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PolskaGoupilles élastiques spiralées en acier inoxydable Type 316
Christie Jones, directrice du marketing, vice-présidente
Télécharger ce livre blancExamen plus approfondi du Type 316 comparé au Type 302/304 et ses applications habituelles.
La polyvalence des goupilles élastiques spiralées en font souvent la fixation idéale répondant aux objectifs techniques et économiques spécifiques des applications de goupillage. Elles sont disponibles dans une grande variété de tailles, de séries, de finitions et de matériaux. Parmi les matériaux utilisés pour fabriquer des goupilles élastiques spiralées, l'acier inoxydable est souvent requis pour sa résistance élevée à la corrosion. Les goupilles élastiques spiralées sont le plus souvent fabriquées en acier inoxydable de Type 302/304 et 420, mais le Type 316 est également disponible et est généralement sélectionné pour sa résistance supérieure à la corrosion. Cet article examine plus en détail le Type 316 comparé au Type 302/304, et décrit divers environnements et applications où celui-ci procure un avantage.
Composition chimique
Même si les aciers inoxydables Type 302 et Type 304 sont techniquement deux matériaux différents, leur composition chimique et leurs propriétés sont très proches. De ce fait, les aciéries peuvent fondre le matériau de telle manière qu'il réponde aux spécifications du Type 302 et du Type 304. Dès lors, les constructeurs font référence aux goupilles élastiques austénitiques comme étant de Type 302/304, et cette convention d'appellation sera utilisée dans cet article.
Le Tableau 1 compare les compositions chimiques des types d'aciers inoxydables austénitiques utilisés pour les goupilles élastiques spiralées. Le terme austénitique fait référence à la structure du métal, et classifie l'acier inoxydable comme non traitable thermiquement, non magnétique à l'état totalement recuit et ayant une capacité de durcissement.
Avant d'aborder les spécifications du Type 316, il peut s'avérer utile d'expliquer brièvement comment s'effectue l'alliage des Types 302 et 304, et ce qui permet à chacun d'eux d'atteindre sa résistance à la corrosion.
| Composition chimique % | Type 302 | Type 304 | Type 316 |
| C | 0.15 | 0.08 | 0.08 |
| Mo | -- | -- | 2 – 3 |
| Cr | 17 – 19 | 18 – 20 | 16 – 18 |
| Ni | 8 – 10 | 8 – 10.5 | 10 – 14 |
*Les valeurs uniques sont des valeurs maximales
Tableau 1
Composition chimique (%) des aciers inoxydables austénitiques utilisés pour les goupilles élastiques spiralées de SPIROL
Chacun des aciers inoxydables de la série 300 présentés dans le Tableau 1 sont avec à plus de nickel que l'acier inoxydable de Type 420, et ont une teneur en chrome supérieure. (L'acier inoxydable de Type 420 contient 0,5% de nickel et 12–14% de chrome.) Ceci garantit à l'acier inoxydable de la série 300 une résistance supérieure à la corrosion, notamment à la corrosion par piqûres et à la fissuration par corrosion sous contrainte. En outre, les aciers inoxydables de la série 300 ont une teneur en carbone inférieure à certains autres types d'aciers inoxydables, ce qui contribue à renforcer leur résistance à la corrosion en réduisant la possibilité de formation de carbures aux joints de grains et par la suite d'une corrosion intergranulaire (dénommée sensibilisation).
La principale différence de composition entre le Type 316 et le Type 302/304 est que le Type 316 est allié à 2–3% de molybdène, ce qui augmente la résistance à la corrosion par piqûres en améliorant la durabilité du f ilm de passivation. Le film de passivation, généralement un oxyde, est une couche « transparente, invisible » sur la surface métallique qui améliore la protection contre la corrosion. L'ajout de molybdène augmente également la tension sur la structure du réseau cristallin, ce qui rapproche les molécules l'une de l'autre et augmente donc l'énergie requise pour la dissolution des atomes de fer et leur remontée en surface. Le molybdène a un effet similaire au chrome sur la microstructure ; c'est pourquoi le Type 316 n'a pas besoin d'autant de chrome que le Type 302/304. Pour conserver la structure austénitique dans les aciers inoxydables contenant du molybdène, la teneur en nickel doit être augmentée. Comme indiqué dans le Tableau 1, la teneur en nickel du Type 316 est de 10–14%, par rapport aux 8–10,5% du Type 304 et aux 8–10% du Type 302.
Résistance à la corrosion
Bien que les aciers inoxydables austénitiques de la série 300 possèdent des propriétés physiques et de résistance les rendant adéquats pour de nombreuses applications, leur capacité de résistance à différents environnements corrosifs, tant chimiques qu'atmosphériques, est généralement considérée comme la raison principale et la plus importante de leur sélection. Tous les aciers inoxydables de la série 300 jouissent d'une résistance élevée à la corrosion, mais le Type 316 est connu pour être l'un des aciers les plus résistants à la corrosion. Alors que la résistance à la corrosion du Type 302/304 répond aux exigences de la plupart des applications, ces aciers ont tendance à se corroder dans les environnements plus sévères, alors que le Type 316 n'a pas cette tendance, comme par exemple dans de l'eau de mer et des environnements pétrochimiques. Il existe de nombreux types de corrosion et il importe de bien comprendre chaque type et l'avantage que peut apporter le Type 316.
