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Acier inoxydable 1
Acier inoxydable
Cet article est li auxcomposs du fer et du carbone
Fer CarbonePhases
Austnite Bainite Carbure de fer Cmentite Ferrite Graphite
Ldburite Martensite Perlite
Acier
Acier Corten Acier duplex Acier lectrique Acier galvanis Acier
inoxydable Acier maraging Acier rapide Dsignation normalise
Autre produits ferreux
Fonte Fer puddl Fer forg
Les aciers inoxydables, couramment appels inox, jouent un grand
rle dans d'innombrables domaines : viequotidienne, industrie
mcanique, agroalimentaire, chimie, transports, mdecine,
chirurgie,etc. Ce sont des aciers,alliages de fer et de carbone,
auxquels on ajoute essentiellement du chrome qui, au-del de 10,5 %
en solution (selonla teneur en carbone) dans la matrice, provoque
la formation d'une couche protectrice d'oxyde de chrome qui confre
ces aciers leur inoxydabilit.D'autres lments peuvent tre ajouts,
notamment le nickel qui amliore les proprits mcaniques en gnral et
laductilit en particulier, et d'autres lments comme le molybdne ou
le titane qui amliorent la stabilit de l'alliagepour des
tempratures autres que l'ambiante ainsi que des lments hauts points
de fusion comme le vanadium et letungstne accompagn en gnral d'une
augmentation de la teneur en chrome, pour obtenir la rsistance aux
hautestempratures au contact d'une flamme (aciers rfractaires).
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Acier inoxydable 2
Rappels sur la corrosion et la passivationLes phnomnes de
corrosion des mtaux sont de nature lectrochimique: le mtal retrouve
son tatthermodynamiquement stable, l'tat oxyd. En prsence d'un
milieu oxydant (eau, atmosphre), le mtal ragit avecl'environnement,
cette raction se faisant avec des changes d'lectrons.Le fer,
constituant majoritaire des aciers, s'oxyde facilement ; le produit
de corrosion, la rouille, s'effrite ou se dissoutdans l'eau, ce qui
cre une dgradation de la pice. chaud, la diffusion des atomes
oxydant dans l'paisseur dumtal peut compliquer encore le
problme.Une des manires d'viter la corrosion consiste mettre une
quantit importante de chrome (Cr) dans l'acier (plus de10,5 % en
masse) : le chrome ragit avec le dioxygne de l'air et forme une
couche d'oxyde de chrome Cr2O3 :
4 Cr + 3 O2 2 Cr2O3Cette couche, compacte, adhrente et donc
protectrice, est appele couche passive : elle forme une
barriresparant l'acier de son milieu. En temps normal, elle est
invisible car trs fine. Ainsi, contrairement son nom, l'aciern'est
pas inoxydable : il s'oxyde rapidement, mais forme un oxyde
protecteur, contrairement la rouille.Par rapport une lectrode
hydrogne de rfrence, le potentiel des aciers inoxydables se situe
entre le molybdneet le mercure, non loin de l'argent et du
platine.L'addition de divers lments d'alliage permet de s'adapter
au milieu spcifique dans lequel doit tre utilis l'acier, etde
modifier ses proprits mcaniques : l'ajout de nickel amliore les
proprits de la couche passive ; celui-ci s'intgre la couche
d'oxyde
2 Ni + O2 2 NiO le nickel est un lment gammagne, il permet
d'obtenir une structure austnitique et donc d'avoir des tles qui
se
mettent en forme facilement ; le carbone en haute teneur permet
de tremper l'acier et d'obtenir un acier martensitique, trs dur ;
mais le carbone nuit la soudabilit, et par ailleurs, il peut piger
le chrome et gner la formation de la couche
passive ; d'autres lments d'alliage, pour l'essentiel des mtaux
relativement nobles comme le nickel, le molybdne, le
cuivre, amliorent encore la rsistance chimique, en particulier
dans les milieux non oxydants.Il existe de fait de trs nombreuses
nuances d'aciers inoxydables et le choix est parfois difficile, car
ils n'ont pas tousle mme comportement dans un milieu donn. On les
dsigne souvent par les pourcentages massiques en nickel et
enchrome. Ainsi, un acier inoxydable 18/10, tel que ceux utiliss en
coutellerie, pour les couverts et pour la cuisine engnral, contient
18 % en masse de chrome et 10 % en masse de nickel. Cette
dsignation est en fait trs insuffisantecar elle ne prjuge en rien
de la structure mtallurgique.Les aciers inoxydables peuvent se
corroder si l'on n'utilise pas la bonne nuance par rapport
l'environnement de lapice (composition chimique de l'environnement,
temprature), ou bien si la couche passive ne se forme pas avant
lamise en service de la pice : le mtal est mis nu (meulage,
usinage, dformation de la pice faisant craquer la couche passive,
frottement,
rosion, cavitation), mais de l'huile ou de la graisse empche
l'air d'arriver pour oxyder ; la surface est alors dite active
;
des particules d'acier non inoxydable polluent la surface
(pollution par le fer) : ces particules rouillent, ce quiforme des
auroles, mais peuvent aussi amorcer une corrosion de l'inox dans
certains cas ;
on peut avoir de la corrosion galvanique : contact de l'inox
avec un mtal plus noble, htrognit dans l'inox,variation de
concentration du milieu.
On peut dire que : les aciers inoxydables ne peuvent tre corrods
froid qu'en prsence d'humidit. C'est ainsi qu'ils rsistent au
chlore, gaz pourtant trs corrosif, pourvu que ce dernier soit
parfaitement sec ;
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Acier inoxydable 3
une bonne utilisation des aciers inoxydables ncessite donc un
mtal d'une trs grande homognit pour viterdes corrosions locales et
un passage de l'tat actif l'tat passif en tous les points de la
surface expose.
