familles d’aciers inoxydables – à l’exclusion des aciers martensitiques dont le comportement est beaucoup plus proche de celui des aciers alliés – montre que le meilleur compromis résistance à la traction - résilience est obtenu sur les aciers duplex.

Le Tableau 3 permet de comparer les valeurs typiques de caractéristiques mécaniques pour les différentes familles d’aciers inoxydables (en dehors des aciers inoxydables martensitiques).

Tableau 3 : Caractéristiques mécaniques comparées des aciers inoxydables

Type d’acier Rm (Mpa) Rp0.2 (Mpa) KV (en J)

Ferritique 450 à 600 280 à 360 10 à 20

Austénitique 550 à 700 250 200

Duplex 650 à 750 480 150

Les valeurs du Tableau 4 se référent à l’état hypertrempé.

Tableau 4 : Propriétés mécaniques à température ambiante

Nuance Rm (Mpa) Rp0.2 (Mpa)

mini

A % mini KV (J) mini

Ugima® 4404 460 – 660 185 40 150

Ugima® 4460 620 – 880 450 20 85

UGI 4362 (35N) 600 - 830 400 25 100

UGI 4462 (45N) 660 - 860 450 25 100

UGI 4507 (52N+) 690 - 890 490 20 100

UGI 4539 (904L) 530 - 730 230 35 100

On rappelle une fois de plus que les traitements de « durcissement » des aciers Duplex sont fortement déconseillés.

Propriétés mécaniques à température

ambiante


- 14 -

Les figures ci-après illustrent les variations de Rm et Rp0.2 en fonction des nuances :

Figure 5 : Valeurs de la résistance Rm pour diverses nuances

400

500

600

700

800

900

1000

Rm

MP

a

Rm Min MPa 460 620 600 660 690 530

Rm Max MPa 660 880 830 860 890 730

Ugine 4404 Ugima 4460 Ugine 4362 Ugine 4462 Ugine 4507 Ugine 4539

Figure 6: Valeur de la limite élastique Rp0.2 pour diverses nuances

Ugine 4362

Ugine 4462

Ugine 4507

Ugine 4539

Ugima 4460

Ugima 4404

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

=

Rp0.2 Min 185 450 400 450 490 230

Ugima 4404 Ugima 4460 Ugine 4362 Ugine 4462 Ugine 4507 Ugine 4539

Rp0,2

- M

Pa


- 15 -

Compte tenu des transformations structurales susceptibles d’altérer leurs propriétés d’emploi, il est déconseillé d’utiliser les nuances Duplex au delà de 300°C.

Tableau 5 : Propriétés mécaniques à chaud (valeurs mini de Rm et Rp0.2)

UGI et Ugima® 4404

Température d’essai

100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 350°C

Rm MPa min 430 410 390 385 380 380

Rp0.2 MPa min 165 150 137 127 119 113

Ugima® 4460


100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 350°C

Rm MPa min 610 580 565 550 - -

Rp0.2 MPa min 360 335 310 295 - -

UGI 4362 (UGI 35N)

Température

d’essai

100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 350°C

Rm MPa min 570 - 530 - 490 -

Rp0.2 MPa min 330 - 280 - 230 -

UGI 4462 (UGI 45N)

Température

d’essai

100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 350°C

Rm MPa min 620 595 580 580 - -

Rp0.2 MPa min 360 340 320 310 - -

UGI 4507 (UGI 52N+)

Température

d’essai

100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 350°C

Rm MPa min 680 655 640 640 - -

Rp0.2 MPa min 400 380 360 350 - -

UGI 4539 (UGI 904L)


100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 350°C

Rm MPa min 500 480 460 450 440 440

Rp0.2 MPa min 205 190 175 160 145 140

La nuance super - austénitique UGI 4539 (UGI 904L) peut être utilisée jusque vers 600°C mais ne présente pas, dans ce domaine de températures, d’intérêt technique et surtout économique par rapport à des nuances «réfractaires» plus traditionnelles. Les figures ci-après illustrent l’évolution des caractéristiques de résistance à la traction en fonction de la température pour les différentes nuances :

Propriétés mécaniques à

chaud


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Figure 6: Résistance à la traction en fonction de la température

300

350

400

450

500

550

600

650

700

100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 350°C

T empérature °C

Rm

Mp

a

Ugima 4404

Ugine 4539

Ugima 4460

Ugine 4462

Ugine 4507

Ugine 4362

Figure 7 : limite élastique en fonction de la température

100

150

200

250

300

350

400

450

500

100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 350°C

T empérature °C

Rp0.2

Mpa

Ugima 4404

Ugine 4539

Ugima 4460

Ugine 4462

Ugine 4507

Ugine 4362

Les applications dites «cryogéniques» ne sont pas à proprement parler celles pour lesquelles les problèmes de corrosion se posent de façon aiguë (ex: transport de liquides liquéfiés); en effet, en dessous d’un certain seuil de température, les cinétiques de développement de la plupart des formes de corrosion sont fortement ralenties et la plupart des nuances austénitiques « classiques » (Ugima® 4307, Ugima® 4404) répondent parfaitement à la majorité des applications.

Dans certains cas particuliers, si l’on recherche des nuances capables de couvrir une gamme étendue de températures de service (ex : + 100 à - 100°C) dans des milieux fortement corrosifs, le choix de la nuance sera guidé par le niveau de propriétés mécaniques exigé sur les pièces.

