Vue d'ensemble de l'acier résistant aux intempéries

Qu'est-ce que l'acier résistant aux intempéries？ ?

L'acier résistant aux intempéries, également connu sous le nom d'acier résistant à la corrosion atmosphérique, est un acier faiblement allié, à haute résistance, qui incorpore de petites quantités d'éléments d'alliage pour améliorer sa résistance à la corrosion dans les conditions atmosphériques. Sa résistance à la corrosion est de 2 à 8 fois supérieure à celle de l'acier au carbone ordinaire, l'effet protecteur s'accentuant avec le temps. Outre son excellente résistance aux intempéries, l'acier résistant aux intempéries présente des propriétés mécaniques et une soudabilité supérieures, ce qui le rend largement utilisable dans les véhicules ferroviaires, les ponts et les conteneurs d'expédition.

Contrairement à l'acier inoxydable, l'acier résistant aux intempéries n'est pas insensible à la rouille. Au départ, il se corrode de la même manière que l'acier au carbone ordinaire, mais son comportement diverge avec le temps. Après une période de rouille, des oligo-éléments tels que le cuivre (Cu) et le phosphore (P) s'accumulent à la surface de l'acier, formant une couche de rouille dense et amorphe. Cette couche adhère étroitement au métal de base, agissant comme une barrière qui le protège partiellement de l'humidité et des ions nocifs présents dans l'atmosphère, empêchant ainsi la poursuite de la corrosion.

L'acier météorique peut être utilisé avec des revêtements, laissé sans revêtement ou soumis à des traitements de stabilisation, les exigences en matière de revêtement étant identiques à celles de l'acier au carbone ordinaire. L'un de ses principaux avantages est qu'il peut être utilisé sans revêtement, ce qui évite d'avoir à le peindre. Dans les régions où la pollution atmosphérique est minimale ou l'humidité modérée, l'acier météorique peut être exposé directement à l'atmosphère sans être peint. En général, au bout d'un an environ, la couche de rouille se stabilise, stoppant la corrosion et prenant une teinte brun chocolat esthétiquement agréable. Exempt de problèmes tels que le vieillissement de la peinture, cet acier ne nécessite aucun revêtement d'entretien, ce qui réduit considérablement les coûts d'entretien et évite les pertes associées aux interruptions liées à l'application de la peinture.

Historique du développement

Depuis le début du XXe siècle, des pays comme les États-Unis, l'Allemagne, le Royaume-Uni et le Japon ont mené des recherches approfondies sur l'acier résistant aux intempéries. Dès 1916, des scientifiques européens et américains ont découvert que le cuivre renforce la résistance de l'acier à la corrosion dans les conditions atmosphériques. La même année, l'American Society for Testing and Materials (ASTM) a lancé des études sur la corrosion atmosphérique. Des chercheurs comme C.P. Larrabee compilent des données sur la corrosion, identifient des modèles et explorent les mécanismes sous-jacents. Dans les années 1930, l'U.S. Steel Corporation a mis au point l'acier Corten, un acier à haute résistance, contenant du cuivre, faiblement allié et présentant une résistance supérieure à la corrosion. Dans les années 1960, l'acier Corten était utilisé sans peinture dans les bâtiments et les ponts, les variantes les plus courantes étant la série Corten A à haute teneur en phosphore, cuivre-chrome-nickel, et la série Corten B à teneur en chrome-manganèse-cuivre. L'acier résistant aux intempéries a été largement adopté en Europe et au Japon. Aujourd'hui, il est considéré comme un type d'acier standard au niveau international, avec des spécifications détaillées régissant son développement, son application et sa conception. Le tableau 1 présente les principales étapes du développement mondial de l'acier résistant aux intempéries.

