Tube en acier inoxydable résistant à la corrosion

Dans notre gamme de produits, nous proposons à nos clients deux catégories d'aciers inoxydables qui présentent une excellente résistance à la corrosion : l'acier inoxydable et l'acier inoxydable.

Austénitique-ferritique Acier inoxydable duplex se caractérisent par d'excellentes qualités mécaniques, en particulier par une fissuration par corrosion sous contrainte résistance. Ils sont particulièrement adaptés aux applications maritimes et à l'industrie chimique. Leur excellente résistance à la corrosion leur permet de supporter un milieu chloruré, notamment sous l'effet de la pression mécanique. stress. Ils sont donc supérieurs à l'acier austénitique dans de nombreux cas.

La catégorie des austénitique résistant à la corrosion Les tubes en acier inoxydable comprennent principalement des matériaux avec des alliages plus élevés (par exemple, le nickel, le chrome et le molybdène). Ils sont résistants à différents types de corrosion causés par des influences chimiques humides, et sont toujours capables de conserver une matrice cubique austénitique à faces centrées. Il s'agit donc d'une gamme d'aciers inoxydables très polyvalents.

Bien que l'une des principales raisons pour lesquelles l'acier inoxydable est utilisé soit résistance à la corrosionIls souffrent en effet de certains types de corrosion dans certains environnements et il faut veiller à sélectionner une qualité qui conviendra à l'application. Corrosion peuvent causer divers problèmes, en fonction des applications : Perforation, par exemple des réservoirs et des tuyaux, qui permet la fuite de fluides ou de gaz,

Perte de résistance lorsque la section transversale de structurel est réduite par la corrosion, ce qui entraîne une perte de résistance de la structure et une défaillance subséquente. Dégradation de l'aspect, lorsque des produits de corrosion ou des piqûres peuvent nuire à la finition décorative de la surface.

Enfin, la corrosion peut produire du tartre ou de la rouille qui peuvent contaminer le matériel manipulé, ce qui est particulièrement vrai dans le cas des équipements de transformation des aliments.

La corrosion des aciers inoxydables peut être classée dans l'une des catégories suivantes :

• Corrosion générale
• Corrosion par piqûres
• Corrosion par crevasses
• Fissuration par corrosion sous contrainte
• Sulfure Fissuration par corrosion sous contrainte
• Corrosion intergranulaire
• Corrosion galvanique
• Corrosion de contact

Corrosion générale

Corrosion par élimination uniforme du matériau, par dissolution, par exemple lorsque l'acier inoxydable est utilisé dans une usine chimique pour contenir des acides forts. Dans ce cas, la conception est basée sur des données publiées pour prédire la durée de vie du composant.

Les données publiées indiquent l'élimination du métal sur une période d'un an. Des tableaux de résistance à divers produits chimiques sont publiés par diverses organisations et une très vaste collection de tableaux, de listes, de recommandations et de documents techniques est disponible auprès des fabricants et des fournisseurs d'acier inoxydable.

Corrosion par piqûres

Dans certaines conditions, notamment en présence de fortes concentrations de chlorures (comme le chlorure de sodium dans l'eau de mer), de températures modérément élevées et d'un faible pH (c'est-à-dire de conditions acides), une corrosion très localisée peut se produire et entraîner la perforation des tuyaux et des raccords, etc. Ce phénomène n'est pas lié aux données publiées sur la corrosion, car il s'agit d'une corrosion extrêmement localisée et grave qui peut traverser la section transversale du composant. Les nuances à forte teneur en chrome, et en particulier en molybdène et en azote, sont plus résistantes à la corrosion par piqûres.

Résistance à la piqûre Nombre équivalent (PREN)

L'indice équivalent de résistance à la piqûre (PREN) s'est avéré donner une bonne indication de la résistance à la piqûre des aciers inoxydables. L'indice PRE peut être calculé comme suit

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N

L'une des raisons pour lesquelles la corrosion par piqûres est si grave est qu'une fois qu'une piqûre s'est formée, elle a fortement tendance à continuer à se développer, même si la majorité de l'acier environnant n'est pas touchée.

La tendance d'un acier particulier à être attaqué par la corrosion par piqûres peut être évaluée en laboratoire. Un certain nombre de tests standard ont été mis au point, le plus courant étant celui de l'ASTM G48. Il est possible de tracer un graphique indiquant la température à laquelle la corrosion par piqûres est susceptible de se produire, comme le montre la figure 1.