Propriétés mécaniques à

basse température


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Dans le cas de fortes sollicitations à température ambiante et d’exigences de ductilité en dessous de -60°C, seule une nuance à durcissement structural de type UGI 4944 (ex AFNOR Z6NCTDV 25-15 B – ASTM grade 660) peut apporter une solution convenable en milieu corrosif sévère.

Tableau 6 : Paramètres de choix pour les applications cryogéniques

Conditions de service Choix possible

Exigences modestes en résistance à la

traction (cette dernière augmente cependant sur les aciers austénitiques et

Duplex lorsque la température décroît) ;

Température de service < -60°C ;

Milieux corrosif sévère à température

ambiante.

Ugima® 4404 possible, de nombreux

milieux corrosifs devenant peu agressifs à basse température ;

En cas de variations thermiques

susceptibles, dans leur fourchette haute, de dépasser 15 à 20°C, on adoptera la nuance

UGI 4539 pour une sécurité maximum.

Température en service supérieure à - 60°C ;

Exigences plus importantes en résistance à la traction;

Milieu corrosif sévère à température

ambiante.

Nuance duplex à déterminer – en fonction du milieu corrosif – parmi celles proposées

(leur température de transition de la résilience est de l’ordre de – 60°C)

Figure 8 : Courbes de transition de la résilience des nuances UGI 4462 et UGI 4507

0

50

100

150

200

250

300

Température °C

KV

(Jo

ule

s)

Ugine 4462 260 250 225 160 100 48

Ugine 4507 275 260 250 175 100 40

50 0 -20 -50 -75 -100

Température de transition -60°C


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FFoorrggeeaaggee

Ces aciers possèdent une forgeabilité convenable entre 1200 et 900°C, bien que inférieure à celle des aciers austénitiques courants (1.4307, 1.4404).

Leur aptitude à la déformabilité à chaud dépend, pour une température donnée, de la teneur en ferrite, un pourcentage élevé de ferrite augmentant la forgeabilité.

Les aciers 1.4462 et 1.4507 présentent une légère baisse de forgeabilité en dessous de 1100°C, attribuable à leur teneur en azote.

Tableau 7 : Conditions de forgeage des aciers duplex

Préchauffage Forgeage Refroidissement

Enfournement direct à la température de forgeage pour les petites pièces (~ 1200°C) ;

Pour les grosses mises de forge, un préchauffage légèrement au dessus de 850°C peut être utile pour assurer une bonne homogénéisation de la structure.

Entre 1200 et 900°C

Une baisse de forgeabilité peut survenir en dessous de 1100°C sur les nuances à forte teneur en azote (1.4507)

Le plus rapide possible en dessous de 900°C pour éviter la formation de phase

Aciers duplex


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UUssiinnaaggee

Les exigences de tenue à la corrosion de ces nuances limitent considérablement les possibilités de resulfuration en vue de l’amélioration des propriétés d’usinabilité.

Si les teneurs en S «admises» par les normes sont inférieures à 0.010 %, dans la pratique, elles ne dépassent que très rarement 0.005 %. Dans ces conditions, l’usinage de ces nuances s’avère souvent très difficile.

Ces aciers, du fait de leur structure biphasée dont chacune des phases a des performances différentes en usinage, sont plus difficiles à usiner que les aciers inoxydables austénitiques . Elles sollicitent beaucoup les outils (risques de vibrations, d’ écaillage du revêtement) si elles ne sont pas usinées avec les bonnes conditions de coupe et qualité d’outils . Elles nécessitent d’ailleurs d’utiliser des plaquettes carbure revêtues et d’utiliser de basses vitesses de coupe par rapport aux aciers inoxydables austénitiques.

Fig 9 : usinabilité des nuances duplex

0

50

100

Débit copeaux

(cm3/mn)

Tournage outil carbure revêtu

4404

4460

4462

0

1

2

3Débit copeaux

(cm3/mn)

perçage acier rapide

4404

4460

4462

Aciers austéno - ferritiques


- 20 -

SSoouuddaaggee

Ces nuances présentent un taux de ferrite plus élevé dans les zones fondues lorsque le

métal d’apport est de même composition que le métal de base. Cette particularité est à prendre en compte lors de la détermination des compositions optimales du métal d’apport.

De plus, les zones affectées par la chaleur sont également susceptibles de présenter plus de ferrite que le métal de base. Pour limiter cette différence, on préfèrera des énergies linéaires

de soudage élevées pour induire un refroidissement plus lent. Il faudra cependant se limiter

à des énergies n'induisant pas de formation de phase :

- pour UGI 4362 peu de risque

- pour UGI 4462 l’énergie doit être inférieure à 2kJ/cm

- pour UGI 4507 voir tableau ci-après :

SOUDURE BORD A BORD SOUDURE D’ANGLE

Procédé MIG pulsé TIG MIG pulsé TIG

Gaz Ar 95,5% + CO2 1,5% + N2 3%

Ar + N2 4% Ar 95,5% + CO2 1,5% + N2 3%

Ar + N2 4%

Epaisseur tôle

(mm)

Mini Energie d’apport

(KJ / mm)

Maxi Energie d’apport

(KJ / mm)


(KJ / mm)


(KJ / mm)


(KJ / mm)


(KJ / mm)


(KJ / mm)