Histoire dcouverteLes premiers alliages de fer et d'acier
rsistant la corrosion furent couls ds l'antiquit : le pilier de fer
de Delhi,rig sous ordre de Kumargupta Ier au Vesicle subsiste
encore de nos jours en parfait tat. Cependant unedistinction doit
tre faite dans le vocabulaire : ces alliages devaient leur
rsistance leur haute teneur en phosphore,et non en chrome. Il ne
s'agissait donc pas d'aciers inoxydables dans le sens que l'on
donne actuellement au terme.Dans ces alliages et sous des
conditions climatiques favorables, il se forme en surface une
couche de passivationd'oxyde de fer et de phosphates qui protge le
reste du mtal bien mieux qu'une couche de rouille.Les premiers
aciers rsistants base de chrome furent dvelopps par le mtallurgiste
franais Pierre Berthier, quiremarqua leur rsistance certains acides
et imagina leur application en coutellerie. Cependant, l'poque,
onn'utilisait pas les bas taux en carbone et haut taux en chrome
couramment utiliss dans les aciers inoxydablesmodernes, et les
alliages obtenus alors, trop riches en carbone, taient trop
fragiles pour avoir un vritable intrt.En 1878, les tablissements
Jacob Holtzer[1] situs Unieux (Loire) commencent la production
industrielle d'acierschroms.Dans les annes 1890, l'Allemand Hans
Goldschmidt dveloppa et breveta un procd appel la thermite
quipermettait d'obtenir du fer sans carbone. Entre 1904 et 1911,
divers chercheurs, notamment le Franais Lon Guillet,mirent au point
diffrents alliages que l'on pourrait aujourd'hui considrer comme
inoxydables. En 1911, l'AllemandPhilip Monnartz mettait en vidence
l'influence du taux en chrome des alliages et leur rsistance la
corrosion.Enfin, en 1913, l'Anglais Harry Brearley des laboratoires
Brown-Firth (Sheffield, Angleterre), en travaillant surl'rosion
dans les canons d'armes feu, dveloppa un acier qu'il baptisa
rustless ( sans rouille ) : il s'aperut quedes chantillons polis en
vue d'examens de laboratoire ne subissaient pas d'oxydation. Cet
acier sera ensuite rebaptisstainless ( sans tache , ou pur ), ce
sera officiellement le premier acier porter le nom d'inoxydable
;Brearley entra dans l'histoire comme leur inventeur. Il s'agissait
alors d'un acier inoxydable martensitique (0,24 % encarbone et 12,8
% en chrome). Cependant d'autres aciers comparables avaient t
dvelopps en Allemagne parEduard Maurer et Benno Strauss qui
laboraient un acier inoxydable austnitique (21 % de chrome et 7 %
de nickel)pour Krupp Ag. Aux tats-Unis, Christian Dantsizen et
Frederick Becket lancrent dj la fabrication industrielled'acier
inoxydable ferritique. En 1908, Krupp avait dj construit des
navires coque en acier inoxydablechrome-nickel.En 1924, W. H.
Hatfield, qui succda Harry Brearley la tte des laboratoires
Brown-Firth, labora l'acier 18/8 (18 % en masse de chrome et 8 % en
nickel) qui est probablement le reprsentant le plus utilis des
aciersinoxydables fer-chrome.
Principales nuances d'aciers inoxydablesPour tre class dans la
catgorie inoxydable, un acier doit contenir au moins 10,5 % de
chrome (Norme EN 10020).Les plus courants : X2CrNi18-10 (AISI 304L)
: C : 0,02 %, Cr : 17 19 %, Ni : 9 11 %, utiliss pour la ralisation
d'ouvrages
toutes qualits ; X2CrNiMo17-12 (AISI 316L) : C : 0,02 %, Cr :
16-18 %, Ni : 11-13 %, Mo (molybdne) : 2 %, utiliss dans les
industries chimiques, pharmaceutique, ptrolires,
agro-alimentaires et aussi intensment en milieu nautique ; X8Cr17
(AISI 430) : C : 0,08 %, Cr : 16-18 %, utiliss pour les articles de
mnage, l'lectromnager, les viers ; X6CrTi12 (AISI 409) : C : 0,06
%, Cr : 11-13 %, Ti (titane), utilis dans les chappements
automobiles,
fourneaux,etc.(analyse chimique en % pondral) La plupart des
aciers inoxydables utiliss sont conformes des normes :
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europennes (norme EN 10088 en particulier) ; amricaines (normes
de l'ASTM) ; L signifie low carbon (bas carbone), H signifie High
carbon (haut carbone).Les normes d'autres pays existent galement
mais sont peu connues internationalement. Concernant le tableau
d'quivalence ci dessous il faut remarquer que la nuance amricaine
de type 316 autorise
une teneur en molybdne de 3 % maximum ce qui peut poser un
problme de conformit lorsque la spcificationprconise une norme
europenne qui limite la teneur en molybdne 2,5 %.
quivalences des dsignations
EN 10027(europenne)
AfnorNF A 35573
(France)
AISI(tats-Unis)
Composition
% C % Cr % Ni % Mo %Si
%Mn
% P % S Autres
X12CrNi18-09 Z10CN18-09 302 0,12 16 18 6 8 1 2 0,04 0,03
X12CrNi18-08 Z10CNF18-09 303 0,12 17 19 8 10 0,6 1 2 0,06
0,15
X5CrNi18-09 1.4301 Z7CN18-09 304 0,05 17 19 8 10 1 2 0,04
0,03
X2CrNi18-09 1.4307 Z2CN18-10 304 L 0,02 17 19 9 11 1 2 0,04
0,03
X5CrNi19-11 1.4303 Z8CN18-12 305 0,05 17 19 11 13 1 2 0,04
0,03
X7CrNi23-14 Z12CNS25-13 309 0,07 22 25 11 14 1 2 0,04 0,03
X12CrNiSi25-20 Z12CNS25-20 310 0,12 23 26 18 21 1 2 0,04
0,03
X5CrNiMo18-10 1.4401 Z6CND17-11 316 0,05 16 18 10 12,5
2 2,5 1 2 0,04 0,03
X2CrNiMo18-10 1.4404 Z2CND17-12 316 L 0,02 16 18 10,5 13
2 2,5 1 2 0,04 0,03
X10CrNiMoTi18-101.4571
Z6CNDT17-12 316 Ti 0,1 16 18 10,5 13
2 2,5 1 2 0,04 0,03 Ti . 5 C ; Ti .0,6
X10CrNiTi18-09 1.4541 Z6CNT18-10 321 0,10 17 19 10 12 1 2 0,04
0,03 Ti . 5 C ; Ti .0,6
X7Cr13 1.4003 Z6C13 403 0,07 11,5/13,5 1 1 0,04 0,03
X10Cr13 1.4006 Z12C13 410 0,08/0,15 11,5/13,5 1 1 0,04 0,03
X12CrS13 Z12CF13 416 0,08/0,15 12 14 0,5 0,15/0,6 1 1,5 0,06
0,15
X20Cr13 1.4021 Z20C13 420 0,16-0,25 12 1 1,5 0,04
0,015
X30Cr13 Z30C13 420 B 0,3 12 14 1 1 0,04 0,03
X6Cr17 1.4016 Z8C17 430 0,08 16/18 0,5 1 1 0,04 0,03
X12CrMoS17 Z10CF17 430 F 0,12 16/18 0,5 0,2/0,6 1 1,5 0,06
0,15
X22CrNi17 1.4057 Z15CN16-02 431 0,1/0,2 15/17 1,5/3 1 1 0,04
0,03
X105CrMo17 Z100CD17 440 C 1 17 1
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Produits en aciers inoxydablesLes principales formes de produits
sont : les tles chaud et froid ; les tubes ronds, carrs
(dcoration), rectangulaires (dcoration) ; Les barres ; les fils ;
les demi-produits destins soit tre forgs, soit relamins ; les
fibres ; accessoires, robinetterie, raccords.
