En 1968, l'invention du procédé de décarburation à l'argon-oxygène (AOD), un procédé d'affinage de l'acier inoxydable, a permis la création d'une nouvelle génération d'aciers inoxydables. L'un des progrès apportés par le procédé AOD est l'ajout de l'élément d'alliage n. La ténacité et la résistance à la corrosion de la zone affectée thermiquement (ZAT) sont proches de celles du métal de base, et le taux de formation de phases intermétalliques nocives peut être réduit par l'ajout de l'élément N à l'acier inoxydable duplex.
À l'instar de l'acier inoxydable austénitique, l'acier inoxydable duplex est un type d'acier dont la résistance à la corrosion dépend de sa composition. L'acier inoxydable duplex a fait l'objet d'un développement continu. On peut classer les aciers inoxydables duplex modernes en quatre catégories :
1. Acier inoxydable duplex de qualité inférieure 2304 sans Mo ;
2. Acier inoxydable duplex standard 2205, représentant plus de 80 % du total des aciers duplex ;
3. L'acier inoxydable duplex à 25 % de Cr, typique de l'alliage 255, peut être classé comme acier inoxydable super duplex ;
4. L'acier inoxydable super duplex, contenant 25 à 26 % de chrome, présente une teneur en molybdène et en azote supérieure à celle de l'alliage 255. Exemple typique : nuance d'acier 2507.
Les éléments d'alliage de l'acier inoxydable duplex sont principalement le chrome (Cr), le molybdène (Mo), l'azote (N) et le nickel (Ni). Leurs fonctions dans l'acier duplex sont les suivantes :
Cr
Une teneur en chrome d'au moins 10,5 % dans l'acier permet la formation d'un film de passivation stable, le protégeant ainsi de la corrosion atmosphérique. La résistance à la corrosion de l'acier inoxydable augmente avec la teneur en chrome. Ce dernier, élément ferritique, stabilise la structure du fer à réseau cubique centré et améliore la résistance à l'oxydation de l'acier à haute température.
Mo
L'effet synergique du molybdène (Mo) et du chrome (Cr) améliore la résistance à la corrosion par les chlorures de l'acier inoxydable. Le Mo est trois fois plus résistant à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse que le Cr en milieu chloruré (voir formule CPT). Élément ferritique, le Mo favorise également la formation de phases intermétalliques. C'est pourquoi sa teneur est inférieure à 7,5 % dans l'acier inoxydable austénitique et inférieure à 4 % dans l'acier duplex.
N
L'azote (N) accroît la résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse des aciers inoxydables austénitiques et duplex, et améliore significativement leur résistance mécanique. C'est l'élément le plus efficace pour le renforcement par solution solide. Parallèlement à l'amélioration de la résistance mécanique, l'azote augmente également la ténacité des aciers inoxydables austénitiques et duplex, retarde la formation de phases intermétalliques, ce qui permet aux aciers inoxydables duplex de bénéficier d'un temps suffisant pour leur usinage et leur transformation, et compense la tendance à la formation de la phase σ, favorisée par les fortes teneurs en chrome (Cr) et molybdène (Mo).
L'azote (N) est un élément austénitique puissant, capable de remplacer partiellement le nickel (Ni) dans l'acier inoxydable austénitique. Généralement, on ajoute N et Ni, proches de leur limite de solubilité, à l'acier inoxydable duplex pour ajuster l'équilibre des phases. Il est nécessaire d'atteindre un équilibre entre les éléments ferritiques Cr et Ni et les éléments austénitiques Ni et N afin d'obtenir la structure duplex souhaitée.
Ni
Le nickel est un élément qui stabilise la structure austénitique. L'ajout de nickel à un alliage à base de fer peut favoriser la transformation de l'acier inoxydable de la structure cubique centrée (ferrite) à la structure cubique à faces centrées (austénite).
Le Ni peut retarder la formation de la phase intermétallique, mais l'effet est beaucoup moins efficace que celui du n.
Voici deux types d'acier inoxydable duplex pour mieux comprendre ses performances.
Date de publication : 10 mai 2022