Diagrammes de phases 4 Aciers inoxydables

Diagrammes de phases 4 Aciers inoxydables

Benoît Appolaire

INPL

Les aciers inoxydables

Les éléments constitutifs des aciers inoxydables Fe + C

Cr Ni ou Mn Mo

Chromite Garniérite Molybdénite

Les aciers inoxydables

Les propriétés : des critères de choix

1

résistance à la corrosion

2

caractéristiques mécaniques (resistance, ductilité, ténacité)

3

mise en forme (déformation à froid, assemblage . . .)

4

aspect de surface

5

conservation des propriétés organoleptiques

6

recyclabilité

Les domaines d’application

Industries chimiques . . . (appareils chaudronnés) Electroménager,

ménager et coutellerie Automobile

Transports terrestres et maritimes

Tubes

Batiment

Les familles d’aciers inoxydables

Les diagrammes de phases = ⇒ classification austénitique (Fe-Cr-Ni)

ferritique (Fe-C-Cr)

martensitique (Fe-C-Cr)

Le système Fe-Cr-Ni

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

γ

α

σ

α α‘

L

système Fe-Cr

ferrite α et α ⁰

austénite γ

phase σ

Le système Fe-Cr-Ni

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

γ

α

σ

α α‘

L

A

B

système Fe-Cr ferrite α et α ⁰ austénite γ phase σ

Points remarquables ?

Le système Fe-Cr-Ni

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

γ

α

δ L

système Fe-Ni

ferrites α et δ

austénite γ

Le système Fe-Cr-Ni

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

γ

α

δ A L

B

système Fe-Ni

ferrites α et δ

austénite γ

Points remarquables ?

Le système Fe-Cr-Ni

300 600 900 1200 1500 1800 2100

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

γ

α L

système Ni-Cr

ferrite α

austénite γ

Le système Fe-Cr-Ni

300 600 900 1200 1500 1800 2100

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

γ

α L

A

système Ni-Cr

ferrite α

austénite γ

Points remarquables ?

Le système Fe-Cr-Ni

0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6 0.7

0.8 0.9

1.0

W(L IQ ,C R)

projection de la ligne monovariante liquide

isothermes (en 3D) projection des lignes polythermales solides α + γ

triangles triphasés L + α + γ

vallée eutectique

vallée péritectique

Le système Fe-Cr-Ni

0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6 0.7

0.8 0.9

1.0

W(L IQ ,C R)

1800°C

1750°C 1700°C

1650°C

1600°C 1550°C

1500°C 1450°C

projection de la ligne monovariante liquide isothermes (en 3D)

projection des lignes polythermales solides α + γ

triangles triphasés L + α + γ

vallée eutectique

vallée péritectique

Le système Fe-Cr-Ni

0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6 0.7

0.8 0.9

1.0

W(L IQ ,C R)

projection de la ligne monovariante liquide isothermes (en 3D) projection des lignes polythermales solides α + γ

triangles triphasés L + α + γ

vallée eutectique

vallée péritectique

Le système Fe-Cr-Ni

0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6 0.7

0.8 0.9

1.0

W(L IQ ,C R)

projection de la ligne monovariante liquide isothermes (en 3D) projection des lignes polythermales solides α + γ

triangles triphasés L + α + γ

vallée eutectique

vallée péritectique

Le système Fe-Cr-Ni

0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6 0.7

0.8 0.9

1.0

W(L IQ ,C R)

projection de la ligne monovariante liquide isothermes (en 3D) projection des lignes polythermales solides α + γ

triangles triphasés L + α + γ

vallée eutectique

vallée péritectique

Le système Fe-Cr-Ni

0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6 0.7

0.8 0.9

1.0

W(L IQ ,C R)

projection de la ligne monovariante liquide isothermes (en 3D) projection des lignes polythermales solides α + γ

triangles triphasés L + α + γ

vallée eutectique

vallée péritectique

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α L

α+ L

Coupes isothermes T = 1577˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

γ α

L

α + L

Coupes isothermes T = 1527˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

γ

α L

α + L

Coupes isothermes T = 1477˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ γ

