Acier 13Cr vs acier inoxydable 316 : Quelle est la différence ?

Lorsqu'il s'agit de choisir le bon acier pour des applications industrielles, il est essentiel de comprendre les différences entre l'acier 13Cr et l'acier inoxydable 316. Ces deux matériaux, bien qu'ils soient tous deux réputés pour leur résistance et leur durabilité, présentent des caractéristiques distinctes qui les rendent adaptés à des environnements et des utilisations différents. Comment la résistance à la corrosion de l'acier 13Cr se compare-t-elle à celle du célèbre acier inoxydable 316, en particulier dans des conditions difficiles ? Qu'en est-il de leurs propriétés mécaniques, telles que la dureté et la résistance à la traction ? Et surtout, lequel de ces aciers est le meilleur choix pour l'industrie exigeante du pétrole et du gaz ? Dans cet article, nous allons comparer en détail l'acier 13Cr et l'acier inoxydable 316, en examinant leur composition, leurs performances et leurs meilleures utilisations, afin de vous aider à prendre une décision éclairée. Quel acier répondra le mieux à vos besoins spécifiques ? Découvrons-le.

Composition et propriétés des matériaux

Vue d'ensemble des types de matériaux

Acier 13Cr

L'acier 13Cr, également connu sous le nom de Super 13Cr ou 13CrM, est un acier inoxydable martensitique largement utilisé dans l'industrie du pétrole et du gaz. Ce matériau est particulièrement apprécié pour ses performances dans les environnements contenant du dioxyde de carbone (CO₂). L'acier 13Cr contient 12% à 14% de chrome, ce qui permet d'équilibrer la résistance à la corrosion et la solidité. Des variantes comme le Super 13Cr améliorent encore ces propriétés avec des éléments supplémentaires tels que le nickel et le molybdène.

Acier inoxydable 316 (SS316)

L'acier inoxydable 316, un acier inoxydable austénitique, est réputé pour sa résistance supérieure à la corrosion, en particulier dans les environnements riches en chlorure. La clé de sa haute performance réside dans sa composition chimique, qui comprend des quantités significatives de chrome, de nickel et de molybdène. Ces éléments confèrent au SS316 une excellente résistance à la corrosion par piqûres et par crevasses, ce qui le rend adapté à diverses applications exigeantes, notamment dans les secteurs de la marine et de la chimie.

Composition chimique

Acier 13Cr

La composition chimique de l'acier 13Cr est soigneusement contrôlée afin d'obtenir un équilibre entre la résistance à la corrosion, la dureté et la résistance mécanique. Les compositions typiques sont les suivantes

• Chrome (Cr) : 12-14%
• Nickel (Ni) : 0-6%, avec des qualités améliorées comme le Super 13Cr contenant 4-6%
• Molybdène (Mo) : 0-2.5%, typiquement autour de 1-2% dans les teneurs améliorées
• Carbone (C) : Faible, généralement 0,03-0,22%
• Manganèse (Mn) : Jusqu'à 1%
• Autres éléments : Petits ajouts de titane (Ti), de cuivre (Cu), de vanadium (V) et parfois de cobalt (Co).

Acier inoxydable 316 (SS316)

La composition chimique du SS316 maximise sa résistance à la corrosion. Elle améliore également les propriétés mécaniques. Les compositions typiques sont les suivantes

• Chrome (Cr) : 16-18%
• Nickel (Ni) : 10-14%
• Molybdène (Mo) : 2-3%
• Carbone (C) : Faible, généralement inférieur à 0,08%
• Manganèse (Mn) : Autour de 2%
• Autres éléments : Azote (N), silicium (Si) et de petites quantités d'autres éléments

Propriétés mécaniques

Acier 13Cr

La structure martensitique de l'acier 13Cr lui confère une résistance et une dureté élevées. Les principales propriétés mécaniques sont les suivantes

• Résistance à la traction : Typiquement 655 MPa (95 000 psi) minimum
• Limite d'élasticité : 552 MPa à 655 MPa (80 000-95 000 psi)
• Dureté : Maximum 23 HRC (241 HBW typique)
• La robustesse : Bonne, en particulier dans les nuances modifiées telles que le Super 13Cr, dont la ténacité est améliorée
• Plage de température : Convient jusqu'à environ 190°C pour les nuances Super 13Cr