(KJ / mm)

4.76 0.38 0.47 0.60 0.80 0.60 0.77 1.00 1.30

6.35 0.55 0.65 0.90 1.10 0.73 1.05 1.24 1.73

7.93 0.65 0.87 1.10 1.45 0.80 1.22 1.60 2.05

9.50 0.73 1.05 1.24 1.75 0.85 1.30 1.60 2.15

12.00 0.94 1.15 1.60 1.95 0.97 1.35 1.60 2.20

16.00 0.95 1.30 1.60 2.20 0.97 1.35 1.60 2.20

19.00 0.97 1.32 1.60 2.20 0.97 1.35 1.60 2.20

26.00 0.97 1.35 1.60 2.20 0.97 1.35 1.60 2.20

On peut ainsi définir un domaine d'énergie linéaire de soudage minimisant les 2 risques

précités. Ce domaine est situé à d'autant plus forte énergie que les pièces à souder sont

épaisses (i.e. le refroidissement au soudage rapide).

Le préchauffage des pièces avant soudage n’est pas souhaitable

Aucun traitement thermique ne doit être effectué après soudage, à l'exception, si besoin est, d'une mise en solution décrit au paragraphe "Traitements thermiques Structures".

Les métaux d’apports contiennent, afin d’optimiser les teneurs en ferrite des zones fondues,

des teneurs en azote et/ou Ni supérieures à celle du métal de base, voir le tableau ci-après :

Nuances Duplex

Fil d’Apport

Metal de Base

ER2209

22.9.3NL

SMArc 45N

ER2553

Z3CND25-06-03Az

SMArc 52N

ER 309Lsi

23.12Lsi

SMArc 309LM

UGI 4362

UGI/Ugima® 4460

UGI4462

UGI 4507


- 21 -

RRééssiissttaannccee àà llaa ccoorrrroossiioonn :: eexxeemmpplleess

dd’’uuttiilliissaattiioonn ddeess dduupplleexx

1. Introduction sur la résistance à la corrosion des nuances duplex

La corrosion des nuances duplex ou austéno-ferritiques a été largement étudiée dans des tests de laboratoires de type « corrosion accélérée par test électrochimique ». La littérature est très abondante sur ce sujet et nous nous contenterons ici de rappeler les classements des nuances dans quelques tests électrochimiques de laboratoire.

La figure 10 montre le positionnement du duplex 1.4462 / 45N par rapport aux nuances austénitiques classiques 304L 1.4306 et 316L 1.4404 dans un test accéléré de fatigue - corrosion ; ceci a été effectué dans différents milieux : à l’air et pour des milieux avec des pH de neutre à très acide.

Dans tous les cas de figure, les performances du duplex sont bien meilleures.

Fig 10 : Positionnement d’un duplex 4462 par rapport à 2 inox austénitiques classiques

La figure 11 nous donne la température critique de piqûres en fonction de la résistance mécanique pour deux duplex ( 45N / 1.4462 & 52N / 1.4507 ) en comparaison

avec deux austénitiques ( 316L / 1.4404 & 904L / 1.4539 )

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1.4306 (304L)

1.4404 (316L)

1.4462/ 45N (Duplex)

Limite de fatigue (MPa) à 20E+7 cycles

Air pH 7 pH 3 pH 1


- 22 -

Cette température critique de piqûration est déterminée suivant la procédure du test accéléré de corrosion (Norme ASTM G48) en milieu chlorure ferrique à 6%.

Fig 11 : température critique de piqûres en fonction des caractéristiques mécaniques

On peut noter l’excellent comportement du duplex 4507 à la fois en termes de

caractéristiques mécaniques et de résistance à la corrosion par piqûres.

Remarque : Cas de UGIMA® 4460

Comme vu précédemment, cette nuance est particulièrement intéressante du fait de son aptitude à l’usinage.

Le tableau suivant compare les performances des inox UGI 4404 / 316L et l’UGIMA® 4460 / 329 (pour une comparaison rigoureuse, des teneurs en Soufre de 0,02% ont été choisies)

Usinabilité

Corrosion généralisée

en milieu acide H2SO4

Corrosion sous contrainte

Corrosion localisée par

cavernes

Corrosion localisée

par piqûres

UGIMA® 4460 329

Référence «BASE 100» Beaucoup moins

sensible «BASE 100» Référence

UGI 4404 316L

Référence

Beaucoup moins performant (de 750%)

Sensible comme toutes les nuances austénitiques

Légèrement moins performant (de 10% environ)

Référence

Ugine 4507

Ugine 4462

Ugine 4539

Ugine 4404

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 100 200 300 400 500 600

Rp0,2 mini (MPa)

T°

piq

ûre


- 23 -

2. Utilisations des duplex dans l’industrie chimique & papetière

La corrosion généralisée se caractérise par une dissolution uniforme du métal en contact avec le milieu corrosif. Il s’agit d’une forme de corrosion dont les résultats sont chiffrables en pertes de poids ou d’épaisseur ( en mm/an par exemple ) ; une limite de 0,2 mm / an pour l’emploi d’une nuance est souvent admise.

Sur les aciers inoxydables, la corrosion généralisée se rencontre par exemple dans les acides « forts » ( acide sulfurique, acide phosphorique ) et constitue un mode de corrosion fréquemment rencontré dans l’industrie chimique ; on peut aussi rencontrer des conditions de corrosion localisée ( piqûre, caverne, corrosion intergranulaire ou corrosion sous tension ), qui sont par nature beaucoup plus difficiles à quantifier et à prévoir.

