Oxidation Resistance of Stainless Steels

Résistance à l'oxydation des aciers inoxydables

L'oxydation est la formation d'une calamine riche en oxyde. Une fois formée, la calamine ralentit l'oxydation, à moins qu'elle ne soit enlevée mécaniquement ou fissurée, ce qui peut se produire si l'acier se déforme sous l'effet d'une charge. Dans l'acier inoxydable, utilisé à des températures élevées température jusqu'à 1100°C pour résistance à la chaleur Dans certains types d'acier, ce phénomène est utilisé à bon escient, la calamine formée étant principalement riche en chrome. La couche de calamine reformée empêche la poursuite de l'oxydation, mais le métal perdu dans la formation de l'oxyde réduit la résistance effective de la section d'acier.

La résistance à l'oxydation dépend principalement de la température, de la composition du gaz et du niveau d'humidité, ainsi que de la qualité de l'acier et principalement du niveau de chrome. Austénitique Les aciers inoxydables austénitiques sont le meilleur choix car ils présentent également une meilleure résistance à température élevée que la famille des aciers ferritiques. Les taux de dilatation thermique plus élevés des austénitiques peuvent entraîner des problèmes tels que des déformations et des pertes d'écailles (écaillage) pendant les cycles thermiques.

Conditions pour la formation d'oxydes stables
L'oxydation dépend principalement de la teneur en oxygène de l'atmosphère. Les mélanges de gaz comprenant de l'air, du dioxyde de carbone et de la vapeur favorisent tous l'oxydation. La résistance à l'oxydation est due à la formation d'oxydes riches en chrome (Cr2O3) à la surface de l'acier. Une fois formés, ces oxydes ne croissent que lentement, protégeant ainsi l'acier sous-jacent d'une oxydation supplémentaire. Les conditions de l'atmosphère oxydante renforcent la résistance à l'oxydation. La vapeur d'eau peut avoir un effet négatif sur la résistance à l'oxydation de l'acier inoxydable. Cela est probablement dû à une diminution de la plasticité de la couche d'oxyde protectrice. En règle générale, les températures maximales de service dans l'air humide, par rapport à l'air sec, doivent être abaissées d'environ 40-65℃. La vapeur à haute température doit être considérée comme un cas particulier.

Si la couche d'oxyde se fissure dans des conditions de températures cycliques, le taux global d'oxydation augmente. Cela peut être un problème pour la famille austénitique et se traduit par des températures de service maximales plus basses dans des conditions de température "intermittentes" que dans des conditions de service "continues". En revanche, les aciers inoxydables ferritiques et martensitiques présentent généralement des températures de service intermittentes plus élevées que les températures de service continues.Effets de la nuance d'acier (composition) sur la résistance à l'oxydation

La teneur en chrome est la plus importante pour la résistance à l'oxydation. Bien que les teneurs en chrome du 18% du ferritique 430 1.4016 et austénitique 304 1.4301, 316 1.4401 et 3211.4541 Les aciers spécifiquement conçus pour résister à l'oxydation ont généralement des teneurs en chrome plus élevées, de l'ordre de 20-25%, comme la nuance 310 1.4845.

Le nickel contribue également à améliorer la résistance à l'oxydation. Ceci est probablement dû à une meilleure adhésion de la couche d'oxyde.

Le silicium et l'aluminium sont également ajoutés pour améliorer la résistance à l'oxydation et sont présents dans certaines qualités, en quantités limitées, car ils peuvent également affecter négativement la formabilité et la performance à l'oxydation de l'acier. acier inoxydable résistant à la chaleur.

Le calcium ajouté en petites quantités peut également être bénéfique résistance à l'oxydation.

Des éléments de terre rare, dont le cérium et l'yttrium, sont également ajoutés pour fabriquer certaines qualités spécialisées résistantes à la chaleur. Ces ajouts ont probablement un effet similaire à celui du nickel, en favorisant l'adhésion de la couche d'oxyde riche en chrome à la surface du métal.

Un exemple de grade résistant à la chaleur qui utilise une combinaison de ces avantages de composition est le grade 253MA (1.4835). Cet acier n'a pas de spécification aluminium mais on y ajoute de l'azote pour une meilleure résistance.

EN 10095, composition 1.4835, poids %
C	Si	Cr	Ni	N	Ce
0.05-0.12	1.40-2.50	20.0-22.0	10.0-12.0	0.12-0.20	0.03-0.08

Fragilisation en service température

Outre leur faible résistance à température élevée, les aciers ferritiques peuvent former des constituants fragiles dans certaines plages de température.
Les plages de température de 370 à 540°C doivent être évitées. Dans les nuances ferritiques à haute teneur en chrome, une fragilisation à des températures plus élevées peut également se produire en raison de la formation d'une phase "sigma". Ce problème se pose également si le type 25% au chrome 1.4845 (310) est utilisé à des températures INFÉRIEURES à environ 900°C. La fissuration lors du refroidissement à des températures ambiantes pour l'entretien peut se produire après un service à ces températures.
Les austénitiques "standard" 1.4878 / 14541 (321), 1.4401 (316) ou 1.4301 (304) peuvent être de meilleurs choix pour ces températures "inférieures", jusqu'à environ 870°C, qui est leur température de service maximale dans l'air.

Résistance à l'oxydation des aciers inoxydables

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