Acier inoxydable 316 (SS316)

Le SS316 offre une excellente ténacité et ductilité grâce à sa structure austénitique. Ses principales propriétés mécaniques sont les suivantes

• Résistance à la traction : Environ 515-690 MPa (75 000-100 000 psi)
• Limite d'élasticité : Généralement autour de 215 MPa (31 000 psi)
• Dureté : Généralement inférieur à 95 HRB
• La robustesse : Excellente grâce à sa structure austénitique
• Plage de température : Excellentes performances jusqu'à environ 870°C

Résistance à la corrosion

Acier 13Cr

L'acier 13Cr est rentable et donne de bons résultats dans les environnements riches en CO₂, mais sa résistance aux chlorures est modérée et il est plus sujet à la fissuration sous contrainte due aux sulfures (SSC) que l'acier SS316.

Acier inoxydable 316 (SS316)

Le SS316 excelle dans les environnements où la corrosion induite par les chlorures et les piqûres sont des problèmes majeurs. Sa teneur élevée en chrome, nickel et molybdène lui confère une résistance supérieure à la corrosion générale, à la corrosion par piqûres et à la corrosion par crevasses, ce qui le rend idéal pour les applications marines et de traitement chimique.

• Utilisation principale : L'acier 13Cr est principalement utilisé dans les puits de pétrole et de gaz et dans les environnements CO₂, tandis que l'acier SS316 est utilisé dans les industries chimiques, marines, médicales et alimentaires.
• Microstructure : L'acier 13Cr est martensitique (durcissable, résistance plus élevée, ténacité modérée), tandis que l'acier SS316 est austénitique (non magnétique, résistant, ductile).
• Résistance à la corrosion : L'acier 13Cr offre une bonne résistance aux environnements CO₂ mais une résistance modérée aux chlorures. L'acier SS316 offre une excellente résistance aux chlorures, aux environnements marins et acides.
• Résistance mécanique : L'acier 13Cr a une limite d'élasticité et une résistance à la traction plus élevées, tandis que l'acier SS316 a une limite d'élasticité plus faible mais une meilleure ductilité.
• Traitement thermique : L'acier 13Cr nécessite une trempe et un revenu, alors que l'acier SS316 n'est généralement pas durci par traitement thermique.
• Coût : L'acier 13Cr est généralement moins cher en raison de sa faible teneur en alliages, tandis que l'acier SS316 est plus cher en raison de sa teneur plus élevée en nickel et en molybdène.

Résistance à la corrosion et adaptation à l'environnement

Composition chimique et microstructure

Acier 13Cr

L'acier 13Cr, en particulier dans sa variante Super 13Cr, se caractérise par une microstructure martensitique avec 12,0-14,0% de chrome, une faible teneur en carbone (≤0,03%) et des ajouts mineurs de nickel (3,5-5,5%) et de molybdène (1,5-2,5%). Cette composition offre une résistance élevée et une résistance modérée à la corrosion, ce qui la rend idéale pour les applications pétrolières et gazières impliquant du CO₂. La structure martensitique offre des propriétés mécaniques robustes mais peut être sensible à la fissuration sous contrainte par les sulfures (SSC) dans les environnements présentant des niveaux élevés de H₂S.

Acier inoxydable 316

L'acier inoxydable 316, un alliage austénitique, contient 16-18% de chrome, 10-14% de nickel et 2-3% de molybdène. La structure FCC de l'acier inoxydable 316 lui confère une excellente ténacité et ductilité, ce qui le rend parfait pour les utilisations marines, chimiques et biomédicales. Cette composition chimique améliore considérablement sa résistance à la corrosion, en particulier contre les chlorures.

Caractéristiques de résistance à la corrosion

Adéquation de l'environnement

Acier 13Cr

L'acier 13Cr est optimisé pour les environnements pétroliers et gaziers où la corrosion par le CO₂ est un problème important mais où les niveaux de H₂S sont faibles ou modérés. La structure martensitique de l'alliage, combinée à ses éléments d'alliage spécifiques, offre un équilibre entre la résistance mécanique et la résistance à la corrosion qui convient aux tubes de fond de puits et aux équipements de tête de puits. Cependant, il ne convient pas aux environnements présentant des niveaux élevés de H₂S en raison du risque de fissuration sous contrainte due aux sulfures.

