INSTRUCTIONS DE FABRICATION DES ALLIAGES DE NICKEL

INSTRUCTIONS DE FABRICATION DES ACIERS AUSTÉNITIQUES HAUTEMENT ALLIÉS ET DES ALLIAGES DE NICKEL

Les aciers austénitiques fortement alliés et les alliages à base de nickel peuvent être travaillés par tous les procédés de formage et d’usinage conventionnels. Cependant, ils sont souvent plus coûteux que dans le cas des aciers de construction conventionnels, et cela doit être dûment pris en compte dans le calcul des coûts.

1. MISE EN FORME

Le terme «travail à froid» fait référence au processus de formage qui est effectué à température ambiante ou bien en dessous de la température de recristallisation.

1.1 Travail à froid

Les aciers inoxydables austénitiques et les alliages à base de nickel peuvent être facilement écrouis à froid, à condition de tenir compte des propriétés spécifiques du matériau.

• valeur initiale de 0,2 % de limite d’élasticité ;
• écrouissage ;
• diminution de l’allongement.

Déformation maximale autorisée en écrouissage sans traitement thermique.
Le travail à froid modifie les propriétés mécaniques des matériaux.

• Tous les matériaux en question sont sujets à un écrouissage appréciable accompagné d’une diminution de l’allongement après rupture en essai de traction ;
• Certains matériaux, en particulier ceux contenant du molybène, sont sujets à la précipitation si, après un travail à froid poussé, un soudage est effectué dans la zone de déformation. En conséquence, ces zones peuvent devenir sensibilisées, c’est-à-dire que leur résistance à la corrosion peut être altérée.

Normalement, pour les alliages de nickel, un travail à froid jusqu’à 15 % de déformation est autorisé sans traitement thermique ultérieur. Dans certains cas, cependant, selon le matériau et le devoir, un traitement thermique peut être nécessaire même si le degré de déformation est de 15 %, par ex. lors de l’utilisation d’alliages haute température traités thermiquement en solution. Dans d’autres cas, un degré de déformation plus élevé peut être autorisé sans traitement thermique, notamment si aucune soudure n’est à réaliser dans la zone de déformation.

Outils et machines

Le formage des aciers austénitiques au chrome-nickel et des alliages à base de nickel est très souvent réalisé avec les mêmes outils, montages et machines que ceux utilisés pour le formage des aciers doux. Les particules de ferrite étrangères à la surface de ces outils entraînent en service une attaque corrosive qui peut détruire la couche passive du composant et ainsi diminuer localement la résistance à la corrosion. Il convient donc de veiller à ce que les outils, les supports et similaires soient nettoyés à un degré tel qu’aucune particule abrasive d’acier doux ne soit transportée sur les pièces à usiner fortement alliées.

Les surfaces côté produit des composants finis doivent être vérifiées pour l’absence de ferrite, ou décapées et passivées, avant la livraison/la mise en service.

1.2 Travail à chaud

Le travail à chaud est effectué dans une gamme comprise entre la température de recristallisation et la température de solidus. En conséquence, la résistance à la déformation est fortement réduite et les forces nécessaires pour travailler le matériau sont d’autant plus faibles.

Le tableau suivant indique, à titre d’exemple, les températures de travail à chaud et de traitement thermique pour un certain nombre de matériaux et d’alliages à base de nickel.

Alliage	Température de travail à chaud en Celcius	Température de traitement thermique de la solution en Celcius	Température de recuit doux en Celcius
926	900 – 1200	1150 – 1180	—
400	800 – 1200	—	700 – 900
800H	900 – 1200	1150 – 1200	—
825	900 – 1150	—	920 – 980
600	900 – 1200	(1080 – 1150)	920 – 1000
601	900 – 1200	(1100 – 1180)	920 – 980
617	950 – 1200	1150 – 1200	—
625	900 – 1200	—	950 – 1050
330	950 – 1180	1020 – 1120	—
C-276	950 – 1200	1100 – 1160	—
59	950 – 1180	1100 – 1180	—

Lors du travail à chaud, il convient de veiller à ce que la déformation se déroule de manière aussi uniforme que possible afin d’éviter la formation d’une structure granulaire non homogène. De plus, pour de faibles degrés de déformation (£ 30 % env.), la température de formage doit être aussi proche que possible de la limite inférieure afin d’éviter la formation de gros grains. Pour des degrés de déformation plus élevés (> 30 % env.), les températures les plus élevées sont recommandées.

