Types de traitement thermique de l'acier inoxydable
Le traitement thermique des aciers inoxydables est principalement effectué dans des conditions contrôlées pour éviter la carburation, la décarburation et l'entartrage de la surface métallique.
recuit
Le recuit, ou traitement en solution, est utilisé pour recristalliser les aciers inoxydables austénitiques écrouis et étirer les carbures de chrome, précipités autour des aciers inoxydables écrouis, dans la solution. De plus, ce traitement supprime les contraintes survenues lors de l'écrouissage et homogénéise les soudures dendritiques en acier inoxydable.
Le recuit des aciers inoxydables s'effectue à des températures supérieures à 1040°C, mais certains types d'aciers peuvent être recuits à des températures très contrôlées inférieures à 1010°C tout en considérant la granulométrie fine. Le processus est maintenu pendant un court intervalle, afin d'éviter l'entartrage de la surface et de contrôler la croissance des grains.
Recuit de trempe
Le recuit de trempe de l'acier inoxydable austénitique est un processus de refroidissement rapide du métal par trempe à l'eau pour surmonter la sensibilisation.
Recuit stabilisant
Un recuit stabilisant est souvent réalisé à la suite d'un recuit classique des nuances 321 et 347. Le carbone présent dans la composition de ces nuances est autorisé à se combiner avec le titane en nuance 321, et le niobium en nuance 347, lors du recuit. La précipitation du carbone, sous forme de carbure de niobium ou de titane, se produit par un recuit supplémentaire à des températures de 870 à 900°C pendant 2 à 4 h, suivi d'un refroidissement rapide, empêchant ainsi la précipitation du carbure de chrome.
Ce traitement peut être effectué dans des conditions opératoires rigoureusement corrosives ou impliquant des températures allant de 400 à 870°C.
Nettoyage
La surface des aciers inoxydables austénitiques doit être soigneusement nettoyée, pour éliminer les résidus carbonés, graisses et huiles, avant le traitement thermique ou le recuit car la présence de résidus entraîne une carburation qui, à son tour, réduit les propriétés de résistance à la corrosion.
Recuit de processus
Tous les aciers inoxydables ferritiques et martensitiques peuvent être recuits par chauffage dans la plage de température de la ferrite, ou entièrement recuits par chauffage au-dessus de la température critique dans la plage de l'austénite. Un recuit sous-critique peut être effectué, généralement à des températures de 760 à 830°C. Une structure souple de carbures sphéroïdaux et de ferrite peut être produite en refroidissant le matériau à 25°C à partir de la température de recuit maximale pendant une heure, ou en maintenant le matériau pendant une heure à une température de recuit sous-critique. Les produits qui ont été écrouis après un recuit complet peuvent être recuits à des températures sous-critiques en moins de 30 min.
Les nuances d'acier ferritique conservant des structures monophasées sur toute la plage de températures de fonctionnement ne nécessitent rien de plus qu'un court recuit de recristallisation à des températures de 760 à 955°C.
Atmosphères Contrôlées
Les aciers inoxydables sont généralement recuits dans des conditions contrôlées pour réduire l'entartrage. Ce traitement peut être effectué dans un bain de sel, mais un recuit brillant effectué dans des conditions fortement réductrices est le plus souvent préféré. Les fabricants effectuent un recuit brillant des produits de fil, de tube et de bobine laminé plat en présence d'hydrogène et d'azote. Les produits recuits brillants sont appelés « BA ».
Durcissement
Comme les aciers faiblement alliés, les aciers inoxydables martensitiques sont trempés par revenu, trempe et austénitisation. Les températures d'austénitisation varient de 980 à 1010°C. A une température d'austénitisation de 980°C, la dureté à l'état trempé a tendance à augmenter d'abord puis à chuter, suite à la rétention. La température d'austénitisation optimale pour certaines nuances d'acier peut être basée sur la température du processus de revenu suivant.
La fissuration dans des sections complexes d'aciers à haute et basse teneur en carbone peut être évitée en préchauffant les aciers à 790°C avant l'austénitisation.