Acier inoxydable 316

L'acier inoxydable 316 est idéal pour les environnements hautement corrosifs contenant des chlorures, tels que l'eau de mer, les usines de traitement chimique et les applications de l'industrie alimentaire. Il donne de bons résultats dans les environnements qui exigent une ductilité et une ténacité élevées, notamment dans les secteurs marin et biomédical. Cependant, le SS316 est moins adapté aux environnements pétroliers et gaziers à haute pression contenant du CO₂/H₂S en raison de sa résistance plus faible et de sa susceptibilité potentielle à la corrosion fissurante sous contrainte dans des conditions acides.

Applications et utilisation dans l'industrie

Applications industrielles

L'acier 13Cr et l'acier inoxydable 316 (SS316) ont tous deux des propriétés distinctes qui les rendent adaptés à des applications industrielles spécifiques. Comprendre où chaque matériau excelle aide à sélectionner l'acier approprié pour diverses utilisations industrielles.

Industrie du pétrole et du gaz

L'acier 13Cr est largement utilisé dans l'industrie du pétrole et du gaz, en particulier pour les tubes de fond de puits, les têtes de puits, les tubages et les équipements de complétion. Il excelle dans les environnements riches en CO₂ typiques des gisements de pétrole et de gaz, offrant une bonne résistance aux conditions de corrosion "douce". Les nuances Super 13Cr améliorent les performances dans les environnements à haute température et à haute pression et dans les équipements sous-marins, en offrant une meilleure résistance à la corrosion et de meilleures propriétés mécaniques.

L'acier inoxydable 316 est moins couramment utilisé dans les applications pétrolières et gazières soumises à de fortes contraintes en raison de sa résistance mécanique inférieure à celle du 13Cr. Cependant, il est utilisé dans les équipements auxiliaires nécessitant une résistance élevée à la corrosion dans les plates-formes offshore ou dans la manipulation de produits chimiques en raison de son excellente résistance aux chlorures.

Traitement chimique

L'acier 13Cr a une utilisation limitée dans le traitement chimique en raison de sa résistance modérée à la corrosion et de sa susceptibilité aux environnements de gaz acides, ce qui le rend moins idéal pour les processus chimiques agressifs.

L'acier inoxydable 316 est largement utilisé dans les usines de traitement chimique pour les réservoirs, les tuyauteries et les échangeurs de chaleur. Son excellente résistance aux acides et aux chlorures le rend adapté aux environnements où la corrosion par piqûres et par crevasses est fréquente.

Industrie maritime

L'acier 13Cr est utilisé dans l'équipement des champs pétrolifères sous-marins où une résistance mécanique élevée est nécessaire et où la corrosion par le CO₂ est fréquente. Bien qu'il offre une résistance modérée à la corrosion induite par les chlorures, il est moins adapté aux environnements à forte teneur en H₂S.

L'acier inoxydable 316 est préféré pour les composants marins tels que les pompes, les vannes et les fixations. Sa résistance supérieure à la corrosion par l'eau de mer et à l'encrassement biologique en fait un matériau idéal pour les applications marines.

Industries alimentaires et pharmaceutiques

L'acier 13Cr est rarement utilisé en raison de sa faible résistance à la corrosion. Sa microstructure martensitique présente un risque de contamination, ce qui le rend inadapté à ces industries.

L'acier inoxydable 316 est largement utilisé pour les équipements hygiéniques, les réservoirs de stockage et les lignes de traitement. Son excellente résistance à la corrosion et sa non-réactivité le rendent adapté aux applications alimentaires et pharmaceutiques.

Ingénierie générale et construction

L'acier 13Cr est utilisé lorsqu'une résistance modérée à la corrosion et une résistance plus élevée sont requises. Il convient aux composants structurels exposés à des environnements légèrement corrosifs.

L'acier inoxydable 316 est largement utilisé dans les applications architecturales et structurelles. Il est préféré pour sa résistance à la corrosion dans des conditions atmosphériques où une résistance mécanique élevée n'est pas essentielle.