RRREEECCCOOOMMMMMMAAANNNDDDAAATTTIIIOOONNNSSS PPPOOOUUURRR UUUNNNEEE UUUTTTIIILLLIIISSSAAATTTIIIOOONNN DDDAAANNNSSS LLL ’’’AAACCCIIIDDDEEE

PPPHHHOOOSSSPPPHHHOOORRRIIIQQQUUUEEE

L’acide phosphorique est un acide minéral non oxydant. L’acide phosphorique industriel est un acide très complexe du point de vue de la corrosion : il contient une large part

d’impuretés qui peuvent être défavorables sur le plan de la résistance à la corrosion ( acide

chlorhydrique ; acide fluorhydrique ; acide sulfurique ), mais il peut aussi contenir parfois certains corps étrangers qui sont favorables pour la résistance du matériau envisagé ( ions

ferriques et aluminium ).

Recommandations de matériaux pour les principales étapes de fabrication d’un acide

phosphorique industriel :

MILIEUX et ETAPES

PROBLEME

PRINCIPAL

Conseils pour milieu pur

FACTEURS AGGRAVANTS

RECOMMANDATIONS UGITECH

Acide

Phosphorique

Pur et aéré

Attaque uniforme de la surface

* Température < 90°C

UGIMA4404

* Température 90-200°C

UGI4539

Etape d’attaque du phosphate

naturel

( voir Biblio 1 pour plus de

détails sur cette étape )

Attaque généralisée

liée à la dépassivation dûe aux ions fluorures, dû au H2SO4 en

excès,…

4404 déconseillée

UGI4539 Phénomènes importants d’abrasion.

UGI 4507

(Meilleur comportement que le 4539 dans les cuves

d’attaques – agitateurs face aux

phénomènes de corrosion – abrasion).

Etape de filtration de la

bouillie

( voir Biblio 2 )

UGIMA 4404

ou UGI 4362 en

absence de chlorures

Présence de chlorures

UGI 4539 jusqu’à

2000 ppm en

chlorures.

UGI 4507 jusqu’à

3000 ppm en chlorures.

RRREEECCCOOOMMMMMMAAANNNDDDAAATTTIIIOOONNNSSS PPPOOOUUURRR UUUNNNEEE UUUTTTIIILLLIIISSSAAATTTIIIOOONNN EEENNN AAACCCIIIDDDEEE SSSUUULLLFFFUUURRRIIIQQQUUUEEE

Acide phosphorique

Acide sulfurique


- 24 -

L’acide sulfurique est un acide minéral non oxydant ; il a un caractère plutôt réducteur si sa concentration est inférieure à 50% et a un caractère plutôt oxydant si sa concentration est supérieure à 80% ( il y a des variations de ces limites avec la température). Son degré d’ionisation est maximum pour une concentration de 30%, ce qui entraîne une irrégularité des domaines d’utilisation des nuances avec une agressivité maximale de l’acide entre 40 & 80%. La solubilité de l’oxygène est minimale vers une concentration de 70%.

MILIEUX PROBLEME PRINCIPAL

Conseils pour milieu pur

FACTEURS AGGRAVANTS


Acide sulfurique Pur & aéré ( voir biblio3 )


*Concentration de 40 à 85% UGI4539

(mais pour des températures n’excédant pas 35°C aux fortes

concentrations) * Concentration < 40% ou > 85% UGI4507

Présence de chlorures dans les acides industriels (Ces ions ont d’une part un caractère réducteur et d’autre part, ils perturbent la passivité en s’adsorbant à la place des ions hydroxydes).

UGI 4539

(fortement conseillée avec des taux de chlorures élevés jusqu’à 2000 ppm )

H2SO4 avec Impuretés oxydantes (ions ferriques,…) (voir biblio 4 )


Facteurs pouvant être favorables sur la tenue des nuances.

Ce diagramme d’ iso-corrosion a été déterminé pour de l’acide pur : il est donc restrictif sur le domaine d’emploi des

nuances pour les faibles concentrations (<40%) par rapport à celui que l’on pourrait établir en présence d’impuretés oxydantes. Les limites d’emploi sont exprimées pour une vitesse de corrosion maximale de 0,2 mm/an. Ces limites d’emploi s’entendent bien sûr pour une mise en œuvre des nuances inoxydables dans les règles de l’art sur le plan du soudage, du formage,…

RECOMMANDATIONS POUR UNE UTILISATION DANS L’ACIDE CHLORHYDRIQUE L’acide chlorhydrique est un acide minéral réducteur.

Remarque : Le 4362 peut se

substituer au 4404 si la teneur

en H2SO4 est inférieure à 13%

Acide chlorhydrique

4404 4404


- 25 -

Ce sont avant tout des problèmes de corrosion générale consécutifs à l’activité importante de l’acide et au fait que ce milieu réducteur est très défavorable à la passivation des inox. Il en découle que la présence d’oxydants accroît la vitesse de dissolution de l’acier.

L’agressivité des solutions chlorhydriques pourra donc être très variable pour une concentration donnée selon que le milieu est en contact ou non avec l’air, ou contient ou non des impuretés susceptibles de se réduire.

