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RÉSUMÉ
Cet article détaille les quatre étapes principales de la fabrication des aciers et alliages réfractaires : l’élaboration (avec phase de fusion dans un four à arc, suivie d’une opération d’affinage), la coulée sous forme de lingots, la transformation à chaud et la transformation à froid. S’ensuivent le parachèvement de surface et les traitements thermiques adaptés à chacune des familles d’acier ou d’alliage, puis les procédés de moulage. Le choix d’un acier ou d’un alliage réfractaire doit s’effectuer sur quelques paramètres principaux. Par exemple, la résistance à la corrosion est liée à l’oxydation du chrome et d’éléments mineurs comme le silicium ou l’aluminium ; l’addition d’éléments à oxydes très stables permet d’améliorer la résistance dans des atmosphères réductrices ; une structure austénitique garantit une bonne tenue au fluage.
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Albert KOZLOWSKI : Ingénieur conseil FFA (Fédération française de l’acier)
INTRODUCTION
Les aciers et alliages réfractaires sont généralement utilisés pour la fabrication de pièces caractérisées essentiellement par leur résistance aux effets des gaz chauds et des produits de combustion à des températures supérieures à 550 °C. Vers les plus hautes températures, c’est la disparition des propriétés d’usage qui limite le domaine d’utilisation des aciers et alliages réfractaires.
Les principaux paramètres à retenir pour choisir un acier ou un alliage réfractaire sont les suivants :
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la résistance à la corrosion est essentiellement liée à l’oxydation sélective du chrome et de certains éléments mineurs (Si, Al,…). Un bon alliage réfractaire doit donc avoir une teneur élevée en chrome et, souvent, une addition de Si ou Al ;
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le nickel, ne se combinant pas au carbone, sera favorable pour les atmosphères réductrices, mais il présente l’inconvénient de ne pas résister aux atmosphères sulfureuses. Il faudra donc prévoir l’addition d’éléments à oxydes très stables (Si, Al) pour améliorer la résistance dans ces milieux ;
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la tenue au fluage est fortement influencée par la structure de l’alliage. La structure ferritique résiste mal, voire pas du tout à partir de 800 °C. La structure austénitique est celle qui résiste le mieux.
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Élaboration
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1. Typologie
Les principaux types d’aciers et d’alliages réfractaires peuvent être classés de la manière suivante selon leur structure métallographique.
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Aciers martensitiques ou semi-ferritiques
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Aciers à 5-10 % Cr
Ils reçoivent généralement des additions de Si, Al, Mo,V. Ce ne sont pas, à proprement parler, des aciers inoxydables, mais ils sont rattachés aux aciers réfractaires de par leur utilisation. Dans cette catégorie, on trouve les aciers à 6 % Cr, utilisés pour les tubes de surchauffeurs de centrales thermiques (acier X8CrMoV6), ou pour résister à l’hydrogène sous pression à haute température.
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Aciers à 9-10 % Cr
Ils sont utilisés pour les tubes de surchauffeurs (X10CrMo9, X10CrMoVNb9).
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Aciers à 10-13 % Cr
Ils sont employés pour les aubes de turbines ou les soupapes de moteurs. Avec des additions de Si ou Al, la structure devient ferritique et présente donc une faible tenue au fluage, mais une résistance acceptable à l’oxydation en atmosphère sulfureuse ou non (la nuance X6CrTi12 est utilisé pour les éléments de pots d’échappement automobile).
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Aciers ferritiques
Ces aciers, dont la teneur en chrome varie de 17 à 30 %, reçoivent des additions de Si ou Al pour améliorer la résistance à la corrosion à chaud et stabiliser la structure ferritique.
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Aciers à 17 % Cr avec addition de Si ou Al (X10CrAlSi18)
Résistance à la corrosion à chaud jusqu’à 1 050 °C en atmosphère oxydante sulfureuse, ou non, et 950 °C en atmosphère réductrice.
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Aciers à 20-24 % Cr avec, en général, addition de Si ou Al (X10Cr24, X10CrAlSi24) ou de Cu (X25CrCu22)
Les aciers au Si résistent bien à l’oxydation jusqu’à 1 100 °C, ceux avec Al jusqu’à 1 150 °C, et ceux au Cu jusqu’à 1 050 °C. Le cuivre ralentit le grossissement du grain et évite une trop grande fragilisation de l’acier.
Les aciers contenant 5 % d’Al sont utilisés pour les résistances électriques.
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Aciers à 30 % Cr (X10Cr30)
Ils reçoivent généralement une...
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Typologie
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Aciers moulés réfractaires. - NF EN 10295 – AFNOR - Décembre 2002
-
Aciers et alliages de nickel réfractaires. - NF EN 10095 – AFNOR - Juillet 1999
-
Fils à rivets en alliages d'aluminium, en acier, en alliages inoxydables et réfractaires – Dimensions. - NFL 21-106 – AFNOR - Janvier 1975
-
Rivets en acier et en alliages inoxydables et réfractaires – Spécification technique. - NFL 21-203 – AFNOR - Novembre 1974
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