Après chaque opération de travail à chaud, un traitement thermique doit être effectué conformément aux instructions du fabricant du produit de broyage. Les détails concernant le contrôle thermique sont décrits dans la section Traitement thermique.

2. TRAITEMENT THERMIQUE

Après le travail à chaud, le composant doit subir un traitement thermique. Après le travail à froid, un traitement thermique peut être inutile. La question de savoir si un composant fini doit être traité thermiquement doit être réglée avec le client dans chaque cas spécifique, sauf si cela est prévu dans les codes et les spécifications.

Chauffage

Les pièces doivent être propres et exemptes de toutes sortes de contaminants avant et pendant tout traitement thermique. Les alliages de nickel peuvent se détériorer s’ils sont chauffés en présence de contaminants tels que le soufre, le phosphore, le plomb et d’autres métaux à bas point de fusion. Les sources de ces contaminants comprennent les peintures et les crayons de marquage et d’indication de température, les graisses et fluides lubrifiants et les carburants. Les carburants doivent être aussi faibles en soufre que possible. Le gaz naturel doit contenir moins de 0,1 % en poids de soufre. Les mazouts dont la teneur en soufre ne dépasse pas 0,5 % en poids conviennent. En raison de leur contrôle précis de la température et de l’absence de contamination, les traitements thermiques dans des fours électriques sous vide ou sous atmosphère de gaz inerte sont à privilégier.

Les traitements dans une atmosphère d’air et alternativement dans des fours à gaz sont cependant acceptables, si les contaminants sont à de faibles niveaux, de sorte qu’une atmosphère de four neutre ou légèrement oxydante est atteinte. Une atmosphère de four oscillant entre oxydant et réducteur doit être évitée ainsi que l’impact direct de la flamme sur le métal.

Les pièces fabriquées à partir de matériaux à forte teneur en alliage de molybdène doivent être chauffées rapidement. Pour le chauffage, il faut donc les placer dans un four qui a déjà été chauffé à la température souhaitée. Ces matériaux comprennent les aciers à 6% de molybdène et les alliages 625, C-4, C-276 et 59.

Lorsque la température souhaitée est atteinte, le temps de maintien suivant est recommandé à titre indicatif :

Pour des épaisseurs de pièces jusqu’à s = 10 mm 3 min/mm;

Pour des épaisseurs de pièce jusqu’à s = 10 – 20 mm : 30 min plus 2 min/mm pour épaisseurs > 10 mm.

Pour les épaisseurs de pièce s = >20 mm : 50 min plus 1 min/min pour épaisseurs > 20 mm.

Le refroidissement des aciers inoxydables austénitiques à haute teneur en molybdène et des alliages à base de nickel doit être effectué rapidement afin d’éviter une précipitation indésirable. Un refroidissement retardé, par ex. dans le four, doit être évité à tout prix, car cela conduit à la formation de précipités, principalement dans les régions proches des joints de grains. De tels précipités peuvent affecter négativement à la fois la résistance à la corrosion et les propriétés de ténacité du matériel.

Des résultats éprouvés sont obtenus avec une vitesse de refroidissement de ³ 150 °C/min depuis la température de mise en solution spécifique au matériau jusqu’à env. 500 °C.

Températures de traitement thermique pour un certain nombre de matériaux et d’alliages à base de nickel.

Alliage	Température de traitement thermique de la solution en Celcius	Température de recuit doux en Celcius
926	1150 – 1180	—
400	—	700 – 900
800H	1150 – 1200	—
825	—	920 – 980
600	(1080 – 1150)	920 – 1000
601	(1100 – 1180)	920 – 980
617	1150 – 1200	—
625	—	950 – 1050
330	1020 – 1120	—
C-276	1100 – 1160	—
59	1100 – 1180	—

 

3. DÉCAPAGE ABRASIF / DÉCAPAGE

Dans le cas de composants pour service chimique humide fabriqués à partir d’aciers inoxydables et d’alliages à base de nickel, il est généralement nécessaire d’éliminer les oxydes formés lors du traitement thermique.

