VDM Alloy 31 Plus® – Alliage avancé nickel-fer-chrome-molybdène à résistance supérieure à la corrosion

Présentation de l'alliage VDM Alloy 31 Plus®

Le 2.4692 (NiFeCr27Mo6CuN) est un alliage nickel-fer-chrome-molybdène avec un apport contrôlé d'azote. Pour une stabilité métallurgique améliorée, l'alliage possède une teneur en nickel optimisée par rapport au VDM® Alloy 31 et présente les caractéristiques suivantes :

• Résistance à la corrosion élevée, similaire au VDM® Alloy 31
• Température de recuit en solution abaissée
• Excellente résistance aux acides sulfuriques
• Excellente résistance aux acides phosphoriques
• Bonne aptitude au travail et à la transformation
• Bonne soudabilité
• Approuvé pour les équipements sous pression selon ASME Code Section VIII Div 1 ; Section VIII Div 2, applications Classe 1

Propriétés générales

Propriété	Température	Valeur
Densité	23,0 °C	8,08 g/cm³

Propriétés mécaniques

Propriété	Température	Valeur
Énergie de rupture Charpy, entaille en V	-196,0 °C	110 J
Énergie de rupture Charpy, entaille en V	20,0 °C	150 J
Module d'élasticité	20,0 °C	199 GPa
Module d'élasticité	100,0 °C	195 GPa
Module d'élasticité	200,0 °C	189 GPa
Module d'élasticité	300,0 °C	181 GPa
Module d'élasticité	400,0 °C	174 GPa
Module d'élasticité	500,0 °C	168 GPa
Allongement	23,0 °C	40 %
Résistance à la traction	23,0 °C	650 – 850 MPa
Limite d'élasticité Rp0,2	20,0 °C	280 MPa
Limite d'élasticité Rp0,2	100,0 °C	210 MPa
Limite d'élasticité Rp0,2	200,0 °C	180 MPa
Limite d'élasticité Rp0,2	300,0 °C	165 MPa
Limite d'élasticité Rp0,2	400,0 °C	150 MPa
Limite d'élasticité Rp0,2	500,0 °C	135 MPa
Limite d'élasticité Rp1,0	20,0 °C	310 MPa
Limite d'élasticité Rp1,0	100,0 °C	240 MPa
Limite d'élasticité Rp1,0	200,0 °C	210 MPa
Limite d'élasticité Rp1,0	300,0 °C	195 MPa
Limite d'élasticité Rp1,0	400,0 °C	180 MPa
Limite d'élasticité Rp1,0	500,0 °C	165 MPa

Propriétés thermiques

Propriété	Température	Valeur
Coefficient de dilatation thermique	20,0 °C	1,43×10⁻⁵ 1/K
Coefficient de dilatation thermique	100,0 °C	1,48×10⁻⁵ 1/K
Coefficient de dilatation thermique	200,0 °C	1,54×10⁻⁵ 1/K
Coefficient de dilatation thermique	300,0 °C	1,60×10⁻⁵ 1/K
Coefficient de dilatation thermique	400,0 °C	1,63×10⁻⁵ 1/K
Coefficient de dilatation thermique	500,0 °C	1,63×10⁻⁵ 1/K
Point de fusion	–	1350 – 1370 °C
Capacité thermique massique	20,0 °C	431 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	100,0 °C	447 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	200,0 °C	468 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	300,0 °C	480 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	400,0 °C	488 J/(kg·K)
Capacité thermique massique	500,0 °C	488 J/(kg·K)
Conductivité thermique	20,0 °C	10,3 W/(m·K)
Conductivité thermique	100,0 °C	11,6 W/(m·K)
Conductivité thermique	200,0 °C	13,4 W/(m·K)
Conductivité thermique	300,0 °C	14,9 W/(m·K)
Conductivité thermique	400,0 °C	16,3 W/(m·K)
Conductivité thermique	500,0 °C	17,6 W/(m·K)

Propriétés magnétiques

Propriété	Température	Valeur
Perméabilité magnétique relative	23,0 °C	1

Composition chimique (pourcentage en masse)

Élément	Teneur	Commentaire
Aluminium	0,3 %	max.
Carbone	0,01 %	max.
Chrome	26 – 27 %	–
Cuivre	0,5 – 1,5 %	–
Fer	Base	–
Manganèse	1 – 4 %	–
Molybdène	6 – 7 %	–
Nickel	33,5 – 35 %	–
Azote	0,1 – 0,25 %	–
Phosphore	0,02 %	max.
Silicium	0,1 %	max.
Soufre	0,01 %	max.