Figure 1. Température à laquelle la corrosion par piqûres est susceptible de se produire

Il est basé sur un test standard de chlorure ferrique en laboratoire, mais permet de prédire les résultats dans de nombreuses conditions de service.

Corrosion par crevasses

La résistance à la corrosion d'un acier inoxydable dépend de la présence d'une couche d'oxyde protectrice à sa surface, mais il est possible, dans certaines conditions, que cette couche d'oxyde s'effrite, par exemple dans les acides réducteurs ou dans certains types de combustion où l'atmosphère est réductrice. Les zones où la couche d'oxyde peut se dégrader peuvent aussi parfois résulter de la manière dont les composants sont conçus, par exemple sous les joints, dans les angles rentrants ou associés à une pénétration incomplète de la soudure ou à des surfaces qui se chevauchent. Tous ces éléments peuvent former des crevasses qui favorisent la corrosion. Pour fonctionner comme un site de corrosion, une crevasse doit être suffisamment large pour permettre l'entrée du corrosif, mais suffisamment étroite pour garantir que le corrosif reste stagnant. Par conséquent, la corrosion par crevasses se produit généralement dans des interstices de quelques micromètres de large, et ne se trouve pas dans des rainures ou des fentes dans lesquelles la circulation du corrosif est possible. Ce problème peut souvent être résolu en prêtant attention à la conception du composant, en particulier en évitant la formation de crevasses ou, du moins, en les gardant aussi ouvertes que possible. La corrosion caverneuse est un mécanisme très similaire à la corrosion par piqûres ; les alliages résistants à l'un sont généralement résistants aux deux. La corrosion caverneuse peut être considérée comme une forme plus sévère de la corrosion par piqûres, car elle se produit à des températures nettement inférieures à celles de la corrosion par piqûres.

Fissuration par corrosion sous contrainte (CSC)

Sous les effets combinés des contraintes et de certains environnements corrosifs, les aciers inoxydables peuvent être soumis à cette forme de corrosion très rapide et sévère. Les contraintes doivent être de type traction et peuvent résulter de charges appliquées en service, ou de contraintes créées par le type d'assemblage (par exemple, ajustement serré de goupilles dans des trous), ou de contraintes résiduelles résultant de la méthode de fabrication (par exemple, travail à froid). L'environnement le plus dommageable est une solution de chlorures dans l'eau, comme l'eau de mer, en particulier à des températures élevées. Par conséquent, les aciers inoxydables sont limités dans leur utilisation pour contenir des eaux chaudes (au-dessus de 50°C) contenant même des traces de chlorures (plus de quelques parties par million). Cette forme de corrosion ne s'applique qu'au groupe des aciers austénitiques et est liée à la teneur en nickel. La nuance 316 n'est pas beaucoup plus résistante à la CSC que la nuance 304. Les aciers inoxydables duplex sont beaucoup plus résistants à la CSC que les aciers austénitiques, la nuance 2205 étant pratiquement immunisée à des températures allant jusqu'à environ 150°C, et les nuances super duplex sont encore plus résistantes. Les nuances ferritiques ne souffrent généralement pas de ce problème.

Dans certains cas, il s'est avéré possible d'améliorer la résistance à la CSC en appliquant une contrainte de compression au composant à risque ; cela peut se faire par grenaillage de la surface par exemple. Une autre solution consiste à s'assurer que le produit n'est pas soumis à des contraintes de traction en procédant à un recuit final. Ces solutions au problème ont été couronnées de succès dans certains cas, mais doivent être évaluées très soigneusement, car il peut être très difficile de garantir l'absence de contraintes de traction résiduelles ou appliquées.

D'un point de vue pratique, le grade 304 peut être adéquat dans certaines conditions. Par exemple, la nuance 304 est utilisée dans de l'eau contenant 100 à 300 parties par million (ppm) de chlorures à des températures modérées. Il peut être risqué d'essayer d'établir des limites car les conditions humides/sèches peuvent concentrer les chlorures et augmenter la probabilité de fissuration par corrosion sous contrainte. La teneur en chlorure de l'eau de mer est d'environ 2% (20 000 ppm). L'eau de mer à plus de 50°C est utilisée dans des applications telles que les échangeurs de chaleur pour les centrales électriques côtières.

