Quels sont les grands facteurs de corrosion ?

Quels sont les 5 principaux types de corrosion en fonction des milieux ?

Les mtaux, lexception des mtaux prcieux tels que lor et le platine, que lon trouve ltat naturel sont toujours extraits de minerais ; les mtaux ont donc toujours tendance voluer vers un tat stable, qui correspond leur tat dorigine, cest--dire leur forme oxyde.La corrosion des mtaux est essentiellement de nature lectro-chimique, elle intervient linterface entre le mtal et le milieu extrieur.

Lacier inoxydable et le film passif Lacier est un alliage de fer et de carbone. Contrairement lacier carbone, la prsence dun minimum de 10,5% de chrome dans lacier inoxydable lui confre des proprits de rsistance la corrosion.

En effet, au contact de loxygne, une couche doxyde de chrome va se crer la surface du matriau. Cette couche passive le protge et a la particularit de pouvoirsauto-rgnrer.

Toutefois si cette couche passive est endommage, un dbut de corrosion peut apparatre.

Composition de lacier inoxydablecest le chrome qui donne sa qualit inoxydable nos aciers

Fer

Chrome>10,5%

Fe+C=acierFe+C+Cr=acier inoxydable

Carbone 10,5 %Fe + C

le milieu

le matriau

la conception

le temps

facteursde

corrosionVieillissement de la structureEvolution des tensionsTemprature variable

Modification des revtementsFrquence de lentretien

CompositionElaboration

Etat mtallurgique(Traitements thermiques

et mcaniques)Additions

Impurets

Etat de surfaceForme

Assemblage (Soudure, rivets)Sollicitations mcaniques

Proximit dun ou dautres mtaux

Contact avec le milieu(Immersion partielle ou totale)

Moyens de protection

Nature chimiqueConcentration

ImpuretspH (acidit)

TempraturePressionViscosit

Dpts solidesAgitation

gnralise

GENERALISEE

localise

SouScoNtRAINtE

cAvERNEuSE

pAR pIquRES

INtER-

GRANuLAIRE

mILIEuNEutRE

chLoRuR

mILIEuAcIdE

Lacier inoxydable et la corrosion

Quest-ce que la corrosion ?

La corrosion par piqre

Cette dissolution donne naissance des ions mtalliques et des lectrons et donc au passage dun courant (de dissolution) qui est lorigine dune diffrence de potentiel (tension) entre la zone anodique (piqre) et la zone cathodique (le reste du mtal).

La figure 1 montre les potentiels de piqre obtenus pour divers aciers inoxydables dans une eau contenant 0,02M de NaCl (710mg/l de Cl-) 23C. Elle met en vidence linfluence sur la rsistance la corrosion par piqre de la teneur en chrome et molybdne pour les ferritiques et en chrome, molybdne et azote pour les austnitiques.

On distingue la corrosion gnralise qui se forme lorsque lacier inoxydable est en contact avec un milieu acide et la corrosion localise qui se rencontre dans la majorit des cas lorsque linox est plac dans un milieu neutre chlorur.

Dans le document qui suit, nous dcrivons ces 5 principaux types de corrosion et nous hirarchisons la majorit des nuances Stainless Europe partir de tests standards en laboratoire. Toutefois, les phnomnes de corrosion dans la vie relle tant toujours spcifiques, les donnes dcrites ne dispensent nullement la mise en uvre dessais complmentaires pour choisir le matriau optimal.

Comprendre le phnomneLa corrosion par piqre est la rupture locale du film passif de lacier inoxydable provoque par un lectrolyte riche en chlorures et/ou sulfures. A lendroit de la piqre, le mtal est mis nu, la corrosion va se dvelopper si la piqre ne se repassive pas, donc si la vitesse de dissolution du mtal permet de maintenir un environnement suffisamment agressif pour empcher sa repassivation.

> Si le potentiel pris par linox dans un milieu donn est suprieur au potentiel de piqre => lacier inoxydable se corrode.Remarque : plus le potentiel de piqre sera lev, meilleure sera la rsistance la corrosion de la nuance. En dehors de la piqre, le film passif est toujours prsent pour protger linox.

Le potentiel de piqre correspond au potentiel damorage de piqres stables.> Si le potentiel pris par linox dans un milieu donn est infrieur au potentiel de piqre => lacier inoxydable ne se pique pas.