Comparaison des performances mécaniques

Aperçu des propriétés mécaniques

Il est essentiel de comprendre les propriétés mécaniques de l'acier 13Cr et de l'acier inoxydable 316 (SS316) pour choisir le bon matériau pour les applications industrielles. Cette section présente une comparaison détaillée de leurs performances mécaniques.

Résistance à la traction

L'acier 13Cr, en particulier dans ses qualités améliorées comme le Super 13Cr, présente une résistance à la traction élevée, généralement comprise entre 95 et 125 ksi. En comparaison, le SS316, un acier inoxydable austénitique, présente une résistance à la traction plus faible, généralement comprise entre 70 et 85 ksi. Malgré cela, le SS316 offre une excellente ductilité, ce qui le rend approprié pour les applications où la flexibilité et la formabilité sont essentielles.

Limite d'élasticité

L'acier 13Cr a une limite d'élasticité élevée, variant de 95 à 125 ksi, ce qui lui permet d'endurer des contraintes importantes avant une déformation permanente. En revanche, la limite d'élasticité de l'acier SS316 est de l'ordre de 25 à 30 ksi, ce qui indique qu'il peut se déformer plus facilement sous l'effet d'une contrainte. Toutefois, sa ductilité supérieure lui permet d'absorber les chocs et de reprendre sa forme initiale sans se briser.

Élongation

L'allongement mesure la ductilité, l'acier 13Cr présentant généralement un allongement modéré autour de 15-20%. L'acier SS316, quant à lui, présente des valeurs d'élongation plus élevées entre 30 et 40%, ce qui le rend adapté aux applications impliquant des formes complexes et nécessitant une déformation importante sans fissure.

Dureté

La dureté de l'acier 13Cr est une autre propriété mécanique clé, généralement autour de 23 HRC (241 HBW typique). Cette dureté assure la résistance à l'usure et la durabilité, ce qui le rend adapté aux applications exposées à des conditions abrasives. L'acier SS316 présente une dureté inférieure à celle de l'acier 13Cr, généralement inférieure à 95 HRB. Bien qu'il ne soit pas aussi résistant à l'usure, sa ténacité et sa capacité à résister aux chocs le rendent adapté aux applications où la résilience est plus importante que la dureté.

Solidité

La ténacité de l'acier 13Cr est bonne, en particulier dans les nuances modifiées comme le Super 13Cr qui contient du nickel et du molybdène pour améliorer cette propriété. Cette ténacité est essentielle pour les applications soumises à des forces soudaines ou à des impacts. L'acier SS316 offre une excellente ténacité grâce à sa structure austénitique. Il est donc idéal pour les applications qui exigent que le matériau absorbe l'énergie et résiste à la rupture, comme dans les environnements marins et de traitement chimique.

Résistance à la température

L'acier 13Cr est performant à des températures allant jusqu'à environ 190°C, en particulier dans les nuances Super 13Cr, ce qui le rend adapté aux applications à haute température dans l'industrie du pétrole et du gaz. L'acier SS316 excelle dans une large gamme de températures, depuis les niveaux cryogéniques jusqu'à environ 870°C, ce qui le rend polyvalent pour divers environnements à températures extrêmes.

Résistance à l'usure

Dureté et résistance à l'usure

L'acier 13Cr est connu pour sa dureté élevée, atteignant jusqu'à 23 HRC, ce qui lui confère une excellente résistance à l'usure dans des conditions abrasives et érosives. La composition du matériau, qui comprend du chrome 13% et une teneur en carbone plus élevée, contribue de manière significative à sa capacité à résister à l'abrasion superficielle et à l'usure mécanique.

Le SS316 a une dureté plus faible, allant de 79 à 95 HRB, ce qui se traduit par une résistance à l'usure modérée, mais il compense par une résistance à la corrosion et une ductilité exceptionnelles. Cet équilibre fait du SS316 un matériau adapté aux environnements où l'usure chimique est un problème.

Résistance mécanique

Résistance à la traction

La résistance à la traction de l'acier 13Cr est impressionnante, allant de 655 MPa à 862 MPa, ce qui lui permet de supporter de lourdes charges sans se déformer. Cette résistance à la traction plus élevée améliore sa résistance à l'usure dans les environnements soumis à de fortes contraintes.