Formes de corrosion des aciers inoxydablesComme tous les mtaux,
ces aciers peuvent subir une corrosion chimique uniforme qui
attaque les surfaces demanire rgulire ; on peut alors mesurer la
masse perdue par unit de surface et par unit de temps.
corrosion intergranulaire
D'autres formes de corrosion caractrisent les aciers
inoxydablesaustnitiques et peuvent se rvler trs gnantes l'usage :
la corrosion intergranulaire, en cheminant entre les microcristaux
du
mtal, finit par dsagrger le mtal. Elle est lie la prcipitation
decarbure de chrome le long des joints. Pour qu'elle se produise,
troisconditions doivent tre remplies : au moins 0,035 % de carbone,
unesensibilisation par un maintien une temprature de 400800C,un
milieu extrieur acide avec un pouvoir oxydant compris entredeux
limites bien dfinies ;
la corrosion par piqres n'est gnralement pas due unehtrognit du
matriau mais la prsence accidentelle d'unepoussire mtallique qui,
en milieu humide, forme une pile lectrique. La surface de l'acier
constitue alors lacathode et se corrode. On peut ainsi voir des
tles de 2mm d'paisseur se percer en quelques heures. Un milieu la
fois trs acide et trs oxydant peut produire des effets similaires
;
la corrosion sous contrainte provoque la mise hors service trs
rapide des objets qu'elle attaque. Elle estheureusement trs rare.
Pour qu'elle se produise, il faut que les pices comportent des
parties mises en tension,mme faiblement, sous l'effet des
contraintes de service ou des effets secondaires des soudures,
del'emboutissage... et qu'elles soient en outre exposes un milieu
corrosif de type eau impure, solutions dechlorures mme trs dilues,
soude caustique chaude.
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Structure mtallurgique et rle des lments d'addition
Les lments daddition
Le chrome
Les aciers inoxydables sont des alliages fer-chrome ou plus
exactement acier-chrome c'est--direfer-carbone-chrome. Conformment
la norme europenne EN 10088-1[2], un acier est class acier
inoxydable silcontient au minimum 10,5 % en masse de chrome et
moins de 1,2 % de carbone.Cest le chrome qui donne aux aciers
inoxydables leur rsistance la corrosion.
Le carbone
La teneur en carbone est limite un maximum de 1,2 % en masse
afin dviter la formation de carbures[3]
(notamment de carbures de chrome qui est un compos chimique trs
stable avide de chrome) qui sont prjudiciablesau matriau. Par
exemple, le carbure Cr23C6 qui peut apparatre dans l'austnite 18-9
a un effet ngatif vis--vis de lacorrosion intergranulaire
(appauvrissement trs important en chrome aux abords des carbures
forms provoquant laperte du caractre d'inoxydabilit par captation
du chrome)[4].
Autres lments
Le nickel favorise la formation de structures homognes de type
austnitique. Il apporte les proprits de ductilit,de mallabilit et
de rsilience. A viter soigneusement dans le domaine du
frottement.Le manganse est un substitut du nickel. Certaines sries
dalliages austnitiques ont t dveloppes permettant defaire face aux
incertitudes dapprovisionnement du nickel[5].Le molybdne et le
cuivre amliorent la tenue dans la plupart des milieux corrosifs, en
particulier ceux qui sontacides, mais aussi dans les solutions
phosphoriques, soufres,etc. Le molybdne accrot la stabilit des
films depassivation.Le tungstne amliore la tenue aux tempratures
leves des aciers inoxydables austnitiques.Le titane doit tre utilis
une teneur qui dpasse le quadruple de la teneur en carbone. Il vite
l'altration desstructures mtallurgiques lors du travail chaud, en
particulier lors des travaux de soudure o il prend la place
duchrome pour former un carbure de titane (TiC) avant que ne se
forme le carbure de chrome prservant dece fait le caractre
inoxydable de l'acier en vitant l'appauvrissement en chrome de la
matrice aux abords des zonescarbures.Le niobium a un point de
fusion beaucoup plus lev que le titane et prsente des proprits
semblables. Il est utilisdans les mtaux d'apport pour soudage l'arc
lectrique en lieu et place du titane qui serait volatilis pendant
letransfert dans l'arc lectrique.Le silicium joue galement un rle
dans la rsistance loxydation, notamment vis--vis des acides
fortementoxydants (acide nitrique concentr ou acide sulfurique
concentr chaud[6].
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Systme fer-chromeLe fer pur possde trois formes allotropiques en
fonction de la temprature : jusqu 910C (point A3) : forme alpha (),
ferrite (cubique centr) ; de 9101400C (point A4) : forme gamma (),
austnite (cubique faces centres) ; de 14001538C (temprature de
fusion) : forme delta (), ferrite (cubique centr).Le chrome est un
lment dit alphagne. Il favorise fortement la forme ferritique. Sur
le diagramme de phase Fe-Cr,le domaine austnitique est assez rduit
et est reprsent par un domaine limit appel boucle gamma.Pour des
teneurs suprieures 11,5 % de chrome, lalliage reste ferritique dans
toute la plage de temprature. Il y adisparition de la
transformation allotropique -. Entre 10,5 et 11,5 % de chrome,
lalliage est biphas ferrite +austnite dans certaines plages de
temprature. Il subit une transformation ferrite/austnite pour des
teneursinfrieures 10,5 %.On notera que le chrome jusqu 8 % abaisse
la temprature A3 et se comporte comme un lment gammagne.