En Chine, la recherche sur l'acier résistant aux intempéries et les essais d'exposition à l'atmosphère ont commencé dans les années 1960. En 1965, la production expérimentale de l'acier 09MnCuPTi a été couronnée de succès, ce qui a conduit à la création du premier wagon de marchandises chinois en acier résistant aux intempéries. La Commission nationale pour la science et la technologie et la Fondation des sciences naturelles de Chine ont mis en place un réseau national de stations d'essai de corrosion environnementale, lançant en 1983 un effort de collecte de données sur 20 ans et cinq cycles. Tirant parti des avantages de la Chine en matière de ressources, les chercheurs ont mis au point plusieurs nuances d'acier, notamment la série 08CuPVRE d'Ansteel, la série 09CuPTi de Wuhan Steel, la série 09MnNb de Jinan Steel, le 10CrMoAl et le 10CrCuSiV de l'usine sidérurgique n° 3 de Shanghai.

Grades d'acier résistant aux intempéries

Vous trouverez ci-dessous un aperçu des principales nuances d'acier résistant aux intempéries, y compris les normes internationales et des exemples de producteurs clés tels que ceux des États-Unis, du Japon et de la Chine.

Acier Corten (États-Unis)

L'acier Corten, développé par U.S. Steel Corporation dans les années 1930, est l'une des marques les plus connues d'acier résistant aux intempéries. Il se divise en deux séries principales :

Corten A

• Composition: Forte teneur en phosphore (P : 0.07%-0.15%), cuivre (Cu : 0.25%-0.55%), chrome (Cr : 0.5%-1.25%), nickel (Ni : 0.65% max), et traces d'autres éléments comme le silicium (Si).
• Caractéristiques: Excellente résistance à la corrosion grâce à la teneur élevée en phosphore, qui favorise la formation d'une couche de rouille protectrice dense. Il offre également une bonne soudabilité et une bonne résistance mécanique.

Corten B

• Composition: Phosphore inférieur (P : ≤0,025%), cuivre (Cu : 0,20%-0,40%), chrome (Cr : 0,40%-0,65%), manganèse (Mn : 0,50%-1,25%) et vanadium (V : 0,02%-0,10%).
• Caractéristiques: L'accent est mis sur une résistance et une ténacité accrues plutôt que sur une résistance extrême à la corrosion. La teneur réduite en phosphore le rend plus adapté aux sections plus épaisses.

SPA-H (Japon)

• Standard: JIS G3125 (norme industrielle japonaise)
• Composition: Cuivre (Cu : 0,25%-0,60%), phosphore (P : 0,07%-0,15%), chrome (Cr : 0,30%-1,25%), nickel (Ni : ≤0,65%), silicium (Si : 0,25%-0,75%).
• Caractéristiques: Acier à haute résistance aux intempéries, doté d'une excellente résistance à la corrosion, conçu pour les structures soudées. Il forme rapidement une couche de rouille stable, offrant une durabilité dans les environnements humides et industriels.

Nuances d'acier chinoises contre les intempéries

La Chine a développé plusieurs nuances d'acier résistant aux intempéries, souvent adaptées à la disponibilité des ressources et aux besoins de l'industrie :

Q235NH

• Composition: Manganèse (Mn : 0,20-0,60%), cuivre (Cu : ≤0,15%), phosphore (P : ≤0,03%).
• Caractéristiques: Limite d'élasticité ≥ 235 MPa, résistance à la traction 360-510 MPa, résistance à la corrosion 2 à 3 fois supérieure à celle de l'acier au carbone ordinaire, convient aux applications à faible charge telles que les murs-rideaux et les garde-corps des bâtiments.

Q295NH

• Composition: C≤0.16%、Mn 0.50-1.00%、Cu 0.20-0.60%、Cr 0.30-0.80%.
• Caractéristiques: Limite d'élasticité ≥ 295 MPa, résistance à la traction 430-570 MPa, avec une meilleure résistance aux intempéries que le Q235NH, couramment utilisé dans les véhicules ferroviaires et les composants structurels généraux.