En conséquence, les nuances à haut carbone sont à proscrire ( ceci n’est pas spécifique à l’acide chlorhydrique car pour de nombreux autres milieux les déchromisations sont aussi à éviter ), et les aciers à fortes teneurs en chrome et en molybdène, nécessaires pour les solutions concentrées devront être choisies très judicieusement en tenant compte de leur stabilité structurale.

Le risque de corrosion localisée par piqûres peut être bien sûr également présent dans certains cas : c’est uniquement pour les nuances les plus résistantes pour lesquelles la corrosion générale est faible.

Dès que le film passif ne peut se former c’est à dire dans tous les cas à l’exception des milieux très dilués, le chrome n’est plus favorable puisqu’il se dissout dans la solution, les éléments favorables sont alors le nickel ( baisse de la surtension de H2 ) et le molybdène qui est stable ( ne se dissout pas ).


Conseil pour milieu pur

FACTEURS AGGRAVANTS


Acide HCl pur et désaéré

Attaque générale de la surface car milieu très défavorable à la passivation Nuance 4307 à proscrire.

* Température < 60°C et concentration < 2% UGI4507 * Température < 20°C et concentration < 3% UGI4539 UGI4507

Présence d’oxydants (chlore ou chlorures de fer) ou aération ( oxygène dissous,…)

625 ou 2.4856 Pour installations de transfert ou de stockage à température ambiante.

Température < 20°C et concentration < 2% ou Température < 50°C et concentration < 1% UGIMA4404 UGI4362

Température élevée risque de corrosion sous contrainte

UGI 4507 UGI 4539 Dans certains procédés où il a formation de condensas enrichis en faibles quantités d’HCl et pour lesquels les nuances 4307 et 4404 fissurent, le 904L ou le 52N+ peuvent s’avérer résistants (fabrication du PVC, par exemple)


- 26 -

RECOMMANDATIONS POUR UNE UTILISATION DANS UNE BASE telle que la soude NaOH ou la potasse KOH. Les solutions de soude et de potasse sont peu corrosives pour les aciers inoxydables quelles que soient les concentrations, lorsque la température ne dépasse pas 100°C.



FACTEURS AGGRAVANTS


Milieu basique Soude ou potasse pure

Attaque générale de la surface

Pour des températures < 90°C UGIMA4307 (voir BIBLIO5 pour plus de conseils)

Température élevée > 100°C risque de corrosion sous contrainte et de corrosion générale.

Jusqu’à 120°C UGI 4539 UGI 4507 UGI 4462

Soude ou potasse industrielle

Nuance 304L déconseillée

Présence de chlorures et chlorates risque de corrosion sous contrainte

Jusqu’à 80°C : UGI 4362 Jusqu’à 100°C : UGI 4462 Jusqu’à 140°C : UGI 4507

Les solutions industrielles de soude sont fabriquées par électrolyse du chlorure de sodium et sont polluées par des chlorures et des chlorates, dont les concentrations sont variables d’une unité de production à une autre et aussi selon la concentration en soude.

Solution typique : 50% de NaOH ; 1 à 5% de NaCl & 0,1 à 1% de NaClO3. Pour des faibles teneurs en chlorates, même à 150°C, la corrosion uniforme des matériaux n’est pas sensiblement affectée. Par contre, le risque de fissuration par corrosion sous contrainte est sensiblement accru par la présence de telles pollutions. Ce type de corrosion est très complexe, et on notera dans ces milieux basiques un mécanisme de fissuration transgranulaire aux fortes concentrations de chlorures et chlorates comme dans les milieux chlorurés neutres ou acidifiés. Il faut souligner que la température limite d’apparition de la fissuration peut varier dans des proportions non négligeables, en fonction du niveau de contraintes locales du matériau, ainsi que de l’aération et de la concentration du milieu.

RREECCOOMMMMAANNDDAATTIIOONNSS PPOOUURR UUNNEE UUTTIILLIISSAATTIIOONN EENN IINNDDUUSSTTRRIIEE

PPAAPPEETTIIEERREE ::

Les sulfures sont dans ce cas un facteur aggravant de corrosion. Les procédés de fabrication de la cellulose à partir du bois ( procédé KRAFT ) consistent en une attaque des copeaux du bois à 170°C, sous pression, par une liqueur composée de soude à 20%, additionnée de sulfure de sodium Na2S, de carbonate de sodium Na2CO3 et de traces de thiosulfate de sodium Na2S2O3.

Au cours des cycles de cuisson entre 70°C & 170°C, on assiste à une évolution de la composition chimique du milieu qui contient alors des impuretés organiques ainsi que des polysulfures.

Les nuances avec addition de Molybdène et de Nickel ne sont pas conseillées pour ces milieux ; en particulier, le nickel n’est pas favorable en présence de composés du soufre car il forme des complexes.

Soude & potasse

Industrie papetière


- 27 -

Sélection de matériaux pour l’industrie de la pâte à papier:

PREPARATION DES COPEAUX ( PROBLEMES D’ABRASION ) Cuiseur ; convoyeurs et stockage; concasseur; écrans; dé - fibrateurs

UGI 4462 and UGI 4362

DELIGNIFICATION AVEC LE PROCEDE KRAFT Vapeur (corrosion localisée + corrosion sous contrainte)

UGI 4462 ; UGI 4507

Préchauffage ; réacteur (corrosion généralisée + corrosion sous contrainte) UGI 4462 ; UGI 4507 and UGI 4539.