L'inox 316, dont la résistance à la traction est inférieure (environ 515 MPa), bénéficie de sa nature ductile, qui lui permet d'absorber les chocs et de résister aux fissures sous l'effet de la contrainte.

Limite d'élasticité

La limite d'élasticité de l'acier 13Cr, comprise entre 552 MPa et 862 MPa, le rend plus résistant à la déformation permanente sous de lourdes charges que le SS316, dont la limite d'élasticité est d'environ 205 MPa. Cela indique que l'acier 13Cr peut supporter des charges mécaniques importantes sans déformation significative.

Ductilité et ténacité

Le SS316 est très ductile, avec un allongement à la rupture d'environ 40%, ce qui le rend flexible et résistant à la fissuration sous des charges soudaines. Cette ductilité élevée est utile dans les applications nécessitant à la fois de la ténacité et une résistance modérée à l'usure.

Bien que l'acier 13Cr offre une ductilité plus faible en raison de sa dureté et de sa résistance plus élevées, il est plus fragile en cas d'impact. Cette fragilité limite son utilisation dans des environnements dynamiques ou soumis à des chocs, mais ne nuit pas à son efficacité dans des conditions d'abrasion régulière.

Résistance à la corrosion et à l'usure

La résistance supérieure à la corrosion du SS316, en particulier dans les environnements riches en acides, en alcalis et en chlorures, aide à prévenir la dégradation de la surface qui pourrait accélérer l'usure. L'inox 316 est donc préférable dans les scénarios où la corrosion chimique et l'usure sont des facteurs à prendre en compte.

L'acier 13Cr offre une bonne résistance à la corrosion dans les environnements riches en CO₂, mais il est moins efficace dans les environnements très corrosifs, tels que ceux à forte teneur en H₂S. Dans les environnements agressifs dépassant ses limites de résistance, la corrosion peut accélérer l'usure.

Il est essentiel de comprendre ces propriétés pour sélectionner le matériau approprié pour des applications spécifiques critiques en termes d'usure.

Limites et meilleurs cas d'utilisation

Limites

Acier 13Cr

Résistance à la corrosion: La résistance à la corrosion de l'acier 13Cr est limitée dans les environnements présentant des niveaux élevés de sulfure d'hydrogène (H₂S) ou de chlorures. Il donne de bons résultats dans les environnements riches en CO₂, mais peine dans les environnements plus corrosifs tels que l'eau de mer ou les conditions de gaz acide, où la fissuration sous contrainte par le sulfure (SSC) est un problème.

Solidité: Le matériau présente un allongement à la rupture plus faible, généralement de l'ordre de 20-30%, ce qui le rend plus susceptible de se fissurer sous l'effet de charges soudaines ou dynamiques. Cette ténacité réduite peut constituer une limitation critique dans les applications où la résistance aux chocs est nécessaire.

Soudabilité: L'acier 13Cr nécessite un traitement thermique minutieux pendant le soudage afin d'éviter les fissures et les déformations. La nécessité d'un contrôle strict du processus de soudage peut compliquer la fabrication et augmenter le coût global et le temps de fabrication.

Acier inoxydable 316

Résistance mécanique: Le SS316 a une limite d'élasticité plus faible, comprise entre 29 et 40 ksi, par rapport à l'acier 13Cr. Cette résistance mécanique plus faible limite son utilisation dans les applications structurelles soumises à de fortes contraintes, où une limite d'élasticité plus élevée est nécessaire pour éviter les déformations sous charge.

Dureté: Avec une dureté comprise entre 79 et 85 HRB, le SS316 est moins dur que l'acier 13Cr, qui peut atteindre 23 HRC. Cette dureté plus faible signifie qu'il s'use plus rapidement dans les environnements difficiles, ce qui le rend moins idéal pour les applications à forte usure.

Coût: La teneur plus élevée en nickel et en molybdène du SS316 contribue à augmenter les coûts des matériaux et de l'usinage. La structure austénitique augmente également les dépenses, ce qui fait de l'acier SS316 une option plus coûteuse que l'acier 13Cr.

Les meilleurs cas d'utilisation

Acier 13Cr

Industrie du pétrole et du gaz: L'acier 13Cr convient parfaitement aux composants tels que les vannes, les pompes et les trépans utilisés dans les applications pétrolières et gazières, en particulier dans les environnements riches en CO₂. Sa résistance et sa durabilité le rendent parfait pour ces applications difficiles.

