S T A C. Métaux et alliages. Acier au carbone

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1 STAC Slameuterstraat 1 b B-2580 Putte Belgique une division de GuiDon sa TVA : BE RPR Malines STA C Let STA Ckle those corrosion problems! S T A C : E- : info@stacoat.com Industrial : stacoat.com Coatings Banque: CRELAN : IBAN : BE BIC (SWIFT code) : NICABEBB réf : Métaux et alliages Sujet : Métaux et alliages Le nombre d'alliages en général et d'acier en particulier est vaste et difficile à résumer. En appendice, une tentative est faite pour décrire les types les plus courants. Le tableau au-dessous donne un résumé. Alliages ferreux Carbone Autres éléments d'alliage Acier 0,2-2,1 % Acier au carbone Acier faiblement allié < 1,5 % Tous Manganèse Siliciun Chrome Nickel Molybdène Vanadium Titane Cuivre Phosphore Wolfram Cobalt Acier moyennement allié 1,5-10 % Acier fortement allié > 10 % Acier inoxydable Acier auto-patiné (Corten) Acier à outils Acier dual-phase Acier maraging Acier TRIP Acier Eglin Acier Hadfield etc Fonte 2,1-6 % 1-3 % Explication : = élément majeur = élément mineur = élément sporadique Acier galvanisé Galvanisation à chaud Galvanoplastie Métallisation Galvanisation à froid Galvanisation selective à froid Autres méteaux et alliages non-ferreux Autres métaux metals : Alliages non-ferreux : aluminium, cuivre, étain, etc bronze (cuivre et étain), laiton (cuivre et zinc), etc Acier au carbone Acier au carbone (également appelé "acier standard", "acier à faiblement et moyennement allié» ou simplement «acier») contient principalement du fer, avec un contenu de carbone entre 0,2 et 2,1 %. Il constitue la majorité du marché d acier industriel lourd. Il est sensible à la corrosion rapide quand il n est pas protégé par un système de coating. Quand il est exposé à l air et l'humidité, il réagit en surface avec l'oxygène formant d'oxyde de fer (rouille). Le film d'oxyde de fer est active et accélère la corrosion (ou rouiller à profondeur ou oxydation autoaccélérée au oxyde de fer). Le terme «acier au carbone» peut également être utilisé pour tout l'acier qui n'est pas inoxydable. Dans cette définition «acier au carbone» peut inclure les 2 types d alliages suivants. Acier faiblement allié Acier faiblement allié contient < 1,5 % d éléments d'alliage (excl. carbone). Les éléments d'alliage les plus couramment utilisés sont le manganèse (Mn) et le silicium (Si). Comme le carbone ils sont utilisés pour augmenter la résistance mécanique et la dureté. Le silicium est également un sous-produit du processus de fabrication d'acier. Il sert à transférer l'oxygène à l'acier. L'acier faiblement allié est l acier le plus couramment utilisée dans le monde. C'est parce qu'il est relativement bon marché et très manipulable. Let S TA Ckle those corrosion problems! Métaux et alliages Page 1 de 5

2 Acier moyennement allié Acier moyennement allié contient 1,5 à 10 % d éléments d'alliage (excl. carbone). Comme l acier faiblement allié, le manganèse et le silicium sont les éléments les plus communs (p.e. 1,6 % Mn et 0,7 % Si). Aussi le chrome (Cr), le nickel (Ni), le molybdène (Mo) et le vanadium (V) sont souvent utilisés. L'impact combiné de ces éléments dans un type d'acier, n'est pas tellement facile à déterminer car ils peuvent se tempérer ou s amplifier mutuellement. Le chrome est souvent utilisé pour rendre l acier résistant à la corrosion (oxydation). Il augmente la dureté et la résistance à l abrasion. Il est couramment