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13 février 2020 | Acier Inoxydable

Les caractéristiques et la soudabilité des alliages Nitronic

Les alliages Nitronic, comme leur nom l’indique, sont une série d’aciers inoxydables austénitiques enrichis en azote (nitrogène). Le premier grade, le Nitronic 40, a été développé en 1961 par la compagnie Armco Steel avant que cette marque déposée ne devienne la propriété de AK Steel en 2000.

Composition chimique des alliages Nitronic

La composition chimique des principaux alliages Nitronic est présentée dans le tableau ci-dessous :

Caractéristiques des alliages Nitronic

Les alliages Nitronic présentent des propriétés uniques par rapport aux autres aciers inoxydables austénitiques comme les grades 304, 316L, CF3 ou CF8M. Voici leurs principales caractéristiques :

✔️ Résistance mécanique élevée : Ratio résistance/densité jusqu’à 3 fois supérieur à celui de l’acier doux.

✔️ Ductilité élevée : Jusqu’à 40%.

✔️ Insensibilité à la transition ductile-fragile (DBTT).

✔️ Excellente aptitude au durcissement par déformation à froid et au formage, avec une résistance élevée aux impacts (le Nitronic 60 offrant la meilleure résistance).

✔️ Très bonne soudabilité.

✔️ Résistance à l’oxydation et à la corrosion (corrosion générale, piqûres et crevasses). Le Nitronic 50 offre la meilleure résistance.

✔️ Excellente résistance à la corrosion fissurante (SCC). Le Nitronic 33 (faible teneur en nickel) y excelle.

✔️ Résistance à la corrosion intergranulaire supérieure à celle du SS304 en milieux chlorurés (tests ASTM G-48).

✔️ Stabilité microstructurale jusqu’à 900°C.

✔️ Résistance à la cavitation et à l’érosion équivalente à celle des alliages de cobalt, mais supérieure à celle des aciers inoxydables austénitiques Fe-Cr-Ni et duplex.

✔️ Excellente résistance à l’usure métal-métal, notamment au grippage (seizing/galling).

✔️ Résistance au fretting comparable à celle de l’Inconel 718 à 600°C.

DURCISSEMENT PAR DÉFORMATION À FROID

Le degré de durcissement dépend du taux de déformation, de la stabilité de l’austénite et de la température de travail. Contrairement au grade SS304 qui se durcit par transformation martensitique (phase magnétique), les alliages Nitronic conservent leur caractère non magnétique grâce à la formation d'une phase epsilon (ε).

✅ Une réduction à froid de 60% augmente la limite élastique des Nitronic Grades 33, 40, 50, 60 et AISI 304 de 230, 220, 260, 225 et 335% respectivement.

✅ Le Nitronic 50 est recommandé pour les applications nécessitant un bon compromis entre résistance mécanique, résistance aux chocs et résistance à la corrosion.

MICROSTRUCTURE ET RÔLE DES ÉLÉMENTS :

Manganèse, Mn

Substitue partiellement le nickel, réduisant le coût des alliages.
Améliore la résistance mécanique par solution solide.
Fonction désoxydante et désulfurante, prévenant la fissuration à chaud.

Silicium, Si

Renforce la couche d’oxyde de chrome, améliorant la résistance à l’oxydation.
Durcit la matrice par solution solide.
Améliore la résistance à la friction métallique.

Azote, N₂

Stabilise l’austénite.
Augmente la résistance mécanique et la résistance à la corrosion.
Retarde la diffusion du carbone, prévenant la corrosion intergranulaire.

Usages industriels des alliages Nitronic

Les alliages Nitronic sont utilisés dans des secteurs industriels exigeants :

✅ Réservoirs, châssis et structures (pare-chocs, camions frigorifiques).

✅ Navires (conteneurs, structures sous-marines).

✅ Véhicules blindés, pompes centrifuges et sièges de valves.

✅ Aubes de turbine (substituts au CA-6NM).

✅ Boulons, arbres et attaches.

Usure adhésive-grippage

Le problème de l’usure adhésive, appelé grippage, relève de l’usure métal-métal et résulte d’abord de la forte interaction et de la pression entre des surfaces de contact plus ou moins compatibles chimiquement. Ce phénomène survient après déformation plastique et formation de jonctions intermétalliques, appelées microsoudures froides, à partir des aspérités des surfaces de contact soumises à un mouvement de friction réciproque. Le phénomène qui est très familier, par exemple, dans le cas de piston/cylindre de moteurs, est accentué par les facteurs suivants :

surfaces de contact très lisses, soit avec une rugosité inférieure à 10-15μm. Des surfaces trop lisses ne retiennent pas assez de lubrifiant pour réduire la friction. Par contre, des surfaces très rugueuses mènent à une usure rapide à partir de leurs protubérances ;
compatibilité des matériaux de contact, soit métaux/alliages similaires, ex SS410/SS410, ou très compatibles chimiquement, ex. cuivre/nickel.
dureté : une augmentation de la dureté de surface par écrouissage ou traitement de surface augmente la résistance à l’usure adhésive ;
Surface de contact et amplitude du mouvement : les débris d’oxydes qui forment une tribo-couche solide pour accommoder la friction peuvent aussi s’évacuer de l’interface de contact lorsque l’amplitude du mouvement augmente ;
Microstructure monophasée;
pression de contact ;
lubrification inadéquate ;

Usure et résistance à l’adhésion

Les alliages Nitronic offrent une excellente résistance à différents types d’usure :
✔️ Abrasive
✔️ Par impact
✔️ Friction métal-métal
✔️ Érosion et cavitation
✔️ Usure corrosive

Réduction de l’usure adhésive (grippage)

Pour limiter le grippage dans un système de couple métallique :

✅ Lubrification du contact.

✅ Réduction de la pression, de la température et de la vitesse du mouvement.

✅ Augmentation de la dureté de la surface par écrouissage.

✅ Choix de couples de contacts compatibles ou dissimilaires.

Soudabilité des alliages Nitronic

Le choix du métal d’apport dépend de l’application :
✅ Assemblage, rechargement ou réparation
✅ Résistance mécanique du métal de base et du métal déposé
✅ Dilution et aptitude à l’écrouissage
✅ Résistance à la fissuration à chaud

Les dépôts soudés conservent une microstructure austénitique stable et une bonne résistance à la corrosion. Les métaux d’apport équivalents ou alternatifs sont :

E/ER 209
E/ER 219
E/ER 240

Le soudage autogène est possible pour des assemblages de faibles sections, offrant une résistance à l’usure comparable au métal de base.

Le tableau ci-après montre les produits d’apport standardisés qui peuvent être utilisés, soit comme alliages équivalents ou comme alternatives.

Électrodes / Métaux d’apport

Rechargement anti-usure

Les alliages Nitronic sont utilisés pour des dépôts de rechargement anti-usure sur :
✅ Acier au carbone
✅ Acier faiblement allié
✅ Acier inoxydable austénitique

Classement des couples de contact par résistance à l’usure

D2
Stellite 6B
Nitronic 60
SS440C (57 RC)
Nitronic 32
Nitronic 33
Nitronic 50
Nitronic 40
Pourquoi choisir les alliages Nitronic ?

Grâce à leur excellente résistance à la corrosion, à l’usure et à la fatigue, les alliages Nitronic sont le choix idéal pour les environnements industriels exigeants. Si vous souhaitez en savoir plus sur nos solutions en alliages Nitronic ou discuter de vos besoins spécifiques, contactez-nous dès aujourd'hui !

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