Récemment, un petit nombre de cas de défaillances dues à la corrosion sous contrainte par le chlorure ont été observés à des températures plus basses que ce que l'on pensait jusqu'à présent. Ces cas se sont produits dans l'atmosphère chaude et humide au-dessus de piscines intérieures chlorées, où des fixations en acier inoxydable (généralement de qualité 316) sont souvent utilisées pour suspendre des éléments tels que des conduits de ventilation. Des températures aussi basses que 30 à 40°C ont été relevées. Il y a également eu des défaillances dues à la corrosion sous contrainte à des températures plus élevées avec des niveaux de chlorure aussi bas que 10 ppm. Ce problème très grave n'est pas encore totalement compris.

Fissuration par corrosion sous contrainte du sulfure (SSC)

Pour de nombreux utilisateurs de l'industrie pétrolière et gazière, la résistance du matériau à la corrosion fissurante sous contrainte due au sulfure est d'une importance capitale. Le mécanisme de la CSC n'a pas été défini de manière univoque, mais il implique l'action conjointe du chlorure et du sulfure d'hydrogène, nécessite la présence d'une contrainte de traction et présente une relation non linéaire avec la température.

Les trois principaux facteurs sont le niveau de stress, l'environnement et la température.

Niveau de stress

Un seuil de contrainte peut parfois être identifié pour chaque combinaison matériau-environnement. Certaines données publiées montrent une baisse continue de la contrainte seuil avec l'augmentation des niveaux de H2S. Pour se prémunir contre le SSC, la spécification NACE MR0175 pour les environnements sulfurés limite les nuances austénitiques courantes à une dureté maximale de 22HRC.

Environnement

Les principaux agents sont le chlorure, le sulfure d'hydrogène et le pH. Il existe une synergie entre ces effets, avec un effet apparemment inhibiteur du sulfure à des niveaux élevés de H2S.

Température

Avec l'augmentation de la température, la contribution du chlorure augmente, mais l'effet de l'hydrogène diminue en raison de sa mobilité accrue dans la matrice de ferrite. Le résultat net est une susceptibilité maximale dans la région de 60 à 100°C. Un certain nombre de facteurs secondaires ont également été identifiés, notamment la quantité de ferrite, l'état de surface, la présence de travail à froid et la teinte thermique des soudures.

Corrosion intergranulaire

La corrosion intergranulaire est une forme de corrosion relativement rapide et localisée associée à une microstructure défectueuse connue sous le nom de précipitation de carbure. Lorsque les aciers austénitiques ont été exposés pendant un certain temps à une température comprise entre 425 et 850°C environ, ou lorsque l'acier a été chauffé à des températures plus élevées et qu'on l'a laissé refroidir dans cette plage de température à une vitesse relativement lente (comme c'est le cas après le soudage ou le refroidissement à l'air après le recuit), le chrome et le carbone de l'acier se combinent pour former des particules de carbure de chrome le long des joints de grains dans l'ensemble de l'acier. La formation de ces particules de carbure dans les joints de grains appauvrit le métal environnant en chrome et réduit sa résistance à la corrosion, ce qui permet à l'acier de se corroder préférentiellement le long des joints de grains. L'acier dans cet état est dit "sensibilisé".

Il convient de noter que la précipitation des carbures dépend de la teneur en carbone, de la température et du temps passé à la température. La plage de température la plus critique se situe autour de 700°C, à laquelle les aciers au carbone 0,06% précipiteront des carbures en 2 minutes environ, alors que les aciers au carbone 0,02% sont en fait à l'abri de ce problème.

Il est possible de récupérer l'acier qui souffre de la précipitation des carbures en le chauffant à plus de 1000°C, suivi d'une trempe à l'eau pour retenir le carbone et le chrome en solution et empêcher ainsi la formation de carbures. La plupart des structures soudées ou chauffées ne peuvent pas bénéficier de ce traitement. traitement thermique C'est pourquoi des nuances d'acier spéciales ont été conçues pour éviter ce problème. Il s'agit des nuances stabilisées 321 (stabilisées au titane) et 347 (stabilisé avec du niobium). Titane Les carbures de titane, de niobium et de tantale se forment donc à la place des carbures de chrome, laissant le chrome en solution et garantissant une résistance totale à la corrosion.

Une autre méthode utilisée pour lutter contre la corrosion intergranulaire consiste à utiliser des qualités à très faible teneur en carbone, telles que les qualités 316L et 304LCes derniers ont des niveaux de carbone extrêmement bas (généralement inférieurs à 0,03%) et sont donc considérablement plus résistants à la précipitation du carbure.