Cecomportement sinverse pour des teneurs suprieures 8 %, point
partir duquel cette temprature augmente[7].Pour certaines teneurs
de chrome, dans le cadre dun refroidissement lent, il peut y avoir
formation de phaseintermtallique sigma () des tempratures
infrieures 820C. Elle prcipite au joint de grain ou dans la
matriceferritique entranant une fragilit[8].
Systme fer-chrome-nickel
Coupe du diagramme de phase ternaire Fe-Cr-Ni montrant lvolution
du domaineaustnitique en fonction de la teneur en nickel.
Le nickel est loppos du chrome unlment dit gammagne. Il ouvre le
domaineaustnitique.
Concrtement, laddition de nickel augmentela taille de la boucle
gamma.
lments -gnes -gnes
Dautres lments ont un rle alphagne ougammagne. Un rle
particulier est tenu parle carbone et lazote.
Le carbone un rle gammagne et rentredonc en comptition avec le
chrome[4].En fait plus que le carbone seul, cest lecouple
carbone-azote dont il faut tenircompte. Ces deux lments tant
deslments dalliage d'insertion contrairement aux autres lments qui
sont des lments de substitution[9].
Les lments alphagnes sont le chrome, le molybdne, le silicium,
le titane, le niobium, le vanadium, le tungstne,l'aluminium et le
tantale[10].Les lments gammagnes sont le nickel, le carbone,
l'azote, le cobalt et le manganse. Le manganse peut avoir unrle
plus complexe[10].
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Acier inoxydable 8
Diagramme de Pryce et Andrew.
Plusieurs modles approximatifs ont t misau point pour prvoir le
comportement delalliage en fonction de la compositionglobale de
lalliage. Les teneurs sontaffectes de coefficients tablis
parexprience afin de tenir compte du poids dechacun des lments.
Pour les produits lamins, il existe lemodle de Pryce et Andrew
donnant lesquations suivantes :
chrome quivalent : (Cr)eq=(%Cr)+3(Si%)+(%Mo) ;
nickel quivalent : (Ni)eq=(%Ni)+0.5(%Mn)+21(%C)+11,5(%N)[4].
On remarquera le poids important du carbone et de lazote.Il
existe galement le modle de Schaeffler et le modle de Delong pour
les aciers inoxydables ltat brut desoudage[11].
Diagramme de Schaeffler
Modle de Schaeffler : chrome quivalent : (Cr)eq=
(%Cr)+1,5(Si%)+(%Mo)+0,5(%Nb) ; nickel quivalent : (Ni)eq=
(%Ni)+0,5(%Mn)+30(%C). Modle de Delong : chrome quivalent :
(Cr)eq=
(%Cr)+1,5(Si%)+(%Mo)+0,5(%Nb) ; nickel quivalent : (Ni)eq=
(%Ni)+0,5(%Mn)+30(%C)+30(%N).
Contrairement au modle de Schaeffler, lemodle de Delong prend en
compte lazote.
Types d'aciers inoxydablesLes aciers au chrome sont ferritiques
et magntiques l'tat adouci. Certains se comportent comme des
aciersspciaux auto-trempants, d'autres ne se trempent que
partiellement ou pas du tout. Les aciers au nickel-chrome sonten
gnral austnitiques, ils sont livrs l'tat hypertremp. Aprs certaines
phases de travail, dans certains cas aprssoudage, il arrive que ces
aciers subissent nouveau un traitement d'hypertrempe (rchauffage
1100C environ)pour remettre en solution des composs intermtalliques
et/ou chimiques qui auraient pu se former. L'hyper trempeest
toujours suivie d'un refroidissement rapide pour traverser trs
rapidement les zones de tempratures o il pourraitse former des
prcipits genre carbure de chrome ou phases intermtalliques
indsirables. Cette hyper trempe confre l'acier les proprits qu'il
avait lors de son laboration.On distingue les quatre familles
d'aciers inoxydables suivantes :Les aciers martensitiques
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Acier inoxydable 9
Ils sont utiliss lorsque les caractristiques de rsistance
mcanique sont importantes. Les plus courants titrent 13 %de chrome
avec au moins 0,08 % de carbone. D'autres nuances sont plus charges
en additions, avec ventuellementun faible pourcentage de
nickel.Exemples : X20Cr13, X46Cr13, X29CrS13.Les aciers
ferritiquesIls ne prennent pas la trempe. On trouve dans cette
catgorie des aciers rfractaires haute teneur en chrome (jusqu'27
%), particulirement intressants en prsence de soufre. Les aciers
ferritiques sont parfois utiliss comme barrirede rsistance la
corrosion (tles plaques, tle revtues, protges (dites claddes , de
cladding )) des paroisd'quipements sous pression en acier utiliss
dans les industries ptrochimique et chimique. Ces aciers sont
souventutiliss en lieu et place des aciers austnitiques pour la
ralisation d'ustensiles de cuisine bon march et de qualitmdiocre
(plats et couteaux par exemple).Exemples : X6Cr17, X6CrMo17-1,
X3CrTi17.Les aciers austnitiquesCe sont de loin les plus nombreux,
en raison de leur rsistance chimique trs leve, de leur ductilit
comparable celle du cuivre, et leurs caractristiques mcaniques
leves. Les teneurs en lments d'addition sont d'environ 18 %de
chrome et 10 % de nickel. La teneur en carbone est trs basse et
leur stabilit peut tre amliore par des lmentstels que le titane ou
le niobium. De par leur excellente ductilit, ces aciers ont aussi
un domaine d'utilisation auxbasses tempratures (jusqu' moins 200C)
et sont en comptition avec les alliages lgers et l'acier 9 % de
nickelpour la ralisation d'quipements destins la cryognie.Exemples
: X2CrNi18-9, X2CrNiMo17-12-2.Les aciers improprement dnomms
austno-ferritiques Ils ont des proprits de rsistance la corrosion
intergranulaire ainsi qu' la corrosion en eau de mer remarquableset
prsentent, pendant l'essai de traction, un palier lasto-plastique.