Refroidissement et trempe
Les aciers inoxydables martensitiques ont une teneur élevée en alliage et, par conséquent, une trempabilité élevée. Une dureté totale peut être obtenue par refroidissement à l'air à la température d'austénitisation, mais le durcissement de sections plus grandes peut parfois nécessiter une trempe à l'huile. Les composants durcis doivent être trempés immédiatement après refroidissement à température ambiante, en particulier si une trempe à l'huile a été utilisée pour empêcher la fissuration. Dans certains cas, les composants sont congelés à -75°C avant d'être tempérés. Le revenu des aciers martensitiques est effectué à des températures supérieures à 510°C, suivi d'un refroidissement rapide des aciers à des températures inférieures à 400°C pour éviter la fragilisation.
Certains aciers inoxydables à durcissement par précipitation nécessitent des traitements thermiques rigoureux par rapport à ceux des types martensitiques standard. Par exemple, le vieillissement, le refroidissement sous zéro, le recuit de déclenchement et le recuit peuvent nécessiter un type de durcissement par précipitation semi-austénitique. D'autre part, les types martensitiques à durcissement par précipitation ne nécessitent souvent qu'un traitement de vieillissement.
Déstressant
Le soulagement du stress en dessous de 400°C est la pratique la plus courante, mais le résultat n'est qu'un soulagement modéré du stress. Le relâchement des contraintes à des températures allant jusqu'à 425 à 925°C réduira considérablement les contraintes résiduelles qui provoqueraient autrement une instabilité dimensionnelle ou une fissuration par corrosion sous contrainte. Une heure de détente à 870°C soulage environ 85 % des contraintes résiduelles. Cependant, cette plage de températures peut précipiter les carbures aux joints de grains, entraînant une sensibilisation qui affecte la résistance à la corrosion dans de nombreux milieux. Les aciers inoxydables stabilisés ou les aciers de type bas carbone sont préférés pour éviter ces effets.
La mise en solution complète des aciers inoxydables, par chauffage à environ 1080°C suivi d'un refroidissement rapide, élimine toutes les contraintes résiduelles. Cependant, il n'est pas pratique pour la plupart des fabrications volumineuses ou complexes.
Soulagement du stress à basse température
Lors de l'usinage à froid des aciers inoxydables austénitiques pour améliorer la résistance, la limite d'élasticité à la compression et la limite proportionnelle auront tendance à augmenter avec la relaxation des contraintes à basse température. La détente est effectuée à des températures allant jusqu'à 345 à 425°C, si la résistance intergranulaire n'est pas importante. Des températures plus élevées dégraderont la résistance du matériau et, par conséquent, elles ne sont pas préférées pour soulager les contraintes des produits écrouis.
Recuit après soudage
Les produits soudés en acier inoxydable sont chauffés à des températures inférieures aux températures de recuit standard, afin de minimiser les contraintes résiduelles élevées, tandis qu'un recuit suivi d'un soudage n'est pas possible. La relaxation des contraintes est souvent effectuée sur des sections de soudure larges ou complexes, ou sur des soudures dissemblables composées d'acier faiblement allié soudé à de l'acier inoxydable.
Le soulagement des contraintes des aciers inoxydables ferritiques ou martensitiques va tempérer les zones de soudure et affectées par la chaleur, en plus de restaurer la résistance à la corrosion dans certains types. Les températures de recuit sont relativement basses pour ces nuances d'acier inoxydable.
Durcissement de surface
Seuls certains types de procédés de durcissement superficiel peuvent être effectués sur les aciers inoxydables. Dans la plupart des cas, le durcissement des aciers faiblement alliés et du carbone dépend de la transformation martensitique, de sorte que la dureté résultante est liée à la teneur en carbone. Cependant, cette méthode de durcissement n'est pas largement utilisée, car la teneur en carbone des aciers inoxydables martensitiques varie de faible à extrêmement faible.
Nitruration
Les aciers inoxydables austénitiques peuvent être durcis en surface par nitruration. Ce processus a une application très limitée, car le noyau en acier inoxydable est doux et a une très faible résistance pour les applications lourdes. Une autre limitation majeure est que l'acier nitruré est moins résistant à la corrosion par rapport à l'acier inoxydable d'origine.
Dépôt physique en phase vapeur (PVD)
Le dépôt physique en phase vapeur permet le dépôt de couches minces et dures sur de nombreux matériaux, y compris les aciers inoxydables. Le nitrure de titane est le revêtement le plus couramment appliqué, disponible dans une couleur or esthétiquement agréable. En raison de son apparence, ce revêtement est couramment appliqué sur la surface polie miroir n° 8 pour produire des panneaux architecturaux incrustés de panneaux d'or.