L'acier inoxydable Duplex est un matériau d'ingénierie à haute résistance mécanique, excellente résistance à la corrosion et économique. Il est largement utilisé dans les secteurs de la pétrochimie, de l'ingénierie marine, de l'énergie nucléaire, de la transformation des aliments et dans d'autres domaines. Ce blog présente la définition, les caractéristiques, la classification, l'application et la méthode de sélection des matériaux de l'acier inoxydable duplex afin de vous aider à mieux choisir la nuance d'acier inoxydable appropriée.
Caractéristiques de base de l'acier inoxydable duplex
La caractéristique notable de l'acier inoxydable duplex est la coexistence de deux structures cristallines, la ferrite (α-Fe) et l'austénite (γ-Fe), dans la microstructure, et les deux coexistent généralement dans un rapport de volume proche de 1:1. Cette structure duplex est obtenue en contrôlant précisément le ratio d'éléments tels que le chrome (Cr), le nickel (Ni) et le molybdène (Mo) : le chrome est un élément formant la ferrite et le nickel est un stabilisateur de l'austénite. L'équilibre entre les deux garantit que le rapport entre les deux phases est proche de 50:50. L'ajout d'azote permet de stabiliser davantage la phase austénitique, tout en améliorant la solidité et la résistance à la corrosion.
Du point de vue des performances, la phase ferrite confère au matériau une grande solidité et une résistance à la corrosion fissurante sous contrainte due au chlorure, tandis que la phase austénite lui confère ténacité et résistance aux acides. Cet effet synergique permet à l'acier inoxydable duplex d'atteindre le meilleur équilibre entre la solidité, la résistance à la corrosion et la ténacité. Par exemple, l'acier inoxydable austénitique ordinaire (tel que le 304) est sujet à la fissuration par corrosion sous contrainte dans des environnements d'ions chlorure, tandis que l'acier ferritique à haute teneur en chrome est plus fragile. L'acier inoxydable duplex surmonte les défauts des deux types de matériaux. Les données d'essai montrent que la limite d'élasticité de l'acier inoxydable duplex peut atteindre 400-550 MPa, soit plus du double de celle de l'acier inoxydable 304 (environ 205 MPa), tandis que l'allongement reste à 25%-40%, ce qui est nettement plus élevé que l'acier faiblement allié à haute résistance.
En termes de résistance à la corrosion, la résistance équivalente à la piqûre (PREN) de l'acier inoxydable duplex peut être calculée par la formule :
PREN= %Cr + 3,3 ×%Mo + 16 ×%N
Si l'on prend l'exemple de la nuance 2205, Cr 22%, Mo 3%, N 0,15%, sa valeur PREN atteint 33-34, ce qui est beaucoup plus élevé que l'acier inoxydable 304 (PREN≈18) et l'acier inoxydable 316 (PREN≈24). Plus important encore, l'acier inoxydable duplex présente une forte résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte due au chlorure - dans un environnement d'eau de mer contenant des ions de chlorure, l'acier inoxydable austénitique ordinaire peut se fissurer en quelques mois, alors que l'acier inoxydable duplex peut être utilisé en toute sécurité pendant des décennies.
Classification et nuances typiques de l'acier inoxydable duplex
Actuellement, l'acier inoxydable duplex est principalement divisé en quatre générations. Les caractéristiques et les qualités typiques de chaque génération sont les suivantes :
Le grade représentatif de première génération 2205 (S31803) contient du Cr 22%, du Ni 5%, du Mo 3% et du N 0,15%. La formule classique équilibre la résistance à la corrosion et la solidité et est largement utilisée dans les équipements chimiques et les pipelines d'eau de mer. L'acier super duplex de deuxième génération 2507 (S32750) contient Cr 25%, Ni 6%, Mo 3.5%, et N 0.25%. La valeur PREN est ≥40, et la résistance à la corrosion est plus forte. Il convient aux plates-formes offshore et aux équipements GNL. La troisième génération de 2507Cu ajoute des éléments de Cu au 2507 pour améliorer la résistance à la corrosion caverneuse. Elle convient à l'acide chlorhydrique à haute concentration et aux industries papetières. La qualité économique de quatrième génération LDX 2101 contient peu de nickel (1,5%), beaucoup de manganèse (5,5%), Cr 21%, Mo 0,3%, et une valeur PREN de 26-28. Il est utilisé dans les équipements de construction et de protection de l'environnement.