Ils ont un comportement mcanique semblableaux aciers de
construction. La transformation liquide / solide se traduit par une
solidification en phase ferritique(ferrite delta) puis d'une
seconde transformation, l'tat solide, en austnite. Ils devraient
donc, en consquence, trednomms aciers ferrito-austnitiques. Le
simple fait de dsigner correctement ces aciers permet de tout de
suitecomprendre qu'un refroidissement lent, pendant le soudage,
permettra un maximum de phase ferritique de setransformer en phase
austnitique et rciproquement, un refroidissement rapide aboutira un
gel de la ferrite laissantpeu de possibilits la transformation
austnitique.Exemple : X2CrNiN23-4.La connaissance des types d'acier
est essentielle pour les systmes constitus d'lments assembls
mcaniquementou par soudage, la mise en prsence de deux aciers
inoxydables trop diffrents dans un lectrolyte peut en
effetprovoquer des phnomnes de corrosion lectrochimique trs
destructeurs.Caractristiques mcaniques
Voir : b:Matriaux/Caractristiques mcaniques des aciers#Aciers
inoxydables
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Acier inoxydable 10
Conditions runir pour favoriser la rsistance la corrosionLes
facteurs favorables la lutte contre la corrosion sont galement
applicables aux aciers inoxydables : les surfaces doivent tre
dcapes pour liminer tous les oxydes rsultant du travail chaud :
laminage, forgeage,
traitements thermiques, assemblages par soudure, ,etc. ; le
dcapage peut tre mcanique (meulage) ou chimique(acide
fluorhydrique, avec les problmes d'hygine, scurit en
environnementaux que cela pose) ;
ne traiter thermiquement que des pices propres et sches, sans
traces de graisses, de rsidus de produitsdgraissants, et surtout
sans particules ferreuses ; le nettoyage l'acide nitrique avant
traitement est gnralementune excellente solution ;
supprimer les tensions rsiduelles rsultant d'un crouissage
froid, en particulier celles qui rsultent del'emboutissage ;
viter, lors de la conception des pices, de crer des zones
difficiles nettoyer ; viter tous les contacts non indispensables
entre les pices d'acier inoxydables et les autres matriaux,
mtalliques
ou non ; utiliser des outils (brosse, piquettes, marteaux,
disques de meule, forets, ,etc.) n'ayant servi que sur ce type
d'acier
(risque de contamination par le fer) ; protger des projections
et des poussires mtalliques provenant de la mise en uvre, proximit,
d'aciers non
inoxydables (risque de contamination par le fer) ; favoriser le
travail en atelier blanc ; plus encore pour les aciers inoxydables
que pour les autres mtaux, l'tat de surface doit tre
particulirement
soign car il conditionne l'tablissement d'un film passivant ; le
cas chant, aider la formation d'un film passif en traitant l'acide
nitrique ou citrique.
Influence de divers milieux Eaux industrielle : l'eau pure est
sans effet mais les chlorures (et dans une moindre mesure beaucoup
d'autres
sels), mme l'tat de traces, sont particulirement nfastes pour
les aciers inoxydables ; les nuances contenant dumolybdne sont
alors les plus indiques.
Vapeur d'eau : normalement sans effet, elle peut toutefois poser
des problmes si elle contient certaines impurets. Atmosphres
naturelles, l'exception des atmosphres marines : elles posent
d'autant moins de problmes que
l'acier contient davantage d'lments nobles et que la surface est
mieux polie. Atmosphres marines et industrielles : les aciers au
chrome s'altrent trs lentement mais on prfre en gnral
utiliser des aciers au molybdne. Acide nitrique : il attaque la
plupart des mtaux industriels mais l'acier inoxydable en gnral lui
rsiste
particulirement bien, par suite de la passivation de sa surface
: le molybdne n'est intressant que si l'acidecontient des
impurets.
Acide sulfurique : la rsistance dpend beaucoup de la
concentration et la prsence d'impurets oxydantesamliore la
passivation. D'une manire gnrale les nuances austnitiques contenant
du molybdne sont lesmeilleures.
Acide phosphorique : la rsistance est gnralement bonne mais il
faut surveiller les impurets, en particulierl'acide
fluorhydrique.
Sulfites acides : la corrosion peut tre catastrophique car ces
solutions, que l'on rencontre souvent dans lespapeteries,
comportent beaucoup d'impurets ; l encore les alliages au molybdne
sont prfrables.
Acide chlorhydrique : la corrosion augmente rgulirement au fur
et mesure que la concentration augmente,l'association est donc
viter.
Acides organiques : ils ne sont gnralement pas aussi corrosifs
que les acides minraux et ceux que l'onrencontre dans l'industrie
alimentaire (acides actique, oxalique, citrique,etc.) sont
pratiquement sans effet.
Solutions alcalines : les solutions froides n'ont pratiquement
pas d'action mais il n'en est pas de mme pour lessolutions
concentres et chaudes.
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Acier inoxydable 11
Solutions salines : le comportement est gnralement assez bon,
sauf en prsence de certains sels comme leschlorures ; les nitrates
au contraire favorisent la passivation et amliorent la tenue.
L'acide nitrique en mlangeavec des saumures satures peut provoquer
des destructions de l'acier inox (mme des nuances en 316L).
Produits alimentaires : il n'y a gnralement aucun problme de
corrosion sauf avec certains produits qui contientdes composants
sulfureux naturels ou ajouts, comme la moutarde et les vins
blancs.
Produits organiques : ils sont gnralement sans action sur les
aciers inoxydables, saufs s'ils sont chlors et chaud (la javel plus
de 60C et des concentrations leves peut dtruire (piqures noires)
l'acier inox. Lescolles, savons, goudrons, produits ptroliers,etc.
ne posent aucun problme.
Sels et autres produits minraux fondus : les produits alcalins
corrodent tous les aciers inoxydables mais pas lesnitrates,
cyanures, actates,etc. La plupart des autres sels et des mtaux
fondus produisent des dgts rapides.