utilisé en combinaison avec le nickel ou le molybdène. Chrome en conjonction avec molybdène donne à l acier une haute résistance mécanique et thermique. Le vanadium est également couramment utilisé en combine avec le chrome et le molybdène pour ses propriétés similaires. Le nickel a un effet positif sur l acier à des températures très hautes et très basses. Il est également couramment utilisé pour compenser un nombre de caractéristiques défavorables de chrome. Acier galvanisé L acier galvanisé est de l acier au carbone qui a été traité en surface entraînant la formation d'un coating métallique de zinc. La mince couche de zinc est une barrière sacrificielle entre l acier (le fer) et l'environnement. Zinc s'oxyde plus rapidement et facilement que le fer, il se «sacrifices» sur une distance de quelques mm (protection cathodique de l acier, en évitant la création de rouille (Fe2O3)), pour former une couche passive d'oxyde de zinc (poudre blanche). Il s'agit d'un processus continu et lent qui, à longue terme, notamment quand la couche d'oxyde de zinc est éliminée régulièrement (p.e. par friction), le zinc s'oxyde complétement et l'efficacité disparaît. La galvanisation sélective à froid est une exception. Galvanisation à chaud Galvanisation à chaud est l'application à chaud d'une couche de zinc sur des structures en acier en les trempant dans un bain de zinc liquide à ± 460 C. Métallisation Métallisation est l'application à chaud d'une couche de zinc sur des structures en acier par pulvérisation de zinc fondu (chaud). Galvanisation électrolytique Galvanisation électrolytique (galvanoplastie) est l'application à chaud d'une couche de zinc sur des structures en acier par disposition électrolytique. La couche est plus mince et liée beaucoup plus fort qu avec la galvanisation à chaud. Galvanisation à froid Galvanisation à froid est l'application à froid (température ambiante) d'un revêtement spécial (p.e. STACGALVA), avec une très haute concentration de zinc (couche sèche> 92 %p de zinc), sur des structures en acier, à la brosse, au rouleaux ou au pistolet. Galvanisation sélective à froid Galvanisation sélective à froide est l'application à froid (température ambiante) d'un revêtement spécial (p.e. STACPRIMER-U1-ZIMIO), avec une haute concentration de zinc (couche sèche > 65 %p de zinc), sur des structures en acier, à la brosse, au rouleaux ou au pistolet. Les particules de zinc sont encapsulés dans une matrice résineuse et est uniquement activé quand nécessaire, à savoir à l'endroit d une rayure. La couche de zinc n'est pas soumis à l'oxydation continue de la surface de contact avec l'air (ce qui se fait avec d autres techniques de galvanisation). Let S TA Ckle those corrosion problems! Métaux et alliages Page 2 de 5

3 Acier fortement allié Acier fortement allié contient 10 % d éléments d alliage (excl. carbone). Le mieux connu est l acier autopatiné et l acier inoxydable. Acier auto-patiné L acier auto-patiné (p.e. la marque déposée Cor-Ten), est un groupe d alliages d acier qui sont développés pour empêcher la nécessité d une couche de coating. Les éléments d'alliage sont le chrome (Cr), le nickel (Ni), le silicium (Si), le cuivre (Cu) et de phosphore (P). Il forme une apparence de «rouille» stable quand il est exposé aux impacts météorologiques. La surface brun-rougeâtre dû à une couche très dense d'oxyde métallique empêche l'oxygène de réagir avec l'acier sous-jacente, ce qui ralentit radicalement la corrosion