Imprégnation ; réacteur (corrosion localisée + corrosion sous contrainte + corrosion – abrasion)

UGI 4462 and UGI 4362 Stockage de la « Black » liqueur et de la « green » liqueur (corrosion généralisée)


BLANCHIMENT Lavage et filtration (corrosion par piqûres)

UGI 4462; UGI 4362 ; UGI 4301 and UGI 4404

Réacteur et stockage à haute densité (corrosion par piqûres) UGI 4462 and UGI 4404

Lavage et filtration (corrosion par piqûres) UGI 4462; UGI 4362 ; UGI 4301 and UGI 4404

Blanchiment avec du chlore: tour (très sévère corrosion par piqûres) Ti ; diffuseur ou laveur et cuves de filtration UGI 4507

Blanchiment / traitement à la soude (corrosion par piqûres) UGI 4462, UGI 4507 and UGI 4404,317L

Blanchiment / hypochlorite (corrosion par piqûres); tour UGI 4539

laveur et filtration (corrosion par piqûres) UGI 4539 ; UGI 4462 ; 317L ; UGI 4507

Blanchiment avec du peroxyde d’hydrogène: tour; laveur et filtration (corrosion par piqûres) UGI 4362 ; UGI 4462 ; 317L ; UGI 4507

FABRICATION DU PAPIER Stockage à haute densité (corrosion)


Pulpes and hydro pulpes (fatigue corrosion / abrasion corrosion) UGI 4362 UGI 4462 , 317L

Tête d’entraînement (corrosion localisée) UGI 4462, UGI 4507

Cylindres (fatigue corrosion / corrosion sous contrainte) UGI 4507, UGI 4462

Convoyeur pneumatique( abrasion corrosion) UGI 4462, UGI 4362


- 28 -

RRREEECCCOOOMMMMMMAAANNNDDDAAATTTIIIOOONNNSSS PPPOOOUUURRR UUUNNNEEE UUUTTTIIILLLIIISSSAAATTTIIIOOONNN DDDAAANNNSSS lll ’’’AAACCCIIIDDDEEE AAACCCEEETTTIIIQQQUUUEEE L’acidité en solution aqueuse augmente rapidement avec la concentration, rendant ce produit relativement agressif.



FACTEURS AGGRAVANTS


Acide acétique Pur

Attaque générale de la surface

* Pour des températures < 80°C, et pour toutes concentrations. UGIMA4307 A 120°C, on peut utiliser l’UGIMA® 4307 jusqu’à des concentrations de 20%. * A ébullition et pour une concentration de 50%: UGI4362 * A ébullition et pour toutes concentrations : UGI4539 UGI4507 UGI4462

Procédé par oxydation de l’acétaldéhyde Présence d’impuretés de type anhydride acétique dans la colonne de séparation et en particulier en bas ( à 150°C ) Présence de sous produits à 200°C de la réaction d’oxydation des chaînes hydrocarbonées Nuance 4404 déconseillée

* partie basse de la colonne à 150°C : inox déconseillé. * partie médiane de la colonne de séparation : UGI 4539 * partie haute de la colonne UGIMA 4404 ou UGI 4362 * pour le procédé d’oxydation de chaînes hydrocarbonées en milieu liquide UGI 4539

Stockage transport de l’acide (échangeurs serpentins de chauffage)

UGIMA4404 ou UGI4362

Les limites d’emploi sont exprimées pour une vitesse de corrosion maximale de 0,1 mm/an. Ces limites d’emploi s’entendent bien sûr pour une mise en œuvre des nuances inoxydables dans les règles de l’art sur le plan du soudage, du formage,…

Acide acétique


- 29 -

RREECCOOMMMMAANNDDAATTIIOONNSS PPOOUURR UUNNEE UUTTIILLIISSAATTIIOONN DDAANNSS ll’’AACCIIDDEE FFOORRMMIIQQUUEE

L’acide formique est beaucoup plus agressif que l’acide acétique en raison de sa forte dissociation dans l’eau.

MILIEUX PROBLEME

PRINCIPAL Conseil milieu pur

Acide

formique

Attaque générale de la

surface

* A température ambiante UGIMA4307

* Pour des concentrations < 1% ou dans l’acide

concentré à 100% à chaud. UGIMA4307

* A température < 80°C et quelque soit la

concentration : UGIMA4404

* A température > 80°C et < 95°C et quelque soit la

concentration : UGI4362

RRREEECCCOOOMMMMMMAAANNNDDDAAATTTIIIOOONNNSSS PPPOOOUUURRR UUUNNNEEE UUUTTTIIILLLIIISSSAAATTTIIIOOONNN DDDAAANNNSSS LLLEEESSS UUUNNNIIITTTEEESSS

IIINNNDDDUUUSSSTTTRRRIIIEEELLLLLLEEESSS DDDEEE DDDEEESSSSSSAAALLLEEEMMMEEENNNTTT DDDEEE LLL ’’’EEEAAAUUU DDDEEE MMMEEERRR

Il existe deux types de procédés :

- Les procédés physiques : RO ( reverse osmosis ) pour des unités de grande dimension,

- Les procédés thermiques : MSF ( multi stage flash ) qui représentent 90% du marché. Pour le procédé thermique, les risques sont de type corrosion par piqûres et par cavernes ( si l’oxygène dissous dépasse une teneur de 1 ppm ) et de type corrosion sous contrainte ( SCC ) si O2 > quelques ppb.