De nombreux environnements n'entraînent pas corrosion intergranulaire dans les aciers inoxydables austénitiques sensibilisés, par exemple l'acide acétique glacial à température ambiante, une solution saline alcaline telle que le carbonate de sodium, l'eau potable et la plupart des étendues d'eau douce intérieures. Dans ces environnements, il n'est pas nécessaire de se préoccuper de la sensibilisation. Il n'y a généralement pas de problème non plus en cas d'exposition à la lumière jauge l'acier, car il se refroidit généralement très rapidement après le soudage ou une autre exposition à des températures élevées.

Il est également vrai que la présence de carbures au niveau des joints de grains ne nuit pas à la résistance à haute température des aciers inoxydables. Les nuances qui sont spécifiquement destinées à ces applications ont souvent une teneur en carbone élevée, car cela augmente leur résistance à haute température et leur résistance au fluage. Il s'agit des variantes "H" telles que les nuances 304H, 316H, 321H et 347Het aussi 310. Tous ces produits ont des teneurs en carbone qui se situent délibérément dans la fourchette de précipitations.

Corrosion galvanique

La corrosion étant un processus électrochimique impliquant la circulation d'un courant électrique, elle peut être générée par un effet galvanique résultant du contact de métaux dissemblables dans un électrolyte (un électrolyte est un liquide conducteur d'électricité). En fait, trois conditions sont nécessaires pour qu'il y ait corrosion galvanique : les deux métaux doivent être largement séparés sur la série galvanique (voir figure 2), ils doivent être en contact électrique et leurs surfaces doivent être pontées par un liquide conducteur d'électricité. La suppression de l'une de ces trois conditions empêchera la corrosion galvanique.

Figure 2. Série galvanique pour les métaux dans l'eau de mer courante.

Le moyen de prévention le plus évident est donc d'éviter les fabrications métalliques mixtes. Souvent, cela n'est pas pratique, mais la prévention peut aussi consister à supprimer le contact électrique - ce qui peut être réalisé par l'utilisation de rondelles ou de manchons en plastique ou en caoutchouc, ou en garantissant l'absence d'électrolyte, par exemple en améliorant la vidange ou en utilisant des capots de protection. Cet effet dépend également des surfaces relatives des métaux dissemblables. Si la surface du matériau moins noble (le matériau anodique, plus à droite dans la figure 2) est importante par rapport à celle du matériau plus noble (cathodique), l'effet corrosif est fortement réduit et peut même devenir négligeable. Inversement, une grande surface de métal noble en contact avec une petite surface de métal moins noble accélérera la vitesse de corrosion galvanique. Par exemple, il est courant de fixer des feuilles d'aluminium avec des vis en acier inoxydable, mais les vis en aluminium dans une grande zone d'acier inoxydable sont susceptibles de se corroder rapidement.

Corrosion de contact

Elle combine des éléments de corrosion par piqûres, par crevasses et galvanique, et se produit lorsque de petites particules de matières étrangères, en particulier de l'acier au carbone, sont laissées sur un acier inoxydable. surface. L'attaque commence par une cellule galvanique - la particule de matière étrangère est anodique et donc susceptible d'être rapidement corrodée, mais dans les cas graves, une fosse peut également se former dans l'acier inoxydable, et la corrosion par piqûres peut se poursuivre à partir de ce point. La cause la plus fréquente est la présence de débris provenant du meulage d'acier au carbone à proximité ou de l'utilisation d'outils contaminés par de l'acier au carbone. C'est pourquoi certains fabricants disposent d'ateliers dédiés à l'acier inoxydable où tout contact avec l'acier au carbone est totalement évité.

Tous les ateliers et entrepôts qui manipulent ou stockent des tubes en acier inoxydable doivent également être conscients de ce problème potentiel et prendre des précautions pour l'éviter. Des bandes de protection en plastique, en bois ou en moquette peuvent être utilisées pour éviter tout contact entre les tubes en acier inoxydable et les rayonnages de stockage en acier au carbone. D'autres équipements de manutention doivent être protégés, notamment les pneus des chariots élévateurs à fourche et les dispositifs de levage des grues. Les élingues en tissu propre se sont souvent révélées être une alternative utile.

Passivation et les marinades

Si l'acier inoxydable est contaminé par des débris d'acier au carbone, ceux-ci peuvent être éliminés par passivation à l'aide d'acide nitrique dilué ou par décapage à l'aide d'un mélange d'acides fluorhydrique et nitrique.

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