plus profonde (sauf pour les piqûres pleines d'eau ou l'oxydation continue). À cause de cette couche d'oxyde métallique il n'y pas nécessairement besoin d une couche de coating. Il vaut mieux ne le pas utiliser pour les panneaux d'acier minces parce qu'il reste sensible à la corrosion. La raison est que la couche d'oxyde métallique se constitue à nouveau après qu elle est érodée (p.e. par le sable, la poussière, la grêle ou même les pluies acides). Une nouvelle couche se forme et l épaisseur des tôles diminue. Si cela se répète à plusieurs reprises, des trous se développeront dans les panneaux fins d'acier. Il n'est également pas résistant à l humide des feuilles. Ces derniers ralentissent les cycles «humide-sec», ce qui accélère le processus de la corrosion. Acier inoxydable L acier inoxydable (inox, acier de haute qualité, acier raffiné) ses éléments d'alliage majeurs sont le chrome (Cr) et le nickel (Ni). Le chrome peut être utilisé seul pour rendre l acier inoxydable mais dans la plupart des cas il est combiné avec le nickel (p.e. 18 % Cr et 8 % Ni). Le nickel compense un certain nombre d'effets indésirables du chrome. L acier inoxydable est résistance à la corrosion (oxydation). Cette propriété est due à la réaction du chrome avec l'oxygène (atmosphérique). Cela crée une couche passive d'oxyde de chrome sur l'acier. Cette couche est très mince et transparent. Elle se compose d'une «peau» d'oxyde de chrome (iii), qui est conductif pour les électrons mais pas pour les ions. En conséquence, l'acier est résistant à la corrosion aussi longtemps que la couche est intacte. C'est malheureusement pas le cas dans une solution de chlorure, tels que l'eau de mer ou l eau chloré de piscine. Les ions de chlorure provoquent de la corrosion par piqûres, qui est très difficile d'arrêter parce que ces ions se concentrent dans les fosses. Ajouter du molybdène peut produire de la résistance contre le chlorure. Afin d'améliorer les propriétés, ou le teneur en carbone est diminué (mais cela réduit la machinabilité) ou en ajoutant du titane (mais cela réduit l aptitude au soudage). Autres types d acier fortement allié Acier à outils : allié avec de grandes quantités de wolfram (tungstène), de cobalt ou d autres éléments (p.e. le vanadium) pour maximiser la dureté. Cela permet également l'utilisation de la technique de précipitation et améliore la résistance à la température. Il est généralement utilisé pour la fabrication d outils mécaniques tels que les axes, les perceuses et d autres outils nécessitant une pointe ou une face de découpage durable. Acier dual-phase : est traité à chaud pour avoir deux structures cristallines (ferritique et martensitique) pour un dureté amélioré. Il est la déclinaison moderne de l acier damassé, mais où la distinction entre phase dure (la martensite) et phase ductile (la ferrite), se fait plus finement, au niveau du grain. Acier maraging : est allié avec nickel et d'autres éléments, mais contrairement aux plupart des aciers ne contient presque pas du carbone. Cela crée un acier très fort mais encore malléable. Acier TRIP (Transformation Induced Plasticity) : où la ferrite se transforme partiellement en martensite après une sollicitation mécanique. On débute donc avec un acier ductile, pour aboutir à un acier de type Dual Phase. Il a une structure cristalline en triple phase composé de ferrite, bainite et austénite. Au cours de la déformation plastique, sans addition de chaleur, la phase d'austénite métastable est transformée en martensite. Cette transformation permet une meilleure résistance et ductilité. C est un acier à haute résistance, généralement utilisé dans l'industrie automobile. Acier Eglin : utilise plus qu'une douzaine de différents éléments en concentrations variantes pour créer un acier relativement à bon marché pour la fabrication des bombe anti-bunker. Let S TA Ckle those corrosion problems! Métaux et alliages Page 3 de 5