α L

α + L γ + L

Coupes isothermes T = 1427˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ γ

α L

α + L γ + L

Coupes isothermes T = 1377˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ γ

α

Coupes isothermes T = 1327˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ γ

α

Coupes isothermes T = 1277˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ γ

α

Coupes isothermes T = 1227˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ γ

α

Coupes isothermes T = 1127˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ γ

α

Coupes isothermes T = 1077˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ γ

α

Coupes isothermes T = 1027˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ γ + σ

α + σ α + γ γ

σ α

Coupes isothermes T = 977˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ

γ + σ α + σ

α + γ γ

σ α +

γ + σ

α

Coupes isothermes T = 927˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + γ

γ + σ α + σ

α + γ γ

σ α +

γ + σ

α

Coupes isothermes T = 877˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + σ α + γ

γ + σ

α + σ α + γ

α γ

σ α +

γ + σ

α

Coupes isothermes T = 827˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + σ α + γ

γ + σ

α + σ α + γ

α γ

σ α +

γ + σ

Coupes isothermes T = 777˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + σ α + γ

γ + σ

α + σ α + γ

α γ

σ

α + γ + σ

α + γ + σ

Coupes isothermes T = 727˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + σ α + γ

γ + σ

α + σ α + γ

α

γ

α + γ + σ σ

α + γ + σ

Coupes isothermes T = 677˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IGH

T _P E RC

E NT NI

α + σ α + γ

γ + σ

α + σ α + γ

α

γ

σ α + γ + σ

α + γ + σ

Coupes isothermes T = 627˚C

Exemple :

acier 18-10

Le système Fe-Cr-Ni

Diagrammes de Schaeffler-Delong

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

WEIGHT_PERCENT NI

0 5 10 15 20 25 30

WEIGHT_PERCENT CR

γ

α

1000 °C 1200 °C

Le système Fe-C-Cr

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

L

α γ

Fe C 3 δ

système Fe-C (métastable) ferrite α et δ

austénite γ

cémentite Fe ₃ C

Le système Fe-C-Cr

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

L

α γ

Fe C 3 δ

A

B

D

C

système Fe-C (métastable) ferrite α et δ

austénite γ

cémentite Fe ₃ C

Points remarquables ?

Le système Fe-C-Cr

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

γ

α

σ

α α‘

L

système Fe-Cr

ferrite α et α ⁰

austénite γ

phase σ

Le système Fe-C-Cr

0 500 1000 1500 2000 2500

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

diamant α

L

Cr C 23 6

Cr C 7 3

Cr C 3 2

système Cr-C (métastable) ferrite α

carbure Cr ₂₃ C ₆

carbure Cr ₇ C ₃

carbure Cr ₃ C ₂

diamant

Le système Fe-C-Cr

0 500 1000 1500 2000 2500

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

diamant α

L

Cr C 23 6

Cr C 7 3

Cr C 3 2

A D C B

E

système Cr-C (métastable) ferrite α

carbure Cr ₂₃ C ₆ carbure Cr ₇ C ₃ carbure Cr ₃ C ₂ diamant

Points remarquables ?

Le système Fe-C-Cr

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

W(L IQ ,CR )

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

Projection des lignes mono- variantes liquides (3D stable)

eutectique α + M ₂₃ C ₆ eutectique α + M ₇ C ₃ eutectique γ + M ₇ C ₃ eutectique γ + M ₃ C péritectique

M ₂₃ C ₆ + M ₇ C ₃

péritectique α + γ

péritectique

M ₃ C + M ₇ C ₃

Le système Fe-C-Cr

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

W(L IQ ,CR )