Mise en uvre des aciers inoxydables
Problmes particuliers du travail chaudPar rapport d'autres
matriaux mtalliques, les aciers inoxydables possdent certaines
proprits particulires dontil faut tenir compte lors de la mise en
forme : ils ragissent normment aux tempratures assez hautes ; ils
sont trs mauvais conducteurs de la chaleur ; leur rsistance
mcanique est leve, surtout dans le cas des austnitiques ( froid ce
sont au contraire les
martensitiques les plus rsistants) ; le grain tend grossir chaud
et ne peut tre rgnr que par corroyage ; le travail doit tre suivi
d'un recuit et d'un dcapage permettant de profiter de la rsistance
la corrosion.Les pices massives doivent donc tre chauffes lentement
jusqu' environ 800C avant d'tre portes plusrapidement la temprature
de travail, qui se situe aux alentours de 1000C. Il faut viter
avant tout la dcarburationdes aciers martensitiques, le maintien
prolong haute temprature des aciers ferritiques et des aciers
austnitiques,dont le grain grossit facilement et se rvle difficile
ou parfois mme impossible rgnrer. Le refroidissementrapide l'eau,
aprs travail, est souvent prconis.
Traitements thermiquesC'est le plus souvent sous forme de tles
ou de tubes que l'on utilise les aciers inoxydables, et dans ce cas
on estsouvent oblig de pratiquer un recuit d'adoucissement aprs des
oprations telles que l'emboutissage, pour viter lemaintien de
contraintes rsiduelles trop leves.Le dgraissage avant traitement
doit tre particulirement soign, les atmosphres oxydantes sont les
plus indiqueset les atmosphres carburantes doivent tre
proscrites.Les aciers martensitiques trouvent leur principale
utilisation en construction mcanique, sous forme de picesmassives.
Pour obtenir la rsistance voulue, ils sont gnralement tremps puis
revenus. L'adoucissement s'imposegnralement aprs l'crouissage
rsultant du travail froid. Le revenu abaissant la rsistance la
corrosion, il vautmieux utiliser une nuance moins riche en carbone
qui diminue l'intensit de la trempe et permet d'viter un revenu
trop haute temprature.Les aciers ferritiques ne prennent pas la
trempe mais il faut souvent les recuire, par exemple entre deux
passesd'emboutissage et, dans des cas bien particuliers et aprs
avis du producteur de l'acier, aprs soudure. Un trop longmaintien
temprature leve engendre une certaine fragilit par suite du
grossissement du grain.Les aciers austnitiques et
austno-ferritiques sont adoucis par un traitement haute temprature,
de 900C jusqu'1150C, suivi d'un refroidissement aussi rapide que
possible. La rsistance la corrosion, particulirement saforme
intergranulaire, ncessite de pratiquer autant que possible un
traitement d'hypertrempe.
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Acier inoxydable 12
La dtente des tensions internes peut se faire temprature
relativement basse, environ 400C ou 450C.Les aciers inoxydables
durcissement structural ncessitent des traitements particuliers
selon les nuances.
Formage froidToutes les techniques habituelles du travail froid
sont applicables aux aciers inoxydables et donc aux picesobtenues
partir de tles ou de fils que l'on peut trouver dans d'innombrables
objets d'usage courant.Les aciers inoxydables sont relativement
durs et cette duret s'lve par crouissage, au fur et mesure qu'on
lesdforme. Ce phnomne est particulirement marqu pour les aciers
austnitiques. Les aciers ferritiques s'crouissentmoins et
l'allongement qu'on peut leur imposer est plus faible.Le retour
lastique aprs formage est beaucoup plus grand que pour les aciers
doux ordinaires .La lubrification entre les pices en cours de
formage et les outils est essentielle et ne pose pas de
problmesparticuliers pour la plupart des oprations. Toutefois, pour
les pices caractre dcoratif, il faut faire attention laformation de
dfauts superficiels la suite d'un grippage intempestif. L'emploi
d'outils en acier tremp, en fonte grise graphite lamellaire (GJL
type meehanite ) ou encore en cupro-aluminium, ainsi que les
protections par desvernis pelables ou des feuilles plastiques
constituent souvent une bonne solution.L'crouissage diminue la
rsistance la corrosion et cre parfois un magntisme rsiduel par
suite de la formation demartensite (dite martensite d'crouissage )
dans la famille des austnitiques. Un recuit permet de restaurer
lesstructures.Le pliage la presse ou la molette ne prsente pas de
difficult particulire.L'emboutissage ncessite des machines deux
fois plus puissantes que celles qui servent pour l'acier doux. La
pressionexerce par les serre-flans doit tre suffisante pour viter
les plissements mais pas trop pour viter les dchirures. Lesfontes
allies au nickel-chrome donnent les meilleurs outillages, les
feuilles minces peuvent tre conformes dansdes matrices en alliage
cuivre-zinc. Les congs doivent avoir un rayon ni trop petit, ni
trop grand, pour viter lafois un crouissage excessif et les
plissements, on prend en gnral entre 5 et 10 fois l'paisseur des
flans. Lalubrification s'effectue avec tous les lubrifiants
classiques, solutions savonneuses, huiles solubles ou non, avec
dansles cas difficiles des ajouts de lubrifiants solides ou de
matires chimiquement actives : plomb, talc, graphite,bisulfure de
molybdne, huiles sulfures ou sulfochlores, additifs phosphors,etc.
Les recuits se font de prfrenceen atmosphre oxydante et autant que
possible aussitt aprs l'emboutissage.Le repoussage ne pose pas de
problme particulier, les prcautions prendre sont les mmes que
pourl'emboutissage, les meilleurs outils sont en acier cment.
Procdure d'Assemblage ou de Transformation des aciers
inoxydables
Soudage et brasage
Les procds de soudage existants restent valables dans l'ensemble
; on recherche naturellement des soudures saines,sans porosits,
dotes d'une bonne rsistance mcanique, mais ici il faut en outre
qu'elles conservent les qualits dersistance la corrosion qui sont
celles des matriaux de base.Avant de procder au soudage d'un acier
inoxydable, il est extrmement important de nettoyer convenablement
lesbords souder y compris les abords (sur une zone qui pourrait
atteindre une temprature suprieure 400C) detoutes traces de
graisse, de dpts de carbone (traage au crayon mine) ou autres
impurets de faon viter laformation de carbures du genre Cr23C6 ce
qui provoquerait un fort appauvrissement en chrome (de l'ordre de
95%) etdonc la perte d'inoxydabilit de ces zones appauvries. Une
trs bonne mthode de nettoyage consiste utiliser un jetde vapeur
surchauffe. Les mmes prcautions sont prendre lors du coupage
thermique (plasma, LASER) et lestraitements thermiques.