Corrosion galvanique
Ce type de corrosion se produit entre deux métaux dissemblables, lorsqu'ils sont en contact et immergés dans un environnement où les métaux réagissent électriquement et chimiquement l'un à l'autre. Il importe d'examiner la série galvanique (voir Tableau 2) pour s'assurer que le matériau ne se corrode pas lorsqu'il est exposé au matériau correspondant. Par exemple, lorsque deux alliages sont en contact dans de l'eau de mer, une corrosion se produira dans l'alliage inférieur de la série. Plus les deux métaux sont éloignés l'un de l'autre dans le tableau de la série galvanique, plus ils seront susceptibles de se corroder en cas d'immersion dans un électrolyte.
Corrosion par piqûres
La corrosion par piqûres est un type de corrosion très localisé qui provoque la création de petits points et éventuellement de trous dans le matériau. Tout type de fissure ou même une petite rayure peut causer le déclenchement d'une corrosion par piqûres et provoquer une défectuosité (Voir Figure 1) Des piqûres pouvant facilement survenir dans l'eau de mer pour le Type 302/304, c'est la raison pour laquelle le Type 316 est souvent utilisé. L'ajout de molybdène améliore fortement la résistance à la corrosion par piqûres.
Le Type 316 est généralement reconnu comme présentant des avantages par rapport au Type 302/304 dans les environnements riches en chlorure tels que l'eau de mer ; c'est pourquoi il y est également fait référence en tant qu'acier inoxydable de qualité marine. Il existe également plusieurs environnements caustiques détaillés dans le Tableau 3 où le Type 316 peut offrir une résistance améliorée à la corrosion.
|
Eau de mer |
Acide sulfureux Acide tartrique Acide acétique Acide formique Acide lactique Divers acides organiques Corrosion due aux aliments |
Tableau 3
Environnements dans lesquels le Type 316 procure une résistance améliorée à la corrosion par rapport aux Types 302 et 304
|
⇑ |
Platine Or Graphite Titane Acier inoxydable 316 (passif) Acier inoxydable 304 (passif) Inconel (80Ni-13Cr-7Fe) (passif) Nickel (passif) |
| De plus en plus inerte (cathodique) |
Monel (70Ni-30Cu) Alliages nickel-cuivre Bronzes (Alliages Cu-Sn) |
| || | Cuivre Laitons (Alliages Cu-Zn) Inconel (actif) Nickel (actif) |
| De plus en plus actif (anodique) |
Étain Plomb |
| ⇓ | Acier inoxydable 316 (actif) Acier inoxydable 304 (actif) Fonte Paille d'acier Alliages d'aluminium Cadmium Aluminium commercialement pur Zinc Magnésium et alliages d'aluminium |
Tableau 2
La série galvanique1
Figure 1
Section transversale d'une piqûre démontrant l'impact sur une section et la réduction de résistance
Fissuration par corrosion sous contrainte
La fissuration par corrosion sous contrainte (SCC, Stress Corrosion Cracking) est un processus de fissuration qui ne peut se produire que si le matériau se trouve dans un environnement corrosif et sous contrainte de traction soutenue. Sans l'une de ces deux conditions, la SCC ne peut pas se produire. Pour les aciers inoxydables de la série 300, la fissuration par corrosion sous contrainte est l'un des types de fissuration les plus communs et connu pour influencer l'intégrité structurelle du matériau. De nombreux facteurs peuvent avoir un impact sur la SCC, y compris les contraintes externes et résiduelles, la température et la condition cyclique de l'application.
De nombreux rapports et études ont paru, analysant l'impact de la SCC sur les aciers inoxydables austénitiques, mais à cause du grand nombre de variables et facteurs, tels que les contraintes, la composition chimique et les conditions environnementales, il est difficile d'appliquer une corrélation unique entre les divers types d'aciers inoxydables et la manière dont ils réagissent. De ce fait, il importe d'effectuer des essais correspondants aux exigences d'une application spécifique.
Voici une liste de quelques solutions chlorurées pouvant causer une SCC des aciers inoxydables de la série 3002:
- Chlorure d'ammonium
- Chlorure de calcium
- Chlorure de cobalt
- Chlorure de lithium
- Chlorure de magnésium
- Chlorure de mercure
- Chlorure de sodium
- Chlorure de zinc
Corrosion intergranulaire
Ce type de corrosion n'est généralement pas un problème pour l'acier inoxydable de la série 300 puisqu'il implique la conservation des goupilles à des températures élevées (au-delà de 430°C/800ºF) pendant des périodes prolongées. Les goupilles spiralées en acier inoxudable série 300 peuvent être utilisées à ds températures aussi basses que -185°C (-300°F) et aussi élevées que 400°C (750°F).
