Comprendre les différences entre l'acier inoxydable ferritique, austénitique et martensitique acier inoxydable

Les industries font confiance à l'acier inoxydable pour garantir la résistance et la protection contre la corrosion de leurs structures métalliques. Cependant, le terme « acier inoxydable » ne rend pas compte de la diversité des propriétés offertes par ce métal aux multiples facettes. Pour mieux communiquer ses variations, l'acier inoxydable peut être classé en acier inoxydable ferritique, austénitique ou martensitique.

L'acier inoxydable est généralement composé d'éléments tels que le carbone, le nickel, le molybdène, l'aluminium, le cuivre, le titane et au moins 10,5 % de chrome. Les différentes variantes d'acier inoxydable sont obtenues en modifiant sa composition chimique et sa structure cristalline. Ces types d'acier inoxydable offrent une grande polyvalence grâce à leurs propriétés qui facilitent leur utilisation dans un large éventail de secteurs industriels. Toutefois, au moment de choisir le type d'acier inoxydable à utiliser, il est important de comparer l'acier inoxydable ferritique vs. austénitique vs. martensitique.

Acier inoxydable ferritique vs. austénitique vs. martensitique

Choisir le bon type d'acier inoxydable peut s'avérer difficile et nécessitera une étude approfondie de vos propres besoins de fabrication, ainsi que des avantages et des défis métallurgiques inhérents à chaque type d'acier inoxydable. Nous allons ici aborder en détail les aciers inoxydables ferritiques vs. austénitiques vs. martensitiques.

Acier inoxydable ferritique

Comme tous les types d'acier inoxydable, l'acier inoxydable ferritique tire son nom de la structure cristalline microscopique associée au métal : enveloppe, la ferrite. Il possède une structure granulaire cubique centrée (BCC), ce qui confère à l'acier inoxydable ferritique ses propriétés magnétiques. Grâce à sa teneur élevée en chrome et faible en carbone, l'acier ferritique offre une excellente ductilité et une bonne formabilité. L'acier inoxydable ferritique offre également une bonne résistance thermique et à la corrosion. C’est pourquoi l’acier inoxydable ferritique convient pour éviter la fissuration par corrosion sous contrainte dans les applications où une forte exposition aux chlorures pose un problème important.

Acier inoxydable austénitique

L'acier inoxydable austénitique est le type d'acier inoxydable le plus couramment utilisé en raison de ses excellentes propriétés mécaniques et de son aspect esthétique. Cet acier présente une haute résistance à la corrosion grâce à sa teneur élevée en chrome. Cela rend l'acier inoxydable austénitique approprié aux conditions d'utilisation difficiles. La présence d'austénite à structure granulaire cubique à faces centrées (CFC) confère à l'acier austénitique un caractère non magnétique. Il est toutefois possible d'induire un certain niveau de magnétisme et d'augmenter la résistance de l'acier austénitique par laminage à froid. Le laminage à froid favorise également l'attrait esthétique en offrant une excellente finition de surface, c'est pourquoi les industries aérospatiale, pharmaceutique, Industrie Agroalimentaire, et bien d'autres, utilisent l'acier inoxydable austénitique pour leur classe d'utilisation.

Acier inoxydable martensitique

L'acier inoxydable martensitique est reconnu pour sa robustesse, sa durabilité et sa résistance à la corrosion. À haute température, il présente une structure cubique à faces centrées (CFC) d'austénite qui, une fois trempé et revenu, peut former de la martensite à structure cubique centrée sur le corps (CC). Cette martensite est une structure cristalline de fer très dur dont les propriétés varient en fonction de sa teneur en carbone. Ainsi, le traitement thermique peut renforcer la résistance de cet acier inoxydable. Cependant, cela rend également l'acier martensitique difficile à souder et à travailler. La résistance de cet acier le rend approprié aux composants de vannes ou de turbines où la dureté est un critère clé.

Le tableau ci-dessous compare les propriétés des aciers inoxydables ferritiques, austénitiques et martensitiques.

Défis liés au soudage des aciers inoxydables ferritiques, austénitiques et martensitiques

En raison de leurs propriétés mécaniques et réactions aux traitements thermiques différentes, le soudage de chaque type d'acier inoxydable requiert une attention particulière.

Le soudage de l'acier inoxydable ferritique présente plusieurs défis, notamment la perte possible de ductilité et de ténacité, ainsi que la croissance des grains. Pour relever ces défis, les soudeurs doivent :

• Souder des sections minces, de préférence inférieures à 6 mm, afin de diminuer l'importance globale de la perte de résistance du composant.
• Appliquer une température entre les passes comprise entre 100 et 120 °C pour limiter la croissance des grains.
• Lors du soudage de sections d'une épaisseur supérieure à 6 mm, préchauffer à basse température afin de réduire les contraintes et d'éviter la formation de fissures dans le joint.
• Utilisez de l'acier austénitique à faible teneur en carbone, ainsi que des consommables à base de nickel pour améliorer la résistance des soudures.

L'acier inoxydable austénitique, en revanche, est plus facile à souder que les autres aciers inoxydables. Toutefois, le risque de fragilisation et de fissuration ne peut être négligé. Pour garantir la qualité de vos soudures, suivez ces conseils de soudage.

• Veillez à ce que la température maximale entre les passes soit de 150 °C et que l'apport de chaleur soit inférieur à 50 kJ/pouce afin d'éviter des problèmes tels que la fissuration à chaud.
• Utilisez un matériau d'apport à faible teneur en carbone pour améliorer la résistance de la soudure.
• Selon le niveau de ferrite requis, le métal d'apport contenant de 3 à 5 % de ferrite peut contribuer à prévenir la fissuration à chaud.

L'acier inoxydable martensitique possède une plus grande capacité de trempabilité, ce qui le rend également moins ductile. La chaleur soudaine due au soudage et la trempe brutale peuvent entraîner la formation de fissures. Pour contrer cela :

• Utilisez un procédé à faible teneur en hydrogène comme le soudage MIG (Metal Inert Gas) ou TIG (Tungsten Inert Gas) pour minimiser le problème de la fissuration par l'hydrogène.
• Pour éviter le durcissement dans une zone affectée thermiquement, préchauffez le métal afin de réduire la différence de température et de favoriser un refroidissement contrôlé et lent.
• Assurez-vous que le métal d'apport corresponde au métal de base.

Comprendre les différences pour garantir des résultats de soudure de qualité

La composition chimique et les propriétés métallurgiques uniques des aciers inoxydables ferritiques, austénitiques et martensitiques exigent des traitements différents lors du soudage. Avant de commencer toute opération, les fabricants doivent comprendre la complexité du métal et les contraintes auxquelles il peut être exposé dans son environnement d'exploitation. Ce n'est qu'après avoir compris les différentes exigences des aciers inoxydables ferritiques, austénitiques et martensitiques que les industries peuvent optimiser leurs processus de soudage afin de favoriser un fonctionnement productif et rentable.

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