Le 4404 n’est pas suffisant pour résister à la corrosion par piqûres dans le cas d’une augmentation du taux d’oxygène ; de même s’il reste des résidus de saumure déposés sur des parois, le 316L ne sera pas suffisant pour résister à la corrosion par piqûres.

MILIEU PROBLEME PRINCIPAL

Conseils de base

FACTEURS AGGRAVANTS


Déssalement eau de mer

Corrosion par piqûres

UGIMA4404 Ou

UGI 4362

Augmentation du taux

d’oxygène

UGI 4462

Procédé Multistage

Corrosion par

Cavernes

UGIMA4404 Ou

UGI 4362

Dépôt de saumures

UGI 4462

Flash (MSF) Corrosion sous

contrainte

Température jusqu’à 120°C

en milieu aéré

UGI 4462

Acide formique

Déssalement eau de mer


- 30 -

3. Utilisation des duplex dans le bâtiment : exemple des ronds à béton

Nous nous intéressons ici à la corrosion par piqûres pour des armatures inox dans du béton armé.

NOS CONDITIONS DE TEST ELECTROCHIMIQUE ACCELERE DE CORROSION : ( test de simulation mis au point au CRU et en collaboration avec le CEA)

Détermination du potentiel de piqûres par expérimentation électrochimique dans des milieux simulant la solution « béton » en contact avec l’armature en acier : plus la valeur obtenue est positive, meilleure sera la résistance à la corrosion.

Prise en compte du changement de composition, compte tenu des évolutions au fil du temps de ce milieu : carbonatation ; baisse du pH de 12 à 8 ; présence de chlorures.

La présence de chlorures est très exagérée dans nos conditions expérimentales : le béton serait tellement fissuré, que l’eau de mer pourrait pénétrer jusqu’à l’armature en acier !

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.4597 1.4301 1.4404 1.4462 1.4362

potentiel de piqûres en mv/Ecs en milieu béton carbonaté CaCO3+CaCl2 à 21g/l

en chlorures et à pH=8

Fig 13 : exemples de mesure de potentiels de piqûres en milieu « béton » après

50 ans d’exposition en milieu marin


- 31 -

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1.4597 1.4301 1.4404 1.4462 acier 1.4362

potentiel de piqûres en mV / ECS dans milieu carbonaté Na2CO3 + NaCl à 21 g/l en

chlorures & à pH=10

Fig 14 : exemples de mesure de potentiels de piqûres en milieu « béton » après 25 ans d’exposition en milieu marin

NNOOSS RREECCOOMMMMAANNDDAATTIIOONNSS ::

L’emploi de duplex pour les armatures est conseillé du fait de leurs plus hautes caractéristiques mécaniques qui permettent de diminuer sensiblement la quantité d’armature à approvisionner et ainsi diminuer les coûts de construction.

UGIGRIP 4362 est meilleur que le 1.4404 dans ce milieu et dans ces conditions de test.

UGIGRIP 4462 est le plus résistant et est à conseiller pour des structures en béton dans des milieux très agressifs : piles de ponts en mer , …

4. Utilisation des duplex en pétrochimie : problèmes de corrosion sous contrainte.

Les nuances Duplex présentent une excellente tenue à la corrosion sous contrainte, liée d’une part à des propriétés mécaniques élevées, d’autre part aux difficultés de propagation des fissures dans une structure biphasée austénite – ferrite.

Les milieux générateurs de ce type de corrosion sont de type chloruré acide, comportant souvent des pollutions sulfurées (H2S); on les rencontre essentiellement dans l’industrie pétrolière et l’off-shore («puits acides»).

Les nuances Duplex s’avèrent encore dans ce domaine très supérieures aux nuances austénitiques et ce, à un coût particulièrement attractif.


- 32 -

On notera que, dans le secteur des produits longs, essentiellement destinés à la fabrication de pièces mécaniques plus ou moins fortement sollicitées, la résistance à cette forme de corrosion est des plus appréciées parmi les utilisateurs.

On trouvera ci dessous un diagramme température – pression en H2S représentant le domaine d’emploi des nuances ( à gauche du trait plein ).

Le domaine d’emploi des nuances UGI 4462 et UGI 4507 est notablement plus large que celui d’une nuance 4401.

Figure 15 : resistance à la corrosion en milieu H2S "sour gas"

-30

20

70

120

170

220

0,01 0,1 1 10

Température en °C

Pression en

H2S en bars

UGIMA® 4404

UGINE 4462

UGINE 4507

UGINE 4539


- 33 -

CCoommpplléémmeennttss dd’’iinnffoorrmmaattiioonnss

BIBLIO 1 : Acide phosphorique - Etape d’attaque du phosphate naturel :

Le procédé le plus répandu utilise la voie humide qui consiste à attaquer les phosphates tricalciques naturels Ca3(PO4)2 par une solution concentrée d’acide sulfurique à

des températures comprises entre 80 & 110°C ; ceci se fait en présence d’impuretés de fluorure de calcium CaF2, de silice SiO2, et de chlorures CaCl2 et NaCl.