Propriétés mécaniques
Comme les aciers inoxydables de la série 300 (et tous les aciers austénitiques) peuvent être trempés à froid, ils présentent une vaste plage de propriétés mécaniques. Le travail à froid du matériau modifie la dureté et le magnétisme des aciers inoxydables de la série 300. Le Tableau 4 ci-dessous reprend les propriétés mécaniques des aciers inoxydables austénitiques des Types 302, 304 et 316 à l'état recuit.
| Type 302 | Type 304 | Type 306 | |
| Résistance en traction, MPa (ksi) | 515 (75) | 515 (75) | 515 (75) |
| Limite d'élasticité conventionnelle, MPa (ksi) | 205 (30) | 205 (30) | 205 (30) |
| Dureté, max (HRB) | 88 | 88 | 95 |
Tableau 4
Propriétés minimales à température ambiante, état recuit3
Magnétisme
Lorsque des aciers inoxydables de la série 300 sont totalement recuits, ils sont non magnétiques et leur magnétisme augmente lorsqu'ils sont durcis. Les aciers de Type 302/304 présentent une perméabilité magnétique plus élevée à la suite du durcissement.
Coût et disponibilité
Pour les goupilles élastiques, le Type 302/304 est l'acier inoxydable austénitique le plus largement utilisé et, pour cette raison, on le trouve généralement en quantités plus importantes que le Type 316. Dès lors, les goupilles élastiques en acier inoxydable Type 302/304 coûtent généralement moins cher et sont aisément disponibles.
Applications
De nombreuses applications peuvent requérir une résistance à la corrosion supérieure à celle fournie par le Type 302/304. Certaines d'entre elles sont détaillées dans le Tableau 5. Les goupilles élastiques spiralées en acier inoxydable de Type 316 réduisent la corrosion par piqûres se produisant dans ces applications puisqu'elles sont soumises à diverses substances agressives (voir Tableau 3).
| Applications | Secteurs |
|
Assemblages exposés à un environnement marin |
Secteur chimique, pharmaceutique Lessiveurs, évaporateurs et équipement de manutention de l'industrie du papier Secteur médical Équipement de raffinage du secteur textile Films photographiques Équipement de raffinage de pétrole |
Tableau 5
Applications et secteurs utilisant des goupilles élastiques spiralées en acier inoxydable de Type 316 (Remarque : le Type 302/304 peut être suffisant)
Conclusion
Les goupilles élastiques spiralées peuvent être réalisées en de nombreux types de matériaux, y compris plusieurs catégories d'aciers inoxydables. Les aciers inoxydables du Type 302/304 sont un choix fréquent pour leur résistance élevée à la corrosion. Dans les environnements où la résistance à la corrosion du Type 302/304 peut ne pas être suffisante, comme dans un environnement marin où la goupille est exposée aux chlorures, le Type 316 peut représenter un meilleur choix puisque la corrosion par piqûres ne se produit pas aussi facilement. Le Type 316 est généralement plus cher que le Type 302/304, mais sa résistance accrue à la corrosion garantit que les composants critiques restent intacts et ne causent pas de dommages supplémentaires aux pièces environnantes. Pour la plupart des équipes d'ingénierie, l'accroissement de la sécurité vaut le coût supérieur du composant, particulièrement dans le cadre du traitement de produits chimiques nocifs et dangereux.
À cause de la complexité et des nombreuses variables caractérisant les environnements corrosifs, comme le type et la concentration des produits chimiques, la fatigue imposée au matériau, les conditions atmosphériques, le temps et la température, il est toujours important d'effectuer des essais lors de la sélection du matériau de f ixations telles que les goupilles élastiques spiralées, afin de s'assurer que le matériau produise les résultats désirés.
La sélection correcte du matériau est l'un des critères de conception les plus importants des ingénieurs, car il dicte le coût final, la longévité et les performances du produit f inal. La sélection s'effectue parmi un grand nombre de types de matériaux, et lorsqu'il s'agit de sélectionner les matériaux de fixation, les sociétés spécialisées en conception de fixations peuvent contribuer à déterminer le matériau le mieux approprié.
1M.G. Fontana, Corrosion Engineering. 3rd Edition. Copyright 1986 by McGraw-Hill Book Company.
2The International Nickel Company, Inc. 1963. “Corrosion Resistance of the Austenitic Chromium-Nickel Stainless Steels in Chemical Environments.”
3Metals Handbook. Desk Edition, 2nd Edition. 1998. ASM International
Goupille élastique spiralée 316 dans un loquet de verrouillage de bateau en acier inoxydable
Article initialement écrit par Christopher G. Jeznach
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