Propriétés, types et applications de l'acier duplex

L'acier inoxydable duplex combine les meilleurs atouts de deux types d'acier inoxydable différents. Il associe deux structures, appelées austénite et acier austénitique. ferrite, De manière quasi équivalente, cet acier est utilisé dans de nombreux secteurs pour des projets d'envergure dans des environnements difficiles. Son utilisation permet de réaliser des économies, car les constructeurs peuvent employer des pièces de métal plus fines tout en obtenant des performances exceptionnelles.

Que signifie l'expression « acier duplex » ?

L'acier duplex est un acier inoxydable spécial à structure bicomposante. Il est composé d'environ moitié d'austénite et moitié de ferrite. C'est pourquoi on l'appelle duplex, ce qui signifie « deux parties ».

La ferrite confère à l'acier une grande résistance et le protège de la fissuration sous contrainte. Elle est essentielle dans les grandes structures. L'austénite, quant à elle, lui donne sa ténacité et le protège de la corrosion dans de nombreux environnements, notamment au contact de l'eau salée.

Cette combinaison performante rend l'acier duplex bien supérieur aux aciers inoxydables classiques. L'acier duplex est deux fois plus résistant que les aciers inoxydables courants. 304. Cette résistance accrue permet d'utiliser des pièces de métal plus fines, ce qui réduit le poids et les coûts.

L'acier inoxydable 304 est-il un acier inoxydable duplex ?

Non, l'acier inoxydable 304 n'est pas un acier inoxydable duplex. L'acier inoxydable de nuance 304 est un acier inoxydable duplex. acier inoxydable austénitique. Il possède une structure monophasée principalement austénitique. Contrairement à l'acier duplex, dont la structure biphasée équilibrée est présente, l'acier 304 ne contient que la phase austénitique. 

Propriétés de l'acier inoxydable duplex

Composition chimique

L'acier duplex contient des ingrédients spécifiques, notamment du chrome, qui en est l'ingrédient principal (de 18% à 29%). Ce chrome forme une couche protectrice contre la rouille.

Le molybdène atteint 5%, ce qui permet de mieux lutter contre les petites piqûres qui peuvent se former lorsque le métal est attaqué.

On ajoute de l'azote pour rendre la partie austénitique encore plus résistante et plus efficace contre la rouille.

Le nickel est utilisé en faible quantité. Il contribue à équilibrer la structure bicomposante et rend l'acier duplex plus abordable que certains autres aciers inoxydables haute résistance.

Force et robustesse

L'acier duplex est incroyablement résistant. Sa limite d'élasticité, c'est-à-dire le point avant qu'il ne se déforme de façon permanente, est d'environ 400 à 700 MPa. Cette résistance exceptionnelle est le double de celle de l'acier inoxydable standard.

Sa grande résistance permet aux ingénieurs d'utiliser moins de matériaux pour un projet, ce qui permet de réaliser des économies de coûts et de poids.

L'acier duplex rouille-t-il ?

Bien que l'acier duplex soit très résistant à la corrosion, il n'est pas totalement inoxydable. Sa teneur en chrome forme une couche passive protectrice qui empêche la rouille dans la plupart des environnements. Cependant, si cette couche est endommagée, une certaine corrosion peut se produire. L'ajout de molybdène et d'azote améliore considérablement sa résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse.

Usinabilité de l'acier

Du fait de sa grande résistance, l'acier duplex est plus difficile à couper et à façonner que les autres aciers inoxydables. Sa dureté exige une force de coupe plus importante. Les ouvriers doivent utiliser des outils très affûtés et travailler plus lentement pour un résultat optimal. L'utilisation abondante de liquide de refroidissement est indispensable pour éviter une surchauffe du métal pendant la découpe.

Types et qualités d'acier inoxydable duplex

Le type d'acier duplex est choisi en fonction de sa résistance à la corrosion, notamment à la formation de piqûres de rouille. Les scientifiques utilisent un indice appelé PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) pour l'évaluer. Un PREN élevé indique une meilleure protection.

Quels sont les 4 types d'acier duplex ?

Les principaux types d'acier inoxydable duplex sont :

Duplex allégé

Ce type d'acier inoxydable possède un indice PREN plus faible et utilise des matériaux moins coûteux comme le nickel et le molybdène. Il est très performant car il est deux fois plus résistant que l'acier inoxydable 304 standard, mais il est surtout adapté aux environnements peu corrosifs, comme les réservoirs de stockage courants.

Duplex standard

 C'est le type le plus répandu, la nuance 2205 étant la plus appréciée. Elle offre le meilleur compromis entre coût, résistance et protection contre la corrosion. Elle est particulièrement performante dans les environnements contenant de l'eau salée ou des produits chimiques chlorés.

Super duplex

 Cet acier, plus riche en chrome et en molybdène, présente un indice PREN plus élevé, ce qui le rend particulièrement résistant à la corrosion et à la fissuration sous contrainte. Il est utilisé pour les applications les plus exigeantes dans des environnements très agressifs.

Hyper Duplex

L'acier hyper duplex offre une excellente résistance à la corrosion. C'est le type d'acier duplex le plus cher, car il contient une proportion très élevée d'éléments d'alliage spéciaux. De ce fait, il est utilisé dans les centrales géothermiques.