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Acier inoxydable 13
En principe les aciers inoxydables se travaillent dans des
atelier dit "blanc", c'est--dire prsentant une propretaccrue et
l'absence de matire pouvant polluer l'acier inoxydable. Dans les
cas ou la propret doit tre pousse(aviation, spatial, alimentaire,
chimie, pharmacie...etc), l'accs l'atelier se fait par sas et
l'atmosphre estsurpressurise.La proprit de la couche d'oxyde ne
doit pas faire oublier que le chrome est oxydable et donc de la
ncessit deprotger le bain de fusion de l'action de l'oxygne par une
atmosphre inerte qui peut tre selon le cas, de l'argon oude l'hlium
ou de l'azote voire le vide, dans des procds de soudage sans
laitier comme le TIG, le MIG, le A-TIG, leplasma, le laser, le
faisceau d'lectron... Les aciers martensitiques, en raison de leur
haute teneur en carbone, se prtent mal au soudage homogne
(problme de rupture fragile en 1re passe) et de fissuration
froid par conjugaison des trois facteurs : prsencede structures
fragiles, effet de l'hydrogne et apparition de contraintes) ;
chaque fois que possible prconiser lesoudage htrogne avec produit
d'apport austnitique.
Les aciers ferritiques tendent devenir fragiles lorsqu'ils sont
souds en homogne et devraient treimmdiatement suivi d'un traitement
d'hypertrempe (remise en solution des carbures et des
compossintermtalliques), ce qui n'est pas toujours ralisable.
Lorsque rien ne s'y oppose (problme de corrosiongalvanique par
exemple) ou qu'il n'y a pas de contre-indication avec la destine de
l'quipement fabriqu, il estprconis de souder en htrogne avec un
produit d'apport austnitique en utilisant de faibles nergies
desoudage pour viter la formation de zones gros grains fragiles
basse temprature.
Les aciers austnitiques sont les plus aptes au soudage. Le mtal
d'apport et les paramtres de soudage doiventtre choisis avec soin
afin que le joint soud conserve les proprits chimiques et mcaniques
de l'acier de base.
Les aciers austno-ferritiques :On a toujours intrt privilgier
les mthodes qui limitent dans le temps et en volume la fusion du
mtal : lesoudage par rsistance (par points, la molette, par
tincelage) donne d'excellents rsultats et il ne faut pas oublier
lebrasage, qui ne provoque aucune fusion du mtal de base. Le
brasage diffusion sous vide donne d'excellents rsultatspour
l'assemblage de pices usines relativement petites et aux profils
complexes (pices d'horlogerie,micro-moteurs, prothses,
instrumentation...). Les brasures l'argent donnent des joints trs
rsistants mais lebrasage au cuivre, l'tain et, par voie de
consquence le soudo-brasage au laiton sont formellement proscrits
car ilsprovoquent une dcohsion granulaire et la ruine de
l'assemblage.Le meilleur moyen pour souder les aciers inoxydables,
lorsque c'est possible, est le soudage avec mtal
d'apportaustnitique. Tous les procds traditionnels sont
utilisables, soudage l'arc l'lectrode enrobe, le soudage
l'arcsubmerg, les procds sous atmosphre inerte comme le TIG et le
MIG, le soudage plasma. Le flux dargon oud'hlium autour de l'arc
lectrique empche l'oxydation du bain de fusion ainsi que pendant le
transfert du mtald'apport.
Rivetage et boulonnage
Les rivets donnent des joints bien serrs en raison de leur
coefficient de dilatation lev. Au-dessous de 5 mm onpeut riveter
froid. L'tanchit est gnralement moins bonne que pour les aciers
ordinaires, en raison de l'absencede rouille.Il est bien entendu
conseill de ne pas marier les mtaux de faon disparate, afin d'viter
la corrosionlectrochimique que cela ne manquerait pas de provoquer.
La visserie et la boulonnerie en acier inoxydables'imposent donc
tout naturellement.
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Acier inoxydable 14
UsinageDu point de vue de l'usinage les aciers inoxydables
peuvent tre classs en deux catgories : Les aciers ferritiques et
surtout martensitiques s'usinent pratiquement de la mme manire que
les aciers de
construction classiques de mme duret, il est cependant conseill
de rduire lgrement les vitesses de coupe. Les aciers austnitiques
se distinguent des aciers de construction ordinaires par leur
faible limite d'lasticit, leur
allongement important avant rupture et leur forte aptitude
l'crouissage, ce qui oblige modifier les conditionsd'usinage dans
des proportions parfois trs importantes. D'une manire gnrale il
faut utiliser des machines pluspuissantes, trs rigides, ne vibrant
pas, et fixer trs nergiquement les pices que l'on veut travailler.
Onprivilgiera les fortes profondeurs de passe des vitesses
relativement faibles.
Les angles de taillant doivent tre les plus grands possibles
pour accentuer la solidit des artes et faciliterl'vacuation de la
chaleur. Les angles de coupes trs positifs vitent le phnomne de
collage et d'arte rapporte.Les liquides de coupe jouent un rle
particulirement important dans le cas des aciers austnitiques. Une
trs forteonctuosit (capacit d'un lubrifiant se fixer solidement aux
parois par suite de divers phnomnes d'adsorption) estncessaire : on
utilisera donc des huiles minrales soufres ou sulfochlores
additionnes ventuellement de corpsgras comme l'huile de ricin ou de
colza.
DcoupageLes aciers ferritiques et martensitiques se travaillent
comme les aciers courants, mais pas les austnitiques. Ceux-ciont
une forte propension au grippage et il faut veiller la bonne
dpouille latrale des scies et des poinons ; lapuissance des
machines doit tre nettement plus leve. Dans tous les cas on
veillera bien liminer les partiesendommages, particulirement dans
le cas de dcoupage au plasma
Traitements de surfaceLe caractre d'inoxydabilit primaire de
l'acier dit inoxydable tant essentiellement d la protection offerte
par lacouche d'oxyde de chrome, il est parfois indispensable de la
reconstituer au moyen d'un traitement de surfaceappropri.
