Résistance à la corrosion de l'acier inoxydable : Un guide complet

Un type d'acier inoxydable peut présenter une bonne résistance à la corrosion dans de nombreux milieux, mais dans certains autres milieux, il peut se corroder en raison de sa faible stabilité chimique. En d'autres termes, un type d'acier inoxydable ne peut pas être résistant à la corrosion dans tous les milieux.

La corrosion des métaux peut être classée en trois mécanismes : la corrosion physique, la corrosion chimique et la corrosion électrochimique. La dissolution physique des métaux appartient à la corrosion physique. La corrosion chimique fait référence à la réaction chimique directe qui se produit dans le milieu, où les ions métalliques échangent directement des charges avec le milieu.

On pensait auparavant que l'oxydation des métaux due à des températures élevées relevait de la corrosion chimique pure, mais en réalité, la majeure partie de l'oxydation à haute température relève de la corrosion électrochimique. La raison pour laquelle le film protecteur de passivation peut empêcher la poursuite de la corrosion du métal est un aspect important qui inhibe la vitesse de l'échange d'ions et de charges.

La corrosion électrochimique est la corrosion du métal due aux réactions des électrodes dans un électrolyte. Dans de nombreux processus de corrosion électrochimique, un métal participe avec un autre métal, ou différentes phases du métal participent, formant ce que l'on appelle la corrosion galvanique.

Dans ce scénario, un métal agit comme anode et se corrode, tandis que l'autre métal agit comme cathode et subit une réaction de réduction, ce qui est une caractéristique de la corrosion électrochimique. Dans la vie pratique et dans la pratique de l'ingénierie, la grande majorité de la corrosion des métaux relève de la corrosion électrochimique.

Les principales formes de corrosion de l'acier inoxydable sont, entre autres, la corrosion uniforme (corrosion superficielle), la corrosion par piqûres, la corrosion par crevasses, la corrosion intergranulaire et la corrosion sous contrainte.

Corrosion uniforme

La corrosion uniforme désigne la corrosion complète de la surface métallique en contact avec le milieu corrosif. La corrosion uniforme réduit continuellement la section transversale du métal. Pour les composants sous contrainte qui sont corrodés, elle augmente la contrainte réelle qu'ils supportent, atteignant finalement la résistance à la rupture du matériau et provoquant une défaillance.

La méthode d'évaluation de la corrosion uniforme consiste à mesurer la perte de poids par unité de surface après un certain temps de corrosion dans des conditions d'essai (g/m²-année), qui est la vitesse de corrosion.

Si elle est calculée en termes de profondeur corrodée (mm/an), elle est plus pratique pour déterminer la durée de vie de la résistance à la corrosion de l'équipement. En fonction des différentes vitesses de corrosion, la résistance à la corrosion des matériaux métalliques peut être divisée en 10 niveaux, comme le montre le tableau 1-13.

En fonction des différents scénarios d'utilisation, la résistance à la corrosion est généralement divisée en deux niveaux principaux : si la vitesse de corrosion est inférieure à 0,01 mm/an, le produit est considéré comme "totalement résistant à la corrosion" ; si la vitesse de corrosion est inférieure à 0,1 mm/an, le produit est considéré comme "résistant à la corrosion".

Ici, il est clair qu'une vitesse de corrosion supérieure à 0,1 mm/an est considérée comme non résistante à la corrosion ou peu résistante. Il existe également d'autres méthodes de classification, mais une seule est mentionnée ici.

En fonction de leur excellente résistance à la corrosion, l'acier est divisé en deux catégories : l'acier inoxydable et l'acier résistant à la corrosion.

1. Acier inoxydable désigne l'acier qui résiste à la corrosion dans l'atmosphère et les milieux faiblement corrosifs.

2. Acier résistant à la corrosion se réfère à l'acier qui peut résister à la corrosion dans divers milieux fortement corrosifs.

Tableau 1-13 : Classification de la résistance à la corrosion

Dans certains environnements, l'acier inoxydable peut subir des formes de corrosion allant au-delà de la corrosion uniforme. Toute forme de corrosion excessive est considérée comme une résistance à la corrosion de l'acier dans cet environnement.

Dans la pratique, la sélection des matériaux et l'évaluation de la résistance à la corrosion doivent également tenir compte de la durée de vie de l'équipement et de la contamination potentielle des matériaux chimiques ou du déclassement des produits finis en raison de la présence de produits de corrosion.

Corrosion localisée

La corrosion par piqûres désigne le phénomène selon lequel la majeure partie de la surface métallique ne se corrode pas ou se corrode légèrement, tandis qu'une corrosion très localisée se produit sporadiquement. La taille des piqûres courantes est inférieure à 1,0 mm, leur profondeur dépassant souvent l'ouverture de la surface. Dans les cas les moins graves, les piqûres sont relativement profondes et, dans les cas les plus graves, il peut y avoir perforation.

La corrosion par piqûres est causée par la rupture du film de passivation localisé à la surface du métal. Elle commence par la formation de piqûres de corrosion, qui progressent ensuite vers l'intérieur à partir de l'extérieur, constituant ainsi une corrosion localisée.