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

Projection des lignes mono- variantes liquides (3D stable)

eutectique α + M ₂₃ C ₆ eutectique α + M ₇ C ₃ eutectique γ + M ₇ C ₃ eutectique γ + M ₃ C péritectique

M ₂₃ C ₆ + M ₇ C ₃

péritectique α + γ

péritectique

M ₃ C + M ₇ C ₃

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

L

Coupes isothermes T = 1427˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

L

Coupes isothermes T = 1327˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

L

Coupes isothermes T = 1300˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

L

Coupes isothermes T = 1227˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

L

Coupes isothermes T = 1177˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

Coupes isothermes T = 1127˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

Coupes isothermes T = 1077˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

Coupes isothermes T = 1027˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

Coupes isothermes T = 977˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

Coupes isothermes T = 927˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

Coupes isothermes T = 877˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C 23 6

γ

M C 7 3

M C 3

Coupes isothermes T = 827˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C

23 6 M C

7 3

M C 3

α

σ

Coupes isothermes T = 777˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C

23 6 M C

7 3

M C 3

α

σ

Coupes isothermes T = 727˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C

23 6 M C

7 3

M C 3

α

σ

Coupes isothermes T = 677˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WEIGHT _PE RC E NT C R

α

M C

23 6 M C

7 3

M C 3

α

σ

Coupes isothermes T = 627˚C

Exemple :

