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Aciers Réfractaires

Les aciers réfractaires sont destinés à des applications à des températures supérieures à 600°, ce qui, par définition, exige d’importantes caractéristiques mécaniques, en matière de résistance à la corrosion à chaud, aux produits sulfurés, à l’usure… Ils présentent en outre une faible vitesse de fluage, qui va éviter les déformations lorsque les aciers sont travaillés à très haute température.

Des propriétés exceptionnelles

Outre leur résistance thermique, les aciers réfractaires – qui sont par nature inoxydables – se démarquent par leur stabilité dimensionnelle, leur conductibilité thermique élevée et bien sûr leur résistance aux variations de température. La limite d’élasticité à chaud doit également être particulièrement haute, pour éviter le fluage et les déformations.

De nombreux métaux peuvent entrer dans la composition des aciers réfractaires, avec des fonctions bien définies. Si les éléments de base restent le fer, le nickel, le chrome et le cobalt, des éléments sont additionnés pour renforcer certaines propriétés de l’alliage : aluminium, molybdène, tungstène, titane, vanadium, niobium, tantale, bore ou encore zirconium.

L’utilisation de chrome et de niobium, par exemple, va permettre une meilleure résistance à l’oxydation par l’air. Le nickel augmente la résistance à la traction, le silicium et le manganèse la résistance à la corrosion.

Différentes nuances et applications

Les acirs réfractaires sont ensuite classés selon leur résistance en température. Le Monel® par exemple, à base de nickel et de cuivre, se travaille à 500°, tandis que l’Inconel® (nickel, chrome et fer) résiste jusqu’à 800° et le Nimonic® (nickel, chrome et cobalt) jusqu’à 950°.

Ce sont effectivement les alliages de cobalt qui peuvent être travaillés dans les conditions de températures les plus extrêmes, jusqu’à 1 000°. Des nuances comme le HS188X40 (cobalt, chrome et nickel) permettent ainsi la fabrication de pièces pour les turboréacteurs.

La nuance acier chrome-nickel Z8CNT18-10 va trouver son application dans l’usinage de tôles, tandis que la Z10CNW17 servira à la fabrication d’ailettes de turbine. Un durcissement structural de l’acier par addition de molybdène, cuivre ou aluminium, va augmenter encore la température de travail et aider à obtenir des aciers austénitiques encore plus résistants au fluage. On pense notamment à la nuance Z30CND19-10 qui trouve ses applications dans les anneaux et disques de turbine.

Ces superalliages servent essentiellement au secteur de l’aéronautique (moteurs, turbines, chambres de combustion…), mais pas seulement. On les retrouve dans les secteurs pétroliers et gaziers pour leurs applications marines, ou encore le domaine médical pour la fabrication de prothèses.

Le coût de ces aciers explique cette utilisation dans des secteurs de haute technologie. Si de nombreux aciéristes (Sandvik, Aubert&Duval, Abrams !…) en proposent différentes nuances, leur usinabilité reste délicate. Sa difficulté varie selon l’élément principal de l’alliage, surtout s’il s’agit de nickel ou/et de cobalt. Ils exigent en particulier d’importants efforts de découpe de l’acier.

 

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