Le point essentiel est que les première et deuxième générations sont des qualités d'application courantes. La deuxième génération améliore considérablement la résistance à la corrosion en augmentant la teneur en chrome, en molybdène et en azote ; la troisième génération est optimisée pour des environnements corrosifs spécifiques (tels que l'acide chlorhydrique à haute concentration) ; la quatrième génération permet de maîtriser les coûts en réduisant la teneur en nickel.
Application et sélection des matériaux de l'acier inoxydable duplex
L'industrie du pétrole et du gaz est le principal domaine d'application de l'acier inoxydable duplex. Le système de collecteurs des plateformes de production pétrolière en eaux profondes utilise l'acier inoxydable duplex (tel que le 2507) pour résister à la corrosion de l'eau de mer (PREN≥40) et à la haute pression (≥600 MPa) ; le revêtement du réservoir de stockage de GNL utilise le 2205 ou le 2507, en tenant compte de la ténacité à basse température (-50℃) et de la résistance à la corrosion sous contrainte par le sulfure d'hydrogène. Dans les domaines de la chimie et de l'énergie, les dispositifs de désulfuration par voie humide et les pipelines de refroidissement de l'énergie nucléaire utilisent le 2205 ou le 2507 pour résister à la corrosion moyenne de l'acide sulfurique, de l'acide phosphorique et à la corrosion sous contrainte du sulfure à haute température. Dans les domaines de la construction et de la protection de l'environnement, le LDX 2101 est utilisé pour les garde-corps des ponts et les équipements de traitement des eaux usées, réduisant les coûts de maintenance grâce à son faible coût en nickel (1,5%) et à sa bonne résistance à la corrosion atmosphérique et à la corrosion par les eaux usées.
Le choix du matériau doit se faire en fonction de l'environnement corrosif (eau de mer, acide, concentration d'ions chlorure), des propriétés mécaniques (résistance à la pression, résistance aux chocs), du coût (teneur en nickel et utilisation du matériau) et des exigences en matière de traitement et de soudage. Par exemple, le 2507 avec PREN ≥ 40 est préféré dans l'environnement de l'eau de mer ; l'équipement chimique doit choisir le 2205 ou le 2507 en fonction de la concentration du milieu ; et le LDX 2101 économique peut être utilisé pour les garde-corps des bâtiments. Les solutions aux problèmes typiques comprennent : le contrôle de l'apport de chaleur pendant le soudage pour éviter la fragilisation (en utilisant un fil de soudage adapté et un processus de soudage multicouche à passes multiples) ; le traitement de surface (Ra ≤ 0,8μm) et la conception structurelle (en évitant les interstices) pour éviter les piqûres.
Processus de production et points de qualité
La production d'acier inoxydable duplex commence par la fusion. Les matières premières sont fondues dans un four à arc électrique (EAF), puis transférées dans un four de décarburation à l'argon et à l'oxygène (AOD) pour la décarburation, et la teneur en carbone est contrôlée à ≤0,03% (l'acier super duplex nécessite ≤0,02%). La décarburation à l'oxygène sous vide (VOD) réduit encore les impuretés, et après la coulée continue en brames, le laminage à chaud (1050-1150℃) et le laminage à froid sont effectués, et enfin le recuit (1020-1100℃ trempe à l'eau) est effectué pour restaurer l'équilibre duplex.
_______________________________________________________________________________________
Daxun Alloy Co. Ltd. fournit de l'acier inoxydable duplex de haute qualité à des clients du monde entier, y compris des plaques, des bobines, des tubes et des barres, etc., avec des processus de production standard et des réglementations strictes. Si votre projet l'exige, veuillez nous contacter immédiatement pour obtenir le meilleur devis.