La corrosion par piqûres est l'un des types courants de dommages dus à la corrosion de l'acier inoxydable. Dans les environnements contenant des ions chlorure (Cl-), la corrosion par piqûres est la plus susceptible de se produire dans l'acier inoxydable. Il existe actuellement plusieurs approches pour prévenir les dommages causés par la corrosion par piqûres dans l'acier inoxydable :

1. Réduire la teneur en ions chlorure et en oxygène dans l'environnement ; introduire des inhibiteurs de corrosion (tels que CN-, NO-, SO-, etc.) ; abaisser la température de l'environnement, etc.

2. Incorporer du molybdène, du manganèse, du silicium, du vanadium ou des éléments des terres rares dans l'acier inoxydable pour améliorer l'alliage, ce qui augmente efficacement sa résistance à la corrosion par piqûres.

3. Réduire autant que possible l'écrouissage pour diminuer la probabilité de corrosion par piqûres sur les sites de dislocation.

4. Réduire la teneur en carbone de l'acier et augmenter la teneur en chrome et en nickel, deux facteurs qui peuvent améliorer sa résistance à la corrosion par piqûres. Les plaques d'acier inoxydable austénitique à très faible teneur en carbone, à forte teneur en chrome-nickel-molybdène et les plaques d'acier inoxydable ferritique à très haute pureté, à faible teneur en carbone, à faible teneur en azote et à forte teneur en molybdène présentent une résistance élevée à la corrosion par piqûres.

Corrosion des crevasses

La corrosion caverneuse désigne la formation de piqûres macroscopiques tachetées ou ulcérées dans les anfractuosités des composants métalliques, ce qui représente une forme de corrosion localisée. Elle se produit généralement au niveau des joints des rondelles, des rivets et des boulons, des joints de soudure superposés, des sièges de soupape et des tôles accumulées.

En raison de la couverture des produits de corrosion et de la diffusion restreinte du milieu dans les crevasses, la composition et la concentration du milieu à ces endroits diffèrent considérablement de l'environnement global, ce qui entraîne la formation d'une "corrosion cellulaire occluse". La principale différence entre le mécanisme de formation de la corrosion caverneuse et celui de la corrosion par piqûres réside dans la non-uniformité électrochimique du milieu.

Les tôles en acier inoxydable austénitique, ferritique et martensitique sont toutes plus ou moins sensibles à la corrosion caverneuse dans l'eau de mer. Il est possible d'améliorer la résistance à la corrosion caverneuse en augmentant de manière appropriée la teneur en chrome et en molybdène de l'acier.

En pratique, pour les appareils utilisés dans l'eau de mer, seuls les matériaux tels que le titane, les alliages à base de nickel à haute teneur en molybdène et les alliages de cuivre peuvent prévenir efficacement la corrosion caverneuse. L'amélioration des conditions de fonctionnement, la modification de la composition du milieu et la modification des formes structurelles sont autant de mesures importantes pour prévenir la corrosion caverneuse.

Corrosion intergranulaire

La corrosion intergranulaire est une forme de dommage corrosif sélectif. Elle se distingue de la corrosion sélective générale par le fait que la corrosion localisée se produit à l'échelle microscopique et n'est pas nécessairement localisée à l'échelle macroscopique.

Ce type de corrosion se produit principalement aux limites des grains de la microstructure du métal et pénètre à l'intérieur du métal, d'où le terme de corrosion intergranulaire. Une fois que ce type de corrosion s'est produit, il n'est pas toujours visible de l'extérieur. Cependant, en raison des dommages causés par la corrosion aux joints de grains, la force d'adhérence entre les grains est presque entièrement perdue.

Les composants présentant une profondeur de corrosion importante peuvent perdre leur intégrité structurelle, entraînant une défaillance catastrophique due à une surcharge. Le métal gravement corrodé peut même se désintégrer en poudre et se détacher du composant. Il s'agit là d'une forme très préjudiciable de dommages dus à la corrosion.

Corrosion sous contrainte

La corrosion sous contrainte désigne la fracture du métal liée à la corrosion qui se produit dans un environnement spécifique sous l'action combinée d'une contrainte et d'un certain niveau de contrainte. La corrosion sous contrainte ne se produit pas en l'absence de contrainte ou lorsque les niveaux de contrainte sont trop faibles dans un environnement spécifique. De même, la présence d'une contrainte importante sans environnement spécifique n'entraîne pas de corrosion sous contrainte.

Le terme "environnement spécifique" désigne les conditions dans lesquelles la corrosion sous contrainte d'un métal donné ne peut se produire que si la composition et la concentration du milieu sont appropriées.

Depuis les années 1960, de nombreux incidents de rupture dus à la corrosion sous contrainte se sont produits dans des composants soudés en acier inoxydable, entraînant un modèle de rupture complètement fragile. Pendant la lente extension de la fissure, il n'y a pas d'autres symptômes macroscopiques, et une fois que la surface de rupture instantanée est atteinte, une rupture rapide se produit, causant souvent des accidents catastrophiques avec des risques importants. C'est pourquoi cette question est devenue très importante.

Les mécanismes et les mesures préventives liés à la corrosion intergranulaire et à la corrosion sous contrainte des joints soudés en acier inoxydable seront détaillés au chapitre 3.