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
A BC
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