2 cas

Chlorures

Couche passive

Mtal

Couchepassive

Mtal

Le mtal se repassive Corrosion du mtal de base

AttAque du MtAL

Couche passive

Mtal

Pour simuler ce type de corrosion au stade du laboratoire, un chantillon est immerg dans un lectrolyte corrosif auquel est appliqu un balayage croissant en potentiel jusqu rupture du film passif. Lors de cet enregistrement potentiodynamique (intensit/potentiel), laugmentation de lintensit correspond au potentiel de piqres Epiqre .

IntensIte

I =50A/cm2

POtentIeL

Domaine PASSIF

Epiqre

800

700

600

500

400

300

200

10 12 14 16 18 20 22 24 26

Martensitic

K39

mV/SCE

PRen (%Cr+3,3%Mo+16%n)

Pote

ntie

l de

piq

re d

ans u

ne e

au co

nten

ant 0

,02M

NaC

I pH

=6,6

2

3C

(mV/

SCE)

K41

Figure 1

K45

K44

K36

K30-K31K03K09K10

17-4

Mn

16-4

Mn

16-5

MnL

18-7L17-7A/C/E18-10T

18-9E/L

17-11MT

18-11ML

Appellationscommerciales

normesAstM

endesignation : type

Martensitique 420 1.4021K09+ 409 1.4512K03 1.4003K10 410S 1.4000

K30-K31 430 1.4016 - 1.4017K39 439 1.4510K41 441 1.4509K36 436 1.4526K45 445 1.4621K44 444 1.4521

16-4Mn 201.2 1.437216-5Mn 201LN 1.437117-4Mn 201.1 1.4618

17-7A/C/E 301 1.431018-7L 301LN 1.431818-9L 304L 1.4307

18-11 ML 316 - 316 L 1.4401 - 1.440417-11MT 316Ti 1.4571

La corrosion par piqre

Comme le montrent les figures 2 et 3, ce potentiel de piqre ne peut tre utilis que pour classer les nuances dans un milieu donn. Il diminuera notamment quand la temprature (figure 2) ou la concentration (figure 3) en chlorures du milieu augmentera.

notre recommandationPour viter la corrosion par piqre :> On cherchera si cela est possible de diminuer la corrosivit du milieu en baissant la temprature, limitant le temps de contact, vitant les milieux stagnants et diminuant la concentration en halognures et la prsence doxydants.> On choisira une nuance teneur en chrome leve ou contenant du molybdne.

Habituellement, on utilise le PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) des nuances pour hirarchiser leur comportement gnral la piqre. Le PREN, %Cr +3,3%Mo+16%N, traduit linfluence majeure de ces lments dalliage.

Comprendre le phnomneA/ Initiation de la corrosion Dans un lectrolyte riche en chlorures, une zone confine lie par exemple un design non optimis, favorise laccumulation dions chlorures. Lacidification progressive du milieu dans cette zone facilite la dstabilisation du film passif. Quand le pH dans cette zone atteint une valeur critique appele pH de dpassivation , la corrosion sinitie. Le pH de dpassivation ou pHd est employ pour caractriser la rsistance linitiation de la corrosion caverneuse.

Figure 3Figure 2

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

10 12 14 16 18 20 22 24 26

K30

K39

K41

18-9E/L

18-11MLK44

K03-K09-K10

K36

Pote

ntie

l de

piq

re d

ans u

ne e

au co

nten

ant 0

,02M

NaC

I pH

=6,6

5

0C

(mV/

SCE)

PRen (%Cr+3,3%Mo+16%n)

700

600

500

400

300

200

100

0

10 12 14 16 18 20 22 24 26

K36

K30

K39

K4118-9E/L

18-11ML

K44

K03-K09-K10

Pote

ntie

l de

piq

re d

ans u

ne e

au co

nten

ant

0,02

M N

aCI p

H=6

,6

23

C (m

V/SC

E)

PRen (%Cr+3,3%Mo+16%n)

La corrosion caverneuse

COMMent?

Rupture de la couche passiveet attaque du mtal

POuRquOI ?

Zone confine(acidification)

Pour positionner la gamme duplex, des essais dans un milieu plus svre, 0,5M de NaCl (17,75g/l de Cl-) 50C, ont t mens.Les rsultats obtenus sont prsents ci-dessous.