Le résultat de cette étape est une bouillie composée de :

- P2O5 à 30%

- polluée par des composés fluorés sous forme de HF (0 à 0,2%) et / ou d’acide

fluosilicique H2SiF6 ( 0 à 1,5% )

- polluée par des chlorures ( 500 à 3000 ppm )

- chargée en solides: silice non réactive (quartz) et sulfate de calcium.

Les problèmes de corrosion pour cette étape du procédé sur les agitateurs et les pompes de transfert de la bouillie :

Il peut exister une forte corrosion généralisée de toute la surface, liée à la dépassivation des matériaux en présence des composés fluorés, de H2SO4 en excès et des chlorures. De plus,

il y a des phénomènes importants d’abrasion.

BIBLIO 2 : Acide phosphorique - Etape de filtration de la bouillie

Cette étape se fait à une température inférieure à 50°C et se passe sans phénomène d’abrasion. Elle a pour but d’éliminer le sulfate de calcium.

BIBLIO 3 : Procédé de fabrication de l’acide sulfurique et les problèmes de corrosion rencontrés : Le procédé le plus répandu est le procédé de « contact » utilisant comme catalyseur le

pentoxyde de vanadium, pour l’obtention d’acide concentré.

L’inox est principalement utilisé pour des lignes de transfert de l’acide concentré chaud ( 60

à 110°C ), pour des colonnes de séchage et d’absorption, et pour les réfrigérants d’acide ;

les convertisseurs sont aussi construits en acier inoxydable, avec quelquefois des échangeurs gaz-gaz incorporés.

Le problème principal de corrosion est une attaque uniforme ou généralisée de la surface. Dans les acides qui contiennent des impuretés chlorurées, il est possible de rencontrer un

phénomène de corrosion par piqûres.

BIBLIO 4 : Acide sulfurique avec des impuretés oxydantes

Ces impuretés oxydantes peuvent être défavorables ou favorables sur le plan de la

corrosion. En effet si l’acier est dans le domaine actif (ce qui peut être le cas même si les vitesses de corrosion sont faibles, à basse température par exemple) la présence d’oxydant

augmentera la vitesse de dissolution. Donc, nous avons une action favorable de l’oxydant si (et seulement si) le matériau est, ou est amené dans le domaine passif.

La présence en solution de composés réductibles se traduit pour les matériaux résistants par

une passivation de ceux ci.

Exemple : dans l’industrie de l’hydrométallurgie du zinc, certaines étapes du procédé

conduisent à des solutions sulfuriques à 10 ou 20% de concentration, à des températures


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voisines de 100°C. Dans ces conditions, aucune nuance ne peut avoir une tenue correcte ; Malgré tout, l’utilisation de l’UGI 4539 ou de l’UGI 4507 ou de l’UGI 4462 est possible grâce

aux traces d’ions ferreux et ferriques.

BIBLIO 5 / Soude ou potasse pure :

Pour des concentrations inférieures à 30%, l’UGIMA® 4307/304L est adapté dans la soude

ou potasse pure ; par exemple à 30% ( respectivement 20% ) une température de 120°C ( respectivement 150°C ) est possible.

Par contre, pour des concentrations supérieures à 30%, l’emploi de l’UGI 4539 / 904L et des

nuances duplex semble obligatoire si on dépasse 90°C.

BIBLIO 6 / RECOMMANDATIONS POUR UNE UTILISATION DANS LE CARBAMATE D’AMMONIUM ET D’UREE

Le principe général de fabrication consiste, dans une première étape, en une synthèse du

carbamate d’ammonium par réaction entre CO2 & NH3 sous forte pression. Dans une

seconde étape le carbamate est transformé en urée par déshydratation à haute température ( 150 à 200°C ).

Le carbamate d’ammonium liquide ainsi que les solutions aqueuses d’urée sont très agressives, d’autant que la température est toujours très élevée.

résumé des effets des différents éléments d’addition :

Chrome Très favorable sur la résistance à la corrosion. Optimum entre 19 & 25%

Molybdène Favorable. Viser une teneur > 2,5%.

Nickel

Néfaste dans ce milieu.

Il évite toutefois les déchromisations localisées consécutives à la formation

de phase sigma à partir des traces de ferrite, au cours des opérations de soudage des appareils.

Cuivre Effet controversé. Effet jamais néfaste pour teneur < 2%

Manganèse Pas déterminant. Effet pas néfaste si Cr>19% et Mo>2,5% et Ni<6%.

Azote < 0,2%. Evite la précipitation de phases intermétalliques nocives.

Le molybdène mais surtout le chrome sont les éléments les plus importants, c’est pourquoi une nuance de type 1.4592 est économiquement optimale.

Cependant ce type de nuance n’est pas forcément facilement disponible en tout produit. Il existe alors deux alternatives :

Une nuance entièrement austénitique à haut chrome type 25-22-2 / 1.4466

Ou un superduplex.

Dans le cas des appareils à pression ( cas des réacteurs ici ) où un détensionnement est

nécessaire après fabrication, le superduplex pose un problème en raison de la démixtion de la ferrite en phase sigma et carbures de chrome aux températures classiques utilisées (550-

580°C). C’est pourquoi le 25-22-2 / 1.4466 est dans ce cas recommandé.

Notre recommandation : UGI 4507.

Eventuellement les nuances ferritiques à fort chrome (20 à 25%) et à fort Molybdène (2,5%) du type 4592 peuvent être utilisées.

Urée

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