Le duplex est-il meilleur que l'acier inoxydable ?

Pour les projets pétroliers et gaziers, ainsi que pour le traitement chimique, le duplex est meilleur que le 304 et Acier inoxydable 316. Cependant, pour les applications formables et à moindre coût, les aciers inoxydables austénitiques sont plus appropriés.

Quelle est la différence entre l'acier duplex et l'acier 316 ?

 La principale distinction entre l'acier duplex et l'acier 316 repose sur trois aspects : la structure, la résistance et le coût :

Structure

Le duplex possède une structure mixte ferrite-austénite tandis que le 316 est entièrement austénitique.

Force

 La limite d'élasticité du duplex est de 400 à 700 MPa et est environ deux fois plus élevée que celle du 316 qui est de 200 à 300 MPa.

Résistance à la corrosion

 Le duplex est plus résistant à la fissuration par corrosion sous contrainte et à la corrosion par piqûres dans les environnements chlorés et est donc supérieur lorsqu'il est utilisé dans l'eau salée.

Teneur en nickel

 Dans l'acier inoxydable 316, le nickel 10-14% est plus élevé que le duplex 4-7%, ce qui rend l'acier inoxydable 316 plus coûteux.

Performances à basse température

 L'acier 316 est plus résistant aux basses températures cryogéniques, et l'acier duplex peut devenir cassant en dessous de -50 °C.

Coût

 Le duplex est généralement moins cher en raison de sa plus faible teneur en nickel et offre des performances supérieures dans la plupart des applications.

Applications de l'acier inoxydable duplex

À quoi sert un duplex ?

La combinaison de résistance et de ténacité de l'acier duplex en fait un matériau idéal pour les industries exigeantes :

• Industrie du pétrole et du gaz: Utilisée dans les plateformes offshore, les pipelines sous-marins et les réservoirs sous pression où sa haute résistance permet de réduire le poids des composants pour faciliter leur installation en mer.
• Traitement chimique : On les trouve dans les réacteurs et les réservoirs de stockage manipulant des acides corrosifs, où leur longue durée de vie réduit les coûts de maintenance.
• Applications marines : Indispensable pour les usines de dessalement, les navires et les structures côtières exposées à l'eau salée corrosive.
• La production d'énergie: Utilisé dans les systèmes de désulfuration des gaz de combustion et les circuits de refroidissement, les qualités super duplex étant destinées aux installations géothermiques.
• Exploitation minière: Utilisé dans les cuves de lixiviation et les agitateurs qui traitent les boues acides et les matériaux abrasifs.

Fabrication et transformation de l'acier inoxydable duplex

La fabrication de l'acier duplex nécessite des étapes minutieuses pour obtenir une structure parfaite en deux parties.

Fusion

Les ouvriers commencent par faire fondre des matières premières comme le fer, le chrome et le nickel dans d'immenses hauts fourneaux. Ils doivent ajuster avec précision les quantités de chaque ingrédient pour obtenir la composition chimique idéale de l'acier.

Façonnage 

Ensuite, l'acier est chauffé à haute température, entre 1050 °C et 1250 °C environ. Puis, il est laminé ou forgé pour obtenir des plaques, des barres ou des tubes. La chaleur intense permet de conserver l'acier suffisamment malléable pour le façonner sans qu'il ne se fissure.

Traitement thermique

Le recuit est une étape cruciale pour l'acier duplex. Ce procédé consiste à chauffer l'acier à très haute température puis à le refroidir rapidement à l'eau. Ce refroidissement instantané stabilise la structure biphasique, composée à parts égales d'austénite et de ferrite. C'est ce procédé qui confère à l'acier sa résistance remarquable.

Le duplex est-il plus cher que l'acier inoxydable ?

Le prix de l'acier duplex varie par rapport aux autres nuances d'acier inoxydable. Il est généralement moins cher que les aciers austénitiques à haute teneur en nickel comme le 316L, en raison de sa plus faible teneur en nickel. Cependant, l'acier duplex coûte plus cher que l'acier inoxydable 304 standard. 

Acier duplex comparé aux autres nuances d'acier inoxydable

Comparé aux autres aciers inoxydables, l'acier duplex présente des avantages indéniables. Deux fois plus résistant que l'acier inoxydable de base 304, il offre une bien meilleure résistance à la fissuration due aux contraintes chlorées. Si le 304 est moins cher et plus facile à travailler pour des projets simples, le duplex constitue une solution durable.

Comparé à l'acier inoxydable 316, plus résistant à la corrosion par piqûres que l'acier inoxydable 304, l'acier duplex est beaucoup plus robuste. De plus, il contient moins de nickel, un métal moins coûteux que l'acier inoxydable 316. Cette caractéristique lui confère un meilleur rapport qualité-prix. L'acier inoxydable 316 est plus adapté aux environnements très froids, mais l'acier duplex offre une meilleure résistance mécanique et une meilleure protection globale contre la corrosion en milieu marin.

Conclusion

L'acier duplex offre une résistance mécanique et une protection contre la corrosion exceptionnelles, essentielles pour de nombreuses applications critiques. Le choix des nuances dépend des exigences PREN et des conditions d'utilisation. Les fabricants proposent une gamme variée de produits pour répondre efficacement aux besoins d'ingénierie mondiaux. 

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