Figu

re 4

Po

tent

iel d

e pi

qre

dan

s une

eau

cont

enan

t 0,5

M N

aCl,

23

C et

50

C (m

V/SC

E)

Appellationscommerciales

normes

AstM

endesignation

type uns

DX2202 2202 UNS 32202 1.4062

DX2304 2304 UNS 32304 1.4362

DX2205 2205 UNS 32205 1.4462

>

23

50

50

23

50

23

50

23

50

23 50 23

DX2202 DX2205 DX2304 304 316 K440

100

200

300

400

500

600

700

1200

No

pits

No

pits

No

pits

Des valeurs de pHd pour nos aciers inoxydables sont donnes la Figure 5.Plus les valeurs du pHd sont faibles, meilleure sera la rsistance linitiation de la corrosion caverneuse.

Si sur un enregistrement, on dtecte un pic de courant (dactivit) la corrosion caverneuse se dveloppe, dans le cas contraire, la repassivation a lieu.

La mesure du pic dactivit pour un pH infrieur au pH de dpassivation peut alors tre considre pour comparer qualitativement la vitesse de propagation de la corrosion caverneuse pour diffrentes nuances.

Cette valeur est sensible aux lments dalliage qui amliorent la passivit et limitent la dissolution active, principalement le molybdne, le nickel et le chrome (voir figure 6).

La vitesse de propagation sera aussi fonction de lagressivit locale et de la temprature du milieu.

B/ Propagation de la corrosion

Une fois la corrosion initie, sa propagation intervient par dissolution active du matriau dans la caverne. En laboratoire, nous simulons ce type de corrosion en enregistrant des balayages potentiodynamiques dans des milieux chlorurs de plus en plus acides.

notre recommandationNotre premire recommandation pour viter la corrosion caverneuse est doptimiser la conception de votre pice de faon viter toute caverne artificielle. Une caverne artificielle peut tre cre par un joint mal fix, une soudure non abrase ou mauvaise, des dpts, des interstices entre deux tles etcSi la zone confine est invitable, il est prfrable dagrandir cette zone et surtout ne pas chercher la diminuer. Si le design de votre pice nest pas modifiable ou si votre procd de fabrication rend difficile labsence de zones risque nous recommandons le choix dune nuance approprie, en privilgiant en particulier le choix dun acier inoxydable austnitique ou duplex lorsque votre produit final sera soumis des milieux corrosifs ou intgrs dans des lignes de process. Si les ferritiques avec 20% de chrome limitent le risque dinitiation dune corrosion caverneuse, ils ne permettent pas, exception faite du K44 contenant 2% de molybdne, de freiner sa propagation contrairement aux austnitiques ou duplex plus fortement allis en nickel et/ou molybdne.

La rsistance la corrosion intergranulaire

Comprendre le phnomne

Aux tempratures suprieures 1035C, le carbone est en solution solide dans la matrice des aciers inoxydables austnitiques. Cependant, quand ces matriaux sont refroidis lentement partir de ces tempratures ou bien rchauffs dans la gamme 425 815C, des carbures de chrome sont prcipits aux joints de grain. Ces carbures prsentent

une teneur en chrome leve par rapport la matrice. En consquence, la zone directement adjacente aux joints de grain en est largement appauvrie. Ltat de sensibilisation se manifeste dans beaucoup denvironnements par lamorage privilgi et la propagation rapide de la corrosion sur ces zones dchromes. Pour les aciers inoxydables ferritiques non stabiliss, la temprature de sensibilisation est suprieure 900C.

Figure 5: pH de dpassivation de divers aciers inoxydables dans NaCl 2M (71g/l de Cl-) dsar et acidifi avec HCl 23C.

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

10 15 20 25 30 35PRen (%Cr+3,3%Mo+16%n)

2500

2000

1500

1000

500

01 3 5 7 9 11 13

0,2%Cr+%Mo+0,4%Ni

Figure 6: courant critique icrit au maximum du pic dactivit de divers aciers inoxydables dans NaCl 2M (71g/l de Cl-) dsar et acidifi avec HCl 23C.

MartensiticK03/K09/K10

K30/K31 K41

K39

K45

DX2202

187L

177A189E

1810T1810L 1811ML

1711MT

DX2205

1812MS 1813MS

DX2304

164Mn165MnL

174MnK44

>

notre recommandationEn pratique, ce cas de corrosion peut se rencontrer dans les zones soudes. La solution consiste pour les austnitiques utiliser des nuances bas carbone dites L (Low C=C% Bien que la corrosion sous contrainte des ferritiques puisse tre provoque par des tests de laboratoire particulirement agressifs, leur structure cubique centre les rend rarement sujet ce type de phnomne en pratique.

> La structure cubique faces centres des aciers austnitiques peut prsenter un risque dans ce type de configuration.