Pour les composants destinés à un service à haute température, la nécessité d’un sablage/décapage à l’abrasif doit être convenue avec le client.

Comme les oxydes adhèrent très fortement dans le cas des matériaux à haute teneur en nickel, il est conseillé de décaper les composants avec un grain approprié ou avec des billes de verre ou de les poncer avec, par exemple, des meules à vadrouille de grain 80 avant le décapage.

Le décapage s’effectue de préférence avec des pâtes de décapage du commerce ou par immersion dans un bain de décapage composé d’env. 15-22 % d’acide nitrique et env. 2-3 % d’acide fluorhydrique.

Temps d’immersion à température ambiante (exemples) :

– Aciers Cr-Ni 2 – 8 heures
– Alliages Ni-Cr-Mo-Fe 8 – 24 heures
– Alliages Ni et Ni-Cu 10 – 15 minutes
– Alliages Ni-Mo 8 – 10 minutes

Si les exigences techniques, par ex. extraction des fumées, sont remplies, il est recommandé d’augmenter la température du bain à env. 40 °C. Cela raccourcit considérablement le temps de décapage.

Le temps d’immersion dépend du matériau, de l’épaisseur d’oxyde et de la température et doit être testé au début des travaux.

En particulier, les matériaux haute température à teneur en carbone assez élevée ainsi que les alliages NiMo et NiCu à faible teneur en Cr sont sensibles au sur-décapage.

Tout oxyde encore adhérant après le décapage doit être enlevé avec une brosse métallique en chrome-nickel. L’opération de décapage doit être répétée si nécessaire.

4. USINAGE

Un taux d’écrouissage et une ténacité élevée et une mauvaise conductivité thermique sont les principaux critères s’appliquant à ces matériaux. En usinage, elles doivent être prises en compte par les mesures suivantes :

• N’utiliser que des outils bien aiguisés et tranchants avec des surfaces lisses ;
• Assurer une stabilité maximale de l’outil, du serrage de la pièce et de la machine-outil afin de produire une coupe nette ;
• Appliquer beaucoup de liquide de refroidissement et de lubrifiant ;
• L’outil doit être constamment engagé, et avec la vitesse de coupe relativement faible, une vitesse d’avance plus élevée plutôt que trop faible doit être utilisée afin d’éviter l’écrouissage du matériau;
• Si des vibrations se produisent, la cause doit être immédiatement identifiée et éliminée, car les vibrations entraînent toujours la destruction du tranchant.

Ces instructions de travail ont été compilées au mieux de nos connaissances, mais aucune responsabilité ne peut être acceptée pour d’éventuelles erreurs.

5. SOUDAGE

Lors du soudage d’aciers inoxydables de haute qualité et d’alliages à base de nickel, les instructions suivantes doivent être respectées : Lieu de travail.

Le lieu de travail doit être situé dans un endroit séparé, loin des zones de fabrication de l’acier au carbone. Une propreté maximale et l’évitement des courants d’air sont primordiaux.

Équipement de protection

Des gants en cuir fin et des vêtements de travail propres doivent être utilisés.

Outils et machines

Les outils utilisés pour les alliages à base de nickel et les aciers inoxydables ne doivent pas être utilisés pour d’autres matériaux. Les brosses doivent être en matériau inoxydable. Les machines de fabrication et de travail telles que les cisailles, les presses ou les rouleaux doivent être équipées de feutre, de carton, de feuille de plastique, etc. permettant d’éviter la contamination du métal par des particules ferreuses, qui peuvent s’enfoncer dans la surface et entraîner ainsi la corrosion.

Nettoyage

Le nettoyage du métal de base dans la zone de soudure (des deux côtés) et du métal d’apport (par exemple la baguette de soudure) doit être effectué avec de l’acétone.

Le trichloroéthylène (TRI), le perchloroéthylène (PER) et le tétrachlorure de carbone (TETRA) ne doivent pas être utilisés.

Préparation des côtés

Cela devrait de préférence être fait par des moyens mécaniques, c.-à-d. tournage, fraisage ou rabotage; la découpe au plasma est également possible. Cependant, dans ce dernier cas, le bord coupé (la face à souder) doit être fini proprement. Un broyage soigneux sans surchauffe est autorisé.

Processus de soudage

Différents alliages appliquent différents procédés de soudage.