4 Acier Hadfield (acier manganèse) : contient % de manganèse, est très résistant à l'abrasion et atteint jusqu'à trois fois sa dureté de surface durant l'impact, sans aucune augmentation de la fragilité qui est généralement associée avec la dureté. Cela lui permet à conserver ses propriétés d anti-usure extrême et nonmagnétique. Exemples sont les chenilles de tanks, les bords des lames de bulldozers et des lames tranchantes sur les outils hydrauliques de sauvetage. Autres alliages ferreux Fonte : groupe d alliages de fer avec 2,1 6 % de carbone et 1 3 % de silicium ou de manganèse. Ils sont réalisés par fonte de fer brut (hématite) avec du coke et de la craie dans un cubilot, four à induction ou four à tambour. La fonte est un précurseur dans la fabrication d'acier. C'est l'alliage qui sort du haut-fourneau et qui sera affiné en acier par chauffage (décarburation). On l'appelle alors fonte brute, pour la distinguer de la fonte élaborée, généralement issue d'une fusion distincte, de composition déterminée, et destinée à la production de pièces moulées. Métaux et alliages non-ferreux Métaux non-ferreux : aluminium, cuivre, étain, etc Alliages non-ferreux : bronze (cuivre et étain), laiton (cuivre et zinc), etc Let S TA Ckle those corrosion problems! Métaux et alliages Page 4 de 5

5 Table: Comparaison des classifications chimiques des types d acier EN nr. d'acier EN nom d'acier SAE grade UNS DIN BS 970 UNI JIS Aciers au carbone C15D CK15 040A15 C15 S C18D C15 080M15 C16 S15CK C A15 1C15 S15C EN3B C45 060A47 C45 S45C CK45 080A46 1C45 S48C C CF45 080M46 C CQ45 C S20 35S20 212M / S20 45S20 En8M SMn28 230M07 CF9SMn28 SUM 25 11SMn SMn36 En1A CF9SMn36 SUM SMnPb30 9SMnPb28 230M07 Plombé CF9SMnPb29 SUM 22L SMnPb37 12L14 9SMnPb36 En1A Plombé CF9SMnPb36 SUM 23L SUM 24L Aciers inoxydables X10CrNi S X2CrNiN LN X8CrNiS S30300 X10CrNiS S 21 En58M X10CrNiS18-09 SUS X2CrNi19-11 X5CrNi S 15 SUS 304 X2CrNi18-10 X5CrNi S 16 SUS 304-CSP 304 S30400 XCrNi S S 25 En58E X5CrNi X2CrNi L S S 11 SUS304L X2CrNiN LN S X6CrNi H S X5CrNi S X5CrNiMo X5CrNiMo S 29 X5CrNiMo17 12 SUS X5CrNiMo X5CrNiMo S 31 X5CrNiMo17 13 SUS316TP 316 S31600 X5CrNiMo S 33 X8CrNiMo17 13 X5CrNiMo En58J X2CrNiMo L S S 11 SUS316L X2CrNiMoN X2CrNiMoN LN S Ti S31635 X6CrNiMoTi S X2CrNiMo L S S32100 X6CrNiTi S 31 SUS X12CrNiTi H S X6CrTi S S S43000 X6Cr17 430S 17 SUS A S B S C S F S44020 X14CrMoS17 SUS430F X1NiCrMoCu L N X1CrNiMoCuN S31254 Aciers à outils X100CrMoV5 A-2 X100CrMoV51 BA 2 X100CrMoV5-1 KU SKD X153CrMoV12 D-2 X153CrMoV12-1 BD 2 X155CrVMo12-1 SKD O-1 100MnCrW4 Bo 1 95MnWCr-5 KU Autres aciers fortement alliés 25CrMo4 708A30 25CrMo4 (KB) SCM GS-25CrMo4 CDS110 30CrMo4 SCM 430 SCCrM CrMo4 708M40 41CrMo4 SCM CrMo4 708A42 38CrMo4 (KB) SCM 440H CrMo4 4140/ CrMoS4 709M40 G40 CrMo4 SNB CrMo4 En19 42CrMo4 SCM 4M En19C SCM CrNiMo6 817M40 35NiCrMo6 (KB) SNCM CrNiMo NiCrMo8-4 En24 40NiCrMo7 (KB) SNB NiCrMo22 805A20 20NiCrMo NiCrMo2 805M20 20NiCrMo2 SNCM 200 (H) Let S TA Ckle those corrosion problems! Métaux et alliages Page 5 de 5