Q355NH

• Composition: C≤0.16%、Mn 0.90-1.50%、Cu 0.25-0.55%、Cr 0.30-1.25%.
• Caractéristiques: Limite d'élasticité ≥ 355 MPa, résistance à la traction 470-630 MPa, allongement ≥ 22%, bonne soudabilité, convient à la fabrication de conteneurs et de machines.

Q460NH

• Composition: C≤0.18%、Mn 1.00-1.60%、Cu 0.25-0.55%、Cr 0.40-1.25%.
• Caractéristiques: Limite d'élasticité ≥ 460 MPa, résistance à la traction 570-730 MPa, résistance à la corrosion 3-4 fois supérieure à celle de l'acier au carbone ordinaire, utilisé pour les machines lourdes et les structures à forte charge.

Q295GNH

• Composition: C ≤ 0,12%, P 0,07-0,15%, Cu 0,25-0,55%, Cr 0,30-1,25%.
• Caractéristiques: La résistance à la corrosion est 4 à 6 fois supérieure à celle de l'acier au carbone ordinaire, avec une couche de rouille dense convenant aux applications exposées telles que les sculptures et les installations extérieures.

Q345GNH

• Composition : C ≤ 0,12%, P 0,07-0,15%, Cu 0,25-0,55%, Ni ≤ 0,25%
• Caractéristiques: Limite d'élasticité ≥ 345MPa, résistance à la traction 490- 630 MPa, excellente résistance à la corrosion atmosphérique marine, utilisé dans les bâtiments côtiers et les tours d'éoliennes.

Q460GNH

• Composition : C ≤ 0,12%, P 0,07-0,15%, Cu 0,25-0,55%, Cr 0,50-1,50%
• Caractéristiques: Limite d'élasticité ≥ 460MPa, résistance à la traction 570- 730 MPa, la teneur élevée en phosphore accélère la stabilisation de la couche de rouille, convient aux conteneurs de produits chimiques.

Normes européennes (EN 10025-5)

La norme européenne EN 10025-5 spécifie les aciers résistant aux intempéries sous la désignation "S" (acier de construction) avec un "W" pour les propriétés de résistance aux intempéries :

S355J2W

• Composition: Cuivre (Cu : 0,25%-0,55%), chrome (Cr : 0,40%-0,80%), phosphore (P : ≤0,035%), manganèse (Mn : 0,50%-1,50%).
• Caractéristiques: Offre une limite d'élasticité de 355 MPa et d'excellentes propriétés de vieillissement, formant une couche de rouille stable au fil du temps.

S355K2W

• Composition: Semblable au S355J2W, avec un alliage légèrement modifié pour améliorer la ténacité (K2 indique une plus grande résistance aux chocs).
• Caractéristiques: Amélioration des performances à basse température et de la résistance à la corrosion.

Normes ASTM (États-Unis)

L'ASTM fournit des spécifications pour les aciers résistants aux intempéries, qui se recoupent souvent avec les nuances Corten :

ASTM A588

• Notes: A588 Grade A, B, C, K
• Composition: Varie selon la qualité ; typiquement Cu : 0,25%-0,40%, Cr : 0,40%-0,70%, Ni : ≤0,50%, P : ≤0,04%, avec du vanadium ou du niobium dans certaines qualités.
• Caractéristiques: Acier à haute résistance, faiblement allié, avec une limite d'élasticité minimale de 345 MPa. La nuance K comprend des éléments supplémentaires pour une meilleure résistance à la corrosion.

ASTM A242

• Composition: Cuivre (Cu : 0.20% min), chrome (Cr : 0.50%-1.25%), phosphore (P : ≤0.15%).
• Caractéristiques: L'une des premières normes d'acier résistant aux intempéries, offrant une bonne résistance à la corrosion pour les sections plus minces.

Caractéristiques principales à tous les niveaux

Résistance à la corrosion: Toutes les qualités développent une patine de rouille protectrice qui ralentit la corrosion, avec des variations en fonction du contenu de l'alliage (par exemple, plus de P dans le Corten A, plus de Cr dans le S355J2W).

