Demandez à un ingénieur :acier inoxydable austénitique

Inox austénitique polyvalent et résistant, même à des températures cryogéniques ou élevées

L'inox est appelé « inoxydable » en raison de sa résistance à la rouille. L'acier contient du fer et du carbone dans certains pourcentages :l'ajout de l'élément chrome le transforme de l'acier à l'acier inoxydable. A partir de ces trois éléments de base, les métallurgistes ont créé une vaste gamme d'aciers inoxydables. Les types de métaux dans l'alliage, les instructions d'alliage, les traitements thermiques et les travaux de post-production entrent dans la description de chaque nuance. Ces spécifications sont classées en quatre sous-types principaux :austénitique, ferrique, martensitique et duplex. Tous sont utiles, mais les aciers austénitiques se distinguent par leur utilité supérieure. 70 % des articles en acier inoxydable sont fabriqués à partir d'acier inoxydable austénitique.

Le chrome rend l'acier inoxydable résistant à la corrosion en s'oxydant rapidement. Cela forme un joint, ou « couche passive », qui protège le métal à base de fer de la rouille. L'acier inoxydable austénitique possède un élément d'alliage supplémentaire, le nickel, qui lui confère des propriétés de résistance et de ductilité.

Propriétés de l'acier inoxydable austénitique

L'acier inoxydable austénitique possède de nombreuses propriétés utiles :

• Très résistant à la corrosion
• Durable
• formable
• Soudable
• Ne devient pas cassant à des températures cryogéniques
• Plage de résistance à chaud plus large que les autres types d'acier inoxydable
• Dilatation thermique supérieure à celle des aciers inoxydables martensitiques et ferritiques
• Conduction thermique inférieure à celle des grades martensitiques
• Généralement non magnétique ; légèrement magnétique si travaillé à froid

Ces propriétés rendent l'acier inoxydable austénitique polyvalent et idéal pour de nombreuses applications, y compris les cuisines et les équipements de transformation des aliments, les laboratoires et les hôpitaux, l'ameublement et le revêtement extérieurs, les fours et fournaises, les échangeurs de chaleur, etc. La série 300 commercialement courante, y compris les nuances 304 et 316 courantes, sont des aciers austénitiques.

L'acier austénitique possède ces propriétés utiles en raison de sa structure moléculaire. Cependant, il est coûteux de créer et de maintenir les molécules d'austénite dans l'acier. Ces aciers ne sont donc utilisés que là où leurs propriétés améliorées sont nécessaires.

Microstructure austénitique

Lorsque les métaux gèlent hors de l'état fondu, ils cristallisent et forment des grains qui s'attachent les uns aux autres dans un réseau. Cette structure cristalline détermine de nombreuses propriétés mécaniques du métal.

De nombreux facteurs influencent cette microstructure :les matériaux à l'intérieur du réseau, la température à laquelle le métal devient chaud et la vitesse à laquelle il se refroidit, et si le métal est traité thermiquement par la suite. Les alliages austénitiques ont ce qu'on appelle une "microstructure cubique à faces centrées". Ce réseau est constitué de cellules denses. Les molécules d'austénite à faces centrées n'apparaissent dans les aciers doux que lorsque le fer est à l'état fondu. Lorsque les métallurgistes ajoutent du nickel à l'alliage, cette structure peut se maintenir même lorsque le métal est froid.

Les structures cubiques à faces centrées ont des atomes à chaque coin de la cellule, ainsi que des atomes au centre de chaque face du cube. Ce sont les atomes sur la face de chaque cube qui confèrent à l'acier austénitique ses propriétés. La densité d'atomes par cellule lui donne de la force. De nombreuses autres formes d'acier et d'acier inoxydable ont des structures plus lâches sans atome au centre de chaque face.

L'acier inoxydable austénitique est amagnétique car chaque atome de la cellule peut trouver une paire de charge opposée.

Inox austénitique :adapté à la cryogénie

Les structures cubiques à faces centrées sont plus résistantes aux températures extrêmes en raison de la résistance supplémentaire des atomes supplémentaires par cellule.

Les aciers inoxydables austénitiques sont les seuls types d'acier inoxydable qui ne deviennent pas cassants et ne se fracturent pas facilement dans les applications cryogéniques. Même en dessous de -292°F, ce matériau conserve sa ténacité et son allongement. Lorsqu'elles sont frappées, les molécules peuvent glisser les unes sur les autres sans se briser.

En comparaison, les structures cubiques centrées sur le corps présentent généralement une température de "transition" en dessous de laquelle le matériau se brise s'il est soumis à une contrainte mécanique. C'est ce qu'on appelle la fragilisation à basse température.

Tolérance à la chaleur ou résistance à chaud

Lorsque les métaux sont chauffés, ils se ramollissent jusqu'à ce qu'ils atteignent leur point de fusion. Ceux qui ramollissent moins vite ont une plus grande résistance à chaud. L'acier inoxydable austénitique commence à perdre sa résistance entre 900 et 1000 ° F, mais pas aussi rapidement que les autres types d'acier inoxydable. Les températures de service continu dans deux types, les aciers inoxydables martensitiques et ferritiques, se situent entre 1300 et 1500 ° F. La température maximale de service continu pour l'acier inoxydable austénitique 310 est de 2100 °F.

La complexité des métaux

Les métaux tirent leurs propriétés matérielles uniques de leur formation de réseau cristallin atomique. Ces grains sont influencés par de nombreux aspects différents de la production du métal.

L'acier est créé lorsque le fer est allié au carbone, produisant un alliage solide, ductile, mais vulnérable à la rouille. Du chrome est ajouté pour aider à créer une couche d'oxyde passive et prévenir la rouille. Lorsqu'il est traité thermiquement entre 1 674 et 2 541 ° F, le carbone pénètre à travers le treillis et l'acier inoxydable a maintenant une plus grande ductilité et résistance. La seule façon de maintenir cette structure à température ambiante est d'avoir du nickel et/ou du manganèse dans l'alliage. Ces ajouts fournissent un échafaudage chimique pour les cellules cubiques à faces centrées. Avec tous ces éléments, l'acier inoxydable austénitique est créé :non magnétique, résistant à la chaleur et au froid, ductile et soudable.

Les aciers inoxydables austénitiques résilients continuent de fonctionner dans de nombreux environnements industriels. Leurs propriétés mécaniques en font de loin le choix le plus populaire dans les nuances d'acier inoxydable. Cependant, l'ajout de nickel et de manganèse rend les aciers austénitiques plus chers :les nouveaux aciers duplex, qui entrelacent l'austénite et la ferrite, ont tendance à avoir certaines des propriétés des deux. Il s'agit d'un moyen moins coûteux d'obtenir certains avantages de l'acier austénitique dans des environnements non extrêmes. Cependant, pour les applications cryogéniques et celles à forte intensité de chaleur telles que les chaudières, les échangeurs de chaleur et les conduites de vapeur, l'acier inoxydable austénitique restera le choix le plus populaire.