Propriétés technologiques et applications

Domaines d'application

Procédés chimiques avec acide sulfurique ; traitement d'acides sulfuriques issus de déchets ; composants pour installations de désulfuration des gaz de combustion ; cuves revêtues ; usines de production d'acide phosphorique par voie humide ; applications en eau de mer et eau saumâtre ; évaporation et cristallisation de sels ; installations de décapage à l'acide sulfurique et à l'acide nitrique-hydrofluorique ; hydrométallurgie, par ex. digestion de latérites dans le procédé HPAL ; chimie fine, chimie spéciale et acides organiques ; composants pour l'industrie de la cellulose et du papier.

Formage à froid

Les pièces doivent être à l'état recuit pour le formage à froid. Le VDM Alloy 31 Plus® présente un taux d'écrouissage significativement plus élevé que les aciers inoxydables austénitiques couramment utilisés. Cela doit être pris en compte lors de la conception et du choix des outils et équipements de formage, ainsi que lors de la planification des processus de formage. Un recuit intermédiaire est nécessaire pour les travaux de formage à froid importants. Pour un formage à froid > 15 %, un recuit en solution final doit être effectué.

Résistance à la corrosion

Le matériau résiste à la corrosion intergranulaire dans l'état de livraison et après soudage selon la procédure d'essai ASTM-G 28, méthode A. Le taux de corrosion déterminé par la perte de masse selon ASTM-G 28, méthode A (durée d'essai 24 h), est au maximum de 0,5 mm/an (0,020 mpy) dans l'état de livraison et après soudage. Une très bonne résistance est également assurée contre la corrosion sous dépôts et la piqûre. La résistance à la corrosion est comparable à celle du VDM® Alloy 31.

Usinabilité générale

Le VDM Alloy 31 Plus® doit être usiné dans l'état traité thermiquement. En raison de la tendance nettement accrue à l'écrouissage par rapport aux aciers inoxydables austénitiques faiblement alliés, une vitesse de coupe faible et un avancement pas trop élevé doivent être sélectionnés, et l'outil de coupe doit être engagé en permanence. Une profondeur de passe adéquate est importante pour couper sous la zone d'écrouissage préalablement formée. Une dissipation de chaleur optimale grâce à l'utilisation de grandes quantités de lubrifiants appropriés, de préférence aqueux, a une influence considérable sur un processus d'usinage stable.

Traitement thermique

Le recuit en solution doit avoir lieu à des températures comprises entre 1140 et 1170 °C (2084 et 2138 °F). Le temps de maintien commence avec l'égalisation de la température du matériau ; des durées plus longues sont généralement beaucoup moins critiques que des durées trop courtes. Pour une résistance à la corrosion maximale, les pièces doivent être refroidies rapidement depuis la température de recuit, notamment dans la plage de 1100 à 500 °C (2012 à 932 °F), avec un taux de refroidissement > 150 °C/min (> 302 °F/min). Le matériau doit être placé dans un four préchauffé à la température maximale de recuit avant tout traitement thermique. Les exigences de propreté mentionnées sous « Chauffage » doivent être respectées. Pour les produits en bande, le traitement thermique peut être effectué dans un four continu à une vitesse et une température adaptées à l'épaisseur de la bande.

Formage à chaud

Le VDM Alloy 31 Plus® doit être formés à chaud dans une plage de température de 1200 à 1050 °C (2192 à 1922 °F) avec un refroidissement rapide ensuite dans l'eau ou à l'air. Pour le chauffage, les pièces doivent être placées dans un four préchauffé à la température maximale de formage à chaud (température de recuit en solution). Une fois que le four a retrouvé sa température, les pièces doivent y rester environ 60 minutes par 100 mm (3,94 po) d'épaisseur. Elles doivent ensuite être retirées immédiatement du four et formées dans la plage de température indiquée, avec un réchauffage nécessaire dès que la température atteint 1050 °C (1922 °F). Un traitement thermique après formage à chaud est recommandé pour obtenir des propriétés optimales.

Autres caractéristiques

Le VDM Alloy 31 Plus® possède une structure cubique à faces centrées. La teneur en azote et en nickel réduit la tendance à la précipitation de phases intermétalliques et stabilise la microstructure austénitique.

Soudage

Le VDM Alloy 31 Plus® peut être soudé dans la plupart des applications avec le VDM® FM 59 en utilisant des procédés conventionnels. Cela inclut le soudage TIG et MAG. Le soudage à arc pulsé est préféré pour les procédés de soudage sous protection gazeuse. Pour le soudage, le VDM Alloy 31 Plus® doit être dans un état recuit en solution et exempt de calamine, de graisse et de marquages. Lors du soudage de la passe de fond, il faut veiller à obtenir la meilleure protection de la racine possible en utilisant de l'argon pur, pureté 99,99 % ou meilleure, afin que le bord de soudure soit exempt d'oxydes après le passage de la racine. Une protection de la racine est également recommandée pour la première et, dans certains cas selon la construction soudée, aussi pour la deuxième passe intermédiaire après le passage de la racine. Les couleurs de revenu doivent être éliminées tant que le bord de soudure est encore chaud, de préférence à l'aide d'une brosse en acier inoxydable.