Systèmes riches en CO₂: Les bonnes performances du matériau dans les environnements CO₂ en font un choix privilégié pour les systèmes où la corrosion par le CO₂ est une préoccupation majeure. Cela inclut les composants tubulaires de tête de puits et de fond de puits dans des conditions douces à légèrement acides.

Acier inoxydable 316

Quincaillerie marine: Les pompes, les vannes et les fixations fonctionnent parfaitement dans l'eau de mer avec le SS316 en raison de sa résistance supérieure à la corrosion induite par les chlorures.

Traitement chimique: L'industrie chimique utilise largement le SS316 pour les réservoirs, les tuyauteries et les échangeurs de chaleur. Sa résistance aux acides et aux chlorures le rend adapté aux environnements où la corrosion par piqûres et crevasses est fréquente.

Dispositifs médicaux: Le SS316 est également utilisé dans les dispositifs médicaux en raison de sa résistance élevée à la corrosion et de sa biocompatibilité. Il est idéal pour les applications qui exigent une hygiène rigoureuse et une non-réactivité.

Facteurs de sélection essentiels

Environnement: L'acier SS316 excelle dans les environnements riches en chlorure et alcalins en raison de sa résistance supérieure à la corrosion, tandis que l'acier 13Cr est meilleur pour les systèmes dominés par le CO₂ nécessitant une résistance élevée et une résistance modérée à la corrosion.

Charges mécaniques: Pour les applications soumises à de fortes contraintes, la limite d'élasticité et la dureté plus élevées de l'acier 13Cr en font le meilleur choix. L'acier SS316, avec son excellente ductilité et sa ténacité, convient mieux aux environnements dynamiques ou sujets aux chocs, où la flexibilité et la résilience sont cruciales.

Complexité de la fabrication: La soudabilité et la facilité de fabrication de l'acier SS316 en font un matériau adapté aux conceptions et aux assemblages complexes. En revanche, l'acier 13Cr exige des processus de soudage contrôlés pour éviter les fissures, ce qui peut compliquer le processus de fabrication.

Questions fréquemment posées

Vous trouverez ci-dessous les réponses à certaines questions fréquemment posées :

Quelles sont les principales différences de résistance à la corrosion entre l'acier 13Cr et l'acier SS316 ?

Les principales différences de résistance à la corrosion entre l'acier 13Cr et le SS316 résident dans leur composition et leur adaptation à différents environnements. L'acier 13Cr, avec environ 13% de chrome, offre une résistance modérée à la corrosion, principalement contre la corrosion par le CO₂ à des températures élevées allant jusqu'à environ 150-190°C. Les versions améliorées, comme le Super 13Cr, contiennent du nickel et du molybdène, ce qui améliore la résistance dans les environnements pétroliers contenant du CO₂ et des chlorures, mais elles restent sensibles à la corrosion fissurante sous contrainte dans des conditions à forte teneur en H₂S.

L'acier inoxydable austénitique SS316 contient davantage de chrome (16-18%), de nickel (10-14%) et de molybdène (2-3%), ce qui améliore considérablement sa résistance à la corrosion par piqûres et par crevasses, en particulier dans les environnements riches en chlorure comme l'eau de mer. Comparé à l'acier 13Cr, le SS316 est plus résistant à la corrosion fissurante sous contrainte dans les environnements chimiques et marins difficiles.

En quoi les propriétés mécaniques telles que la dureté et la résistance à la traction diffèrent-elles entre l'acier 13Cr et l'acier SS316 ?

L'acier 13Cr, un acier inoxydable martensitique, présente généralement une dureté et une résistance à la traction plus élevées que l'acier inoxydable austénitique 316 (SS316). Plus précisément, l'acier 13Cr présente une plage de dureté d'environ 22 HRC à 32 HRC, alors que l'acier inoxydable 316 mesure généralement entre 79 HRB et 95 HRB sur l'échelle Rockwell B, ce qui indique qu'il est plus mou. La résistance à la traction de l'acier 13Cr peut varier de 95 ksi (655 MPa) à 125 ksi (862 MPa), tandis que la résistance à la traction du SS316 est plus faible, allant de 70 000 à 85 000 psi (483 à 586 MPa). En outre, la limite d'élasticité de l'acier 13Cr s'étend d'environ 80 000 psi (552 MPa) à plus de 110 000 psi (758 MPa), ce qui est nettement supérieur à la limite d'élasticité du SS316, qui est d'environ 29 000 à 42 000 psi (200 à 290 MPa). Par conséquent, l'acier 13Cr convient mieux aux applications exigeant une résistance mécanique plus élevée, tandis que l'acier SS316 est préféré pour sa ductilité supérieure et sa plus grande résistance à la corrosion.