acier X20Cr13

Le système Fe-C-Cr

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

0 5 10 15 20 25 30

L

γ

γ + M C

α+γ

23 6

α+γ + M C α+ γ + L

7 3

γ + L

Coupes isoplèthes (3D) w _C = 0, 5 %

w _C = 1 % w _C = 1, 5 %

w _Cr = 5 %

w _Cr = 10 %

w _Cr = 15 %

w _Cr = 20 %

Le système Fe-C-Cr

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

0 5 10 15 20 25 30

L

γ

γ + M C

23 6

α + γ + M C α +

γ + L

7 3

γ + L

γ + M C 3

α + L

Coupes isoplèthes (3D) w _C = 0, 5 %

w _C = 1 %

w _C = 1, 5 %

w _Cr = 5 %

w _Cr = 10 %

w _Cr = 15 %

w _Cr = 20 %

Le système Fe-C-Cr

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

0 5 10 15 20 25 30

γ

Coupes isoplèthes (3D) w _C = 0, 5 %

w _C = 1 % w _C = 1, 5 %

w _Cr = 5 %

w _Cr = 10 %

w _Cr = 15 %

w _Cr = 20 %

Le système Fe-C-Cr

0 %

0,5 % 1 % 1,5 %

Coupes isoplèthes (3D) w _C = 0, 5 %

w _C = 1 % w _C = 1, 5 %

C γ -gène

w _Cr = 5 %

w _Cr = 10 %

w _Cr = 15 %

w _Cr = 20 %

Le système Fe-C-Cr

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

0 1 2 3 4 5 6 7

M C 3

α

L

γ γ + L

23 6

α + M C

7 3

α + M C γ + M C

23 6

M C + M C

7 3 3

Coupes isoplèthes (3D) w _C = 0, 5 %

w _C = 1 % w _C = 1, 5 %

C γ -gène w _Cr = 5 %

w _Cr = 10 %

w _Cr = 15 %

w _Cr = 20 %

Le système Fe-C-Cr

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

0 1 2 3 4 5 6 7

Coupes isoplèthes (3D) w _C = 0, 5 %

w _C = 1 % w _C = 1, 5 %

C γ -gène w _Cr = 5 % w _Cr = 10 %

w _Cr = 15 %

w _Cr = 20 %

Le système Fe-C-Cr

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

0 1 2 3 4 5 6 7

Coupes isoplèthes (3D) w _C = 0, 5 %

w _C = 1 % w _C = 1, 5 %

C γ -gène w _Cr = 5 % w _Cr = 10 % w _Cr = 15 %

w _Cr = 20 %

Le système Fe-C-Cr

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

0 1 2 3 4 5 6 7

Coupes isoplèthes (3D) w _C = 0, 5 %

w _C = 1 % w _C = 1, 5 %

C γ -gène

w _Cr = 5 %

w _Cr = 10 %

w _Cr = 15 %

w _Cr = 20 %

Le système Fe-C-Cr

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

0 1 2 3 4 5 6 7

0 % 5 % 10 % 15 %

Coupes isoplèthes (3D) w _C = 0, 5 %

w _C = 1 % w _C = 1, 5 %

C γ -gène

w _Cr = 5 %

w _Cr = 10 %

w _Cr = 15 %

w _Cr = 20 %

Le système Fe-Cr-Mo

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

γ

α

σ

α α‘

L

système Fe-Cr

ferrite α et α ⁰

austénite γ

phase σ

Le système Fe-Cr-Mo

0 500 1000 1500 2000 2500

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

L

α R γ

λ µ

σ

α

système Fe-Mo

ferrite α

austénite γ

phase σ

phase R

phase λ

Le système Fe-Cr-Mo

0 500 1000 1500 2000 2500

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

L

α R γ

λ µ

σ

α

C

D E

F G

H

système Fe-Mo ferrite α austénite γ phase σ phase R phase λ

Points remarquables ?

Le système Fe-Cr-Mo

0 500 1000 1500 2000 2500

TE MP ER ATURE_CE LSI U S

α L

α + α '

système Cr-Mo

ferrite α

Le système Fe-Cr-Mo

0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6 0.7

0.8 0.9

1.0

W(L IQ ,C R)

R σ

α

Projection des lignes

monovariantes liquides

Le système Fe-Cr-Mo

0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5

0.6 0.7

0.8 0.9

1.0

W(L IQ ,C R)

R σ

α

Projection des lignes monovariantes liquides

eutectique σ + α

péritectique σ + α

péritectique σ + R

péritectique α + R

1 péritectique ternaire

Le système Fe-Cr-Mo

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IG

HT _ PE

R CEN T M

O

α σ

α

R

L

Coupes isothermes T = 1527˚C

Exemple :

acier X2CrMoTi29-4

Le système Fe-Cr-Mo

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IG

HT _ PE

R CEN T M

O

α σ

R

Coupes isothermes T = 1427˚C

Exemple :

acier X2CrMoTi29-4

Le système Fe-Cr-Mo

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IG

HT _ PE

R CEN T M

O

α µ

σ

γ

R

Coupes isothermes T = 1327˚C

Exemple :

acier X2CrMoTi29-4

Le système Fe-Cr-Mo

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IG

HT _ PE

R CEN T M

O

α µ

σ

γ

R

Coupes isothermes T = 1227˚C

Exemple :

acier X2CrMoTi29-4

Le système Fe-Cr-Mo

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IG

HT _ PE

R CEN T M

O

α χ

µ

σ

γ

R

Coupes isothermes T = 1127˚C

Exemple :

acier X2CrMoTi29-4

Le système Fe-Cr-Mo

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IG

HT _ PE

R CEN T M

O

γ

χ µ

σ

α R

Coupes isothermes T = 1027˚C

Exemple :

acier X2CrMoTi29-4

Le système Fe-Cr-Mo

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IG

HT _ PE

R CEN T M

O

γ

χ λ µ

σ α

Coupes isothermes T = 927˚C

Exemple :

acier X2CrMoTi29-4

Le système Fe-Cr-Mo

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IG

HT _ PE

R CEN T M

O

α χ

λ µ

α σ

Coupes isothermes T = 827˚C

Exemple :

acier X2CrMoTi29-4

Le système Fe-Cr-Mo

0 10

20 30

40 50

60 70

80 90

100

WE IG

HT _ PE

R CEN T M

O

α χ

λ µ

α σ

Coupes isothermes T = 727˚C

Exemple :

acier X2CrMoTi29-4