La résistance à la corrosion des tubes en acier inoxydable 304 de précision est principalement due à l'ajout de chrome à l'acier. D'une part, lorsque la teneur en chrome dans la matrice de fer atteint un certain seuil, le potentiel d'électrode du fer augmente fortement ; d'autre part, le chrome forme un film d'oxyde dense en surface, protégeant ainsi le tube de la corrosion. La cémentation est une méthode efficace de renforcement superficiel pour les tubes en acier inoxydable 304 de précision, mais le procédé de cémentation traditionnel réduit leur résistance à la corrosion.
Pourquoi le traitement de cémentation conventionnel détruit-il la résistance à la corrosion des tubes en acier inoxydable austénitique ? En effet, à haute température, les atomes de chrome présents dans l’acier se combinent facilement avec les atomes de carbone pour former du carbure de chrome. Ce dernier précipite d’abord aux joints de grains austénitiques de la couche cémentée, formant un réseau. Du fait du grand rayon atomique du chrome, sa diffusion vers la couche superficielle pauvre en chrome est difficile, ce qui entraîne un déficit local en chrome et endommage la couche protectrice d’oxyde de chrome (Cr₂O₃) dense.
Par conséquent, pour éviter la corrosion des tubes en acier inoxydable 304 de précision par cémentation, il est indispensable de prévenir la précipitation des carbures. Les carbures de chrome se formant dans une plage de températures spécifiques, la cémentation doit être réalisée à basse température afin d'éviter leur formation et leur précipitation.
À cette température, en raison du faible rayon des atomes de carbone et de la diffusion par mécanisme interstitiel, les atomes de carbone peuvent diffuser dans le réseau cristallin de l'acier inoxydable austénitique et former une solution solide après cémentation. Les atomes de fer et de chrome, de rayon plus important, ne peuvent diffuser que par mécanisme d'échange. Faute d'énergie d'activation suffisante pour la diffusion, les atomes de fer et de chrome ne peuvent se déplacer. Ceci garantit l'absence de carbures de chrome. Ces derniers se formant à 550 °C, le traitement de cémentation à basse température des tubes en acier inoxydable 304 de précision sera donc effectué à une température inférieure à 550 °C afin d'améliorer leur résistance superficielle et leurs autres propriétés, sans altérer leur résistance à la corrosion initiale.
Les principales étapes du procédé sont les suivantes : la surface du tube en acier inoxydable de précision est prétraitée avant le traitement, une opération appelée activation de surface de l’alliage. Ce procédé d’activation utilise un mélange gazeux d’acide chlorhydrique pur (HCl) et d’azote (N₂) à 250 °C pendant 2 heures. L’acide chlorhydrique permet d’éliminer efficacement la couche de passivation d’oxyde de chrome présente à la surface de l’acier inoxydable austénitique. L’ajout d’azote a pour but de créer un environnement non oxydant sous pression atmosphérique, afin d’empêcher l’oxydation des atomes de chrome dans la matrice et la régénération de la couche de passivation.
Ensuite, une cémentation à 470 °C pendant 20 heures permet d'obtenir une couche durcie d'une profondeur d'environ 70 microns. Comparées au matériau non traité, les performances du tube en acier inoxydable 316 traité par LTCSS sont nettement améliorées : la dureté superficielle passe de 400 HV à 1 000 HV ; la limite de fatigue passe de 200 MPa à 325 MPa ; et en termes de résistance à la corrosion, dans une solution de NaCl à 0,6 mol/L, le potentiel de piqûration anodique passe de +140 mV à +990 mV.
En résumé, la cémentation conventionnelle détruit la résistance à la corrosion des tubes en acier inoxydable de précision 304, mais après un traitement de cémentation à basse température, non seulement la résistance à la corrosion d'origine est maintenue, mais la dureté de surface et la résistance à l'usure sont également grandement améliorées, ce qui améliore efficacement la fiabilité et la durée de vie des tubes en acier inoxydable de précision 304.
Date de publication : 18 juin 2024