Quel est l'acier le mieux adapté aux applications de l'industrie pétrolière et gazière ?

Pour les applications dans l'industrie du pétrole et du gaz, l'acier 13Cr est généralement mieux adapté en raison de sa conception spécifique pour ces environnements. Cet acier inoxydable martensitique offre une grande résistance mécanique, une excellente résistance à l'usure et une résistance modérée à la corrosion, particulièrement efficace contre la corrosion par le CO₂ à des températures élevées. Il donne de bons résultats dans les environnements présentant de faibles pressions partielles de H₂S et une légère présence de chlorure, qui sont typiques de nombreuses applications dans les champs pétrolifères.

En revanche, si l'acier inoxydable 316 (SS316) offre une résistance supérieure à la corrosion, en particulier dans les environnements riches en chlorure comme l'eau de mer, il n'a pas la résistance mécanique et la résistance à l'usure offertes par l'acier 13Cr. L'acier SS316 est plus approprié pour les équipements offshore et sous-marins où une résistance élevée à la corrosion est primordiale, mais pour la majorité des applications pétrolières et gazières, l'équilibre entre la résistance mécanique, la résistance à l'usure et la rentabilité de l'acier 13Cr en fait le choix préféré.

Quels sont les environnements qui favorisent l'utilisation de l'acier SS316 par rapport à l'acier 13Cr ?

L'acier SS316 est préféré à l'acier 13Cr dans les environnements très corrosifs et riches en chlorures. La présence de nickel et de molybdène dans l'acier SS316 améliore considérablement sa résistance à la corrosion, ce qui le rend idéal pour les milieux marins, le traitement chimique et les environnements contenant de l'oxygène et des chlorures. L'acier SS316 est particulièrement efficace pour prévenir la corrosion par piqûres et par crevasses, qui sont des risques courants dans ces conditions. En revanche, l'acier 13Cr, tout en offrant une bonne résistance à la corrosion dans les atmosphères riches en CO₂, est vulnérable à la fissuration sous contrainte due au sulfure et aux piqûres lorsqu'il est exposé au sulfure d'hydrogène (H₂S) ou à l'oxygène. Par conséquent, l'acier SS316 est préféré dans les environnements difficiles où une résistance supérieure à la corrosion est cruciale pour maintenir l'intégrité structurelle et la longévité.

Quelles sont les limites de l'acier 13Cr dans les environnements corrosifs ?

L'acier 13Cr, qui contient environ 13% de chrome, est conçu pour les applications pétrolières et gazières en raison de sa bonne résistance à la corrosion et de sa résistance mécanique. Cependant, il présente des limites notables dans les environnements corrosifs. Tout d'abord, l'acier 13Cr est très sensible à la fissuration sous contrainte par le sulfure (SSC) dans les environnements de sulfure d'hydrogène (H2S), ce qui limite son utilisation dans des conditions de service acides. Même de faibles niveaux de H2S peuvent induire des fissures, en particulier à haute pression et à haute température. Deuxièmement, l'acier 13Cr est sujet à la fissuration assistée par l'environnement dans des environnements à faible pH (inférieur à 3,5), ce qui limite son utilisation dans des conditions fortement acides. En outre, il est vulnérable aux piqûres et à la corrosion localisée dans des concentrations élevées de chlorure, en particulier à des températures élevées. Enfin, la résistance à la corrosion de l'acier 13Cr diminue considérablement à des températures supérieures à 125°C, ce qui limite encore son utilisation dans des environnements difficiles. En revanche, l'acier inoxydable 316 offre une résistance supérieure à une gamme plus large de conditions corrosives, y compris les environnements acides et riches en chlorure, ce qui en fait une option plus polyvalente mais plus coûteuse.