Dcapage et passivation
Il faut avant tout liminer toute la calamine, les particules
ferreuses plus ou moins adhrentes la suite du passagedans les
outillages de fabrication ou du brossage la brosse mtallique, les
rsidus d'outillages abrasifs (surtout s'ilsont auparavant servi
travailler des aciers ordinaires). Le dcapage chimique et le
sablage sont vivement conseills.Il faut toujours veiller ce que les
pices que l'on met en service soient convenablement passives, ce
qui peut sefaire si on les abandonne suffisamment longtemps l'air
ou si on les oxyde chimiquement pour gagner du temps.
Meulage et polissage
Pour viter la contamination des surfaces, les outils de meulage
et de polissage doivent autant que possible trerservs au travail
des aciers inoxydables. Les pellicules graisseuses qui se forment
souvent au cours de cesoprations doivent tre soigneusement limines
car elles isolent le mtal et empchent sa passivation.Le polissage
est indiqu seulement dans les cas o il peut rellement amliorer
l'tat de surface, on peut souvent s'enpasser pour les tles lamines
froid.Autant que possible on soignera la qualit des soudures pour
que l'on n'ait pas besoin de les parachever par meulage,car cette
opration diminue leur rsistance.Le polissage lectrolytique provoque
gnralement moins de pertes de matire que le polissage
mcanique.Cependant il doit tre conduit selon des prescriptions trs
strictes pour donner de bons rsultats.
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Acier inoxydable 15
Entretien
Dans beaucoup de cas un nettoyage au savon suffit. Il existe des
dtersifs appropris mais rien ne vaut en fin decompte l'acide
nitrique qui limine les dpts et laisse une surface trs bien
passive.
Rfrences[1] Unieux (42) tablissements Jacob Holtzer (http:/ /
www. jetons-monnaie. net/ p/ unieux. html), sur le site
jetons-monnaie.net.[2] EN 10088-1 : Aciers inoxydables. - Partie 1
: liste des aciers inoxydables[3] Michel Dupeux, Aide mmoire
sciences des matriaux, ditions Dunod, Paris, 2004
(ISBN978-2-10-005458-9), p.212.[4] J. Barralis, G. Maeder,
Mtallurgie, laboration, structures-proprits, normalisation,
collection Les prcis AFNOR/Nathan , 2005
(ISBN978-2-09-179582-9), p.103.[5] Pierre-Jean Cunat, Aciers
inoxydables, critres de choix et structures , trait Matriaux
mtalliques , Techniques de lingnieur, mars
2000, p.M4540-3.[6] Pierre-Jean Cunat, Aciers inoxydables,
critres de choix et structures , trait Matriaux mtalliques ,
Techniques de lingnieur, juin
2000, p.M4541-6.[7] J. Philibert et al. Mtallurgie, du minerai
au matriau, ditions Dunod, 2e dition, 2002,
(ISBN978-2-10-006313-0), p.621.[8] J. Barralis, G. Maeder,
Mtallurgie, laboration, structures-proprits, normalisation,
collection Les prcis AFNOR/Nathan , 2005
(ISBN978-2-09-179582-9), p.102.[9] J. Philibert et al, op.cit.,
p.617.[10] Pierre-Jean Cunat, Aciers inoxydables, critres de choix
et structures , trait Matriaux mtalliques , Techniques de
lingnieur, mars
2000, p.M4540-7.[11] Pierre-Jean Cunat, Aciers inoxydables,
critres de choix et structures , trait Matriaux mtalliques ,
Techniques de lingnieur, mars
2000, p.M4540-8.
LiensArticles sur l'inox (http:/ / www. worldstainless. org/
About+ stainless/ )Tableau technique des proprits des aciers
inoxydables (produits plats) (http:/ / www. euro-inox.
org/technical_tables/ index. php?language=fr)LA SOLUTION FERRITIQUE
(http:/ / www. worldstainless. org/ ISSF/ Files/ ISSF The Ferritic
Solution French.pdf)Guide des finitions de surface pour acier
inoxydable (http:/ / www. euro-inox. org/ pdf/ build/
Finishes02_FR. pdf)La finition mcanique des surfaces dcoratives en
acier inoxydable (http:/ / www. euro-inox. org/ pdf/
map/MechanicalFinishing_FR. pdf)Le dcapage et la passivation de
l'acier inoxydable (http:/ / www. euro-inox. org/ pdf/
map/Passivating_Pickling_FR. pdf)Le potentiel de l'acier inoxydable
au formage (http:/ / www. euro-inox. org/ pdf/ map/
FormingPotential_FR. pdf)
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Sources et contributeurs de larticle 16
Sources et contributeurs de larticleAcier inoxydable Source:
http://fr.wikipedia.org/w/index.php?oldid=75080429 Contributeurs:
.melusin, 16@r, Aeleftherios, Badmood, Badr3am, Bonjour, Camico,
Cdang, CommeCeci,Coyau, Coyote du 86, Crales Killer, Daniel*D,
Davgrps, David Berardan, Deuxtroy, Dhatier, Drevel, Droop, Duch,
Dumontierc, EDUCA33E, Edhral, Elfix, Epop, Escaladix, FGN, Florian
09,Fm790, Fye, Gatien Couturier, GeckoProductions, Ggal, Gordjazzz,
Grimlock, Gz260, Heureuxcalme, Hexasoft, IAlex, Isaac Sanolnacov,
JLM, Jborme, Jean-Jacques MILAN, Jerome66,Jmskobalt, Jo Stainless,
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Sylveno, Taveneaux, TheShasdow, Thomas.pauly, Titia80, Titou42000,
Wiz, Xofc, YSidlo, Zawer, Zubro, 210 modifications anonymes
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Acier inoxydableRappels sur la corrosion et la passivation
Histoire dcouverte Principales nuances d'aciers inoxydables
Produits en aciers inoxydables
Formes de corrosion des aciers inoxydables Structure
mtallurgique et rle des lments d'addition Les lments daddition Le
chrome Le carbone Autres lments
Systme fer-chrome Systme fer-chrome-nickel lments -gnes
-gnes
Types d'aciers inoxydables Conditions runir pour favoriser la
rsistance la corrosion Influence de divers milieux Mise en uvre des
aciers inoxydables Problmes particuliers du travail chaud
Traitements thermiques Formage froid Procdure d'Assemblage ou de
Transformation des aciers inoxydables Soudage et brasage Rivetage
et boulonnage
Usinage Dcoupage Traitements de surface Dcapage et passivation
Meulage et polissage Entretien
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