Propriétés mécaniques: Les limites d'élasticité sont généralement comprises entre 235 MPa (par exemple, SPA-H) et 355 MPa (par exemple, S355J2W, A588), certaines nuances étant optimisées pour la ténacité ou la soudabilité.

Personnalisation: Des qualités comme le 08CuPVRE chinois incorporent des terres rares, tandis que d'autres comme le 10CrMoAl visent des environnements spécifiques (par exemple, des atmosphères industrielles).

Propriétés mécaniques de l'acier résistant aux intempéries

Les propriétés mécaniques de l'acier résistant aux intempéries, détaillées dans le tableau suivant, sont comparables à celles de l'acier à haute teneur en carbone ou de l'acier faiblement allié. Cependant, l'acier météorique doit présenter de bonnes performances en matière d'usinage à froid.

La microstructure de l'acier résistant aux intempéries se compose généralement des éléments suivants ferrite et perlite. Les niveaux d'inclusion d'oxyde ne doivent pas dépasser le grade 2, les inclusions de sulfure ne doivent pas dépasser le grade 2,5, et la taille des grains ne doit pas être plus grossière que le grade 7.

Éléments d'alliage de l'acier résistant aux intempéries

Par rapport à l'acier au carbone ordinaire, l'acier résistant aux intempéries offre une résistance supérieure à la corrosion atmosphérique grâce aux éléments d'alliage qui réduisent la conductivité de la couche de rouille et empêchent la croissance rapide des produits de corrosion. Sa résistance à la corrosion devient évidente après une exposition prolongée. Les éléments d'alliage qui améliorent la résistance à la corrosion atmosphérique doivent (1) être plus solubles dans le fer que dans la couche de rouille, (2) former une solution solide avec le fer. feret (3) augmenter le potentiel électrochimique de l'acier. Des études indiquent que les effets des différents éléments d'alliage sur la résistance aux intempéries varient.

Carbone

Le carbone a un impact négatif sur la résistance à la corrosion atmosphérique et affecte la soudabilité, la fragilité à froid et la résistance à la corrosion. estampillage propriétés. En général, sa fraction massique dans l'acier résistant aux intempéries est limitée à moins de 0,12%.

Cuivre et soufre

L'ajout de 0,2%~0,4% de cuivre améliore considérablement la résistance à la corrosion dans les atmosphères rurales, industrielles ou marines par rapport à l'acier au carbone ordinaire. Le cuivre s'oppose notamment aux effets néfastes du soufre, son efficacité augmentant au fur et à mesure que la teneur en soufre augmente, en raison de la formation de sulfures insolubles. En réduisant la teneur en soufre résiduel à 0,01%, les performances de l'acier au carbone face aux intempéries sont proches de celles de l'acier Corten B et celles de l'acier allié général sont proches de celles de l'acier Corten A.

Phosphore

Le phosphore est l'un des éléments les plus efficaces pour renforcer la résistance à la corrosion atmosphérique. Il se dissout uniformément dans l'acier et forme un film protecteur dense à la surface. La résistance optimale à la corrosion est obtenue avec une teneur en phosphore de 0,08%-0,15%.

Chrome

Le chrome forme un film d'oxyde dense sur la surface de l'acier, améliorant la passivation et ralentissant la croissance de la rouille. La teneur en chrome varie généralement entre 0,4% et 1,0% (jusqu'à 1,3%), avec des effets prononcés lorsqu'il est associé au cuivre.

Nickel

Le nickel, un élément stable, modifie positivement le potentiel d'autocorrosion de l'acier, améliorant ainsi sa stabilité. Les tests d'exposition atmosphérique montrent que le nickel d'environ 4% améliore considérablement la résistance à la corrosion dans les environnements côtiers.