En effet, elle favorise un mode de dformation planaire qui peut gnrer des concentrations de contraintes localement trs fortes. Comme le montre le graphe ci dessous, cela est particulirement vrai pour les aciers austnitiques classiques 8% de nickel. Une augmentation du nickel au del de 10% sera bnfique.

> Dans les aciers austnitiques, les aciers austnitiques au manganse auront un comportement sensiblement infrieur.

> La structure austno-frritique des duplex leur procure un comportement intermdiaire, trs proche des ferritiques dans les milieux chlorurs et meilleurs mme dans les milieux H2S.

La structure mtallurgique des aciers inoxydables influence leur comportement dans ce type de configuration:

FiSSuRES

Chlorureseffets temprature

inox

inox

couche passive

Milieu Agressif

couche passive

contraintescontraintes

1000

100

10

1

0 20 40 60 80

Teneur en nickel, pds.%

Pas de fissuration

Fissuration

tem

ps

rupt

ure

(en

heur

es)

Effet de la teneur en nickel sur la rsistance la corrosion sous contrainte dinox contenant de 18-20% de chrome dans du chlorure de magnsium 154C [Issu de ltude de Copson [ref] , Physical Metallurgy of Stress Corrosion Cracking, Interscience, New York, 247 (1959).]

,,

>

> notre recommandationPour viter ce type de corrosion : > supprimer ou mieux rpartir les contraintes, soit en optimisant le disign, soit par traitement de dtensionnement, aprs mise en forme et soudage des pices concernes,> baisser la temprature si possible> si non ralisable, il faudra choisir la nuance la plus adapte en privilgiant les solutions ferritiques ou duplex, mais en tenant compte aussi des autres problmatiques de corrosion rencontres.

La rsistance la corrosion gnralise

Comprendre le phnomne

Cette corrosion se traduit par une dissolution de tous les points constitutifs de la surface du matriau qui sont attaqus par le milieu corrosif. Ceci se traduit lchelle micrographique par une diminution globalement rgulire de lpaisseur ou perte de poids (corrosion uniforme ou gnralise par opposition la corrosion localise).

On rencontre cette corrosion dans les milieux acides. En effet, au dessous dune valeur de pH critique, le film passif protgeant lacier inoxydable nest plus stable et le matriau subit une dissolution active gnralise. Plus le milieu est acide, plus la vitesse de corrosion et la perte dpaisseur de linox en rsultant seront levs.

En laboratoire, nous mesurons cette vitesse de corrosion par le trac de courbe de polarisation dans un milieu acide (ci-dessous). On impose au mtal un balayage croissant en potentiel et on enregistre lintensit correspondante.

Le relev du courant au maximum du pic dactivit permet alors de hirarchiser la rsistance des diffrentes nuances ce type de corrosion (voir Fig.7).

Gnralement, plus ce courant sera lev, plus la vitesse de dissolution sera importante donc moins la nuance sera rsistante.

Aperam Stainless EuropeLe Czanne - 30, Avenue des FruitiersFR-93212 La Plaine Saint Denis Cedex

InformationTel. : +33 1 71 92 06 66Fax : +33 1 71 92 07 98www.aperam.comstainless.europe@aperam.com

notre recommandationPour viter ce type de corrosion, on choisira convenablement sa nuance en fonction de lacidit du milieu demploi.

On notera limpact favorable du chrome et du molybdne qui renforcent le film passif existant du matriau mais aussi leffet combin des alliages nobles (nickel, molybdne et cuivre) qui ralentissent la dissolution du matriau lorsque la stabilit de son film passif est rompue.

Pour un milieu pouvoir oxidant suffisamment faible, la courbe de polarisation cathodique (courbe M) coupe la courbe anodique en dessous du potentiel de piqre : le mtal reste intact.Pour un milieu pouvoir oxydant lev la courbe de polarisation cathodique (courbe B) coupe la courbe anodique au dessus du potentiel de piqre : le mtal se pique.

Courbe de polarisation dans un milieu acide

Figure 7: courant critique icrit au maximum du pic dactivit dans H2SO4 2M dsar 23C.

Transpassivit

Passivit

Prpassivitup

Activit

ImmunitDensit decourant (I)

M

B

Courbes cathodiquesCourbes anodiques

UP = Potentiel de piqre

100

10

1

0.1

0.01

K09 K03 K30 K41 K39 K45 K44 16-4Mn

18-9E 17-4Mn

18-11ML

Sep

tem

bre

2013

, Ape

ram

Sta

inle

ss E

urop

e. F

T-C

orro

sion

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Eur

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xhau

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pera

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Potentiel U

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