Calcium

Des traces de calcium améliorent la résistance globale à la corrosion atmosphérique et préviennent l'apparition de rouille pendant l'utilisation. Le calcium forme du CaO et du CaS, qui se dissolvent dans le film électrolytique de surface, augmentant l'alcalinité, réduisant la corrosivité et favorisant la formation d'une phase de rouille α-FeOOH dense et protectrice.

Manganèse

Les opinions sur l'effet du manganèse sur la résistance à la corrosion varient. La plupart des chercheurs s'accordent à dire qu'il améliore la résistance aux atmosphères marines, mais qu'il a peu d'impact dans les environnements industriels. La teneur en manganèse est généralement comprise entre 0,5% et 2,0%.

Molybdène

À 0,4%-0,5%, le molybdène réduit les taux de corrosion de plus de 50% dans les conditions atmosphériques, en particulier dans les environnements industriels.

Éléments des terres rares

Les terres rares (RE), ajoutées à ≤0,2%, sont utilisées dans les aciers de vieillissement sans chrome ni nickel. Très réactifs, ils agissent comme désoxydants et désulfurants, affinant les grains, réduisant les inclusions nocives et améliorant la résistance à la corrosion en minimisant les sites d'initiation de la corrosion.

Applications de l'acier résistant aux intempéries

La tôle d'acier résistant aux intempéries présente non seulement une bonne résistance aux intempéries, mais aussi un certain degré de transformabilité. Elle peut être découpée, soudée, gravée et soumise à d'autres techniques de traitement pour répondre à une variété d'exigences de conception complexes. L'application de la tôle d'acier résistant aux intempéries est très prometteuse, en particulier dans la construction moderne.

La construction

Les aciers résistant aux intempéries sont principalement utilisés dans le domaine de la construction pour fabriquer des structures en acier, des ponts, des glissières de sécurité, etc. Grâce à son excellente résistance à la corrosion, l'acier pour intempéries peut considérablement prolonger la durée de vie de ces structures, réduire la fréquence de l'entretien et du remplacement, et diminuer les coûts d'entretien. En même temps, l'aspect unique de l'acier résistant aux intempéries peut apporter une esthétique unique au bâtiment.

Rail et transport

Dans le secteur ferroviaire et des transports, les aciers résistant aux intempéries sont principalement utilisés dans la fabrication de voies ferrées, de véhicules, de conteneurs, etc. Ces installations sont souvent exposées à des environnements difficiles. Ces installations sont souvent exposées à des conditions environnementales difficiles, telles que la pluie, la neige, le vent, le sable, etc. Les aciers résistant aux intempéries offrent une excellente protection contre la corrosion pour garantir un fonctionnement stable à long terme des installations.

Agriculture

Les applications de l'acier résistant aux intempéries dans le domaine agricole comprennent principalement les machines agricoles et les structures de serres. Grâce à sa bonne résistance à la corrosion et à ses propriétés antivieillissement, cet acier peut s'adapter à diverses conditions environnementales difficiles et fournir un soutien et une protection fiables à la production et aux installations agricoles.

Champ pétrochimique

Dans l'industrie pétrochimique, l'acier résistant aux intempéries est principalement utilisé pour fabriquer des réservoirs de stockage, des pipelines, des vannes et d'autres installations. Ces installations sont souvent exposées à des milieux corrosifs, tels que les acides, les alcalis, les sels, etc. L'acier résistant aux intempéries peut fournir une bonne protection contre la corrosion et prolonger la durée de vie des installations.

Conclusion

La résistance à la corrosion et le rapport coût-efficacité de l'acier résistant aux intempéries en font un matériau vital d'une pertinence durable. Les recherches futures devraient s'appuyer sur l'expertise mondiale tout en tirant parti des ressources et des atouts techniques uniques de la Chine. L'accent devrait être mis sur le développement d'aciers résistant aux intempéries de haute qualité et à haut rendement, adaptés aux besoins environnementaux et régionaux de la Chine, ainsi que sur des techniques de stabilisation rapide de la rouille pour les couches superficielles.

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