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Résistance à la corrosion : pourquoi la protection est-elle indispensable pour l'acier au carbone et dans quels cas celui-ci présente-t-il un avantage ?
Processus de corrosion : acier au carbone et chromones
L'absence de chrome dans l'acier au carbone permet l'oxydation en présence d'un agent oxydant tel que l'humidité présente dans l'air. C'est pourquoi l'acier possède une couche protectrice. L'absence d'une telle couche protectrice entraîne l'oxydation des couches métalliques, ce qui conduit éventuellement à une perte d'intégrité structurelle. Avec le temps, le métal résiduel perd son soutien structurel en présence d'humidité, ce qui provoque également une perte de stabilité dimensionnelle ainsi qu'une perte d'intégrité du métal porteur.
Acier inoxydable dans l'environnement : chrome et conditions aux limites
L'acier inoxydable possède une couche protectrice sous forme de chrome à l'échelle nanométrique à l'interface avec le milieu oxydant. Cette couche protectrice peut être altérée dans des environnements corrosifs, tels que la présence d'anions chlorure (par exemple, eau de mer, sel, etc.), conduisant à la formation de piqûres de corrosion intergranulaire. Ces piqûres de corrosion intergranulaire peuvent présenter un aspect dendritique ou fibreux dans les zones concernées. Cela confère à cet acier un indice de résistance à la corrosion équivalent à celui de l'acier 316L (≈ 26,5), ce qui signifie qu’il est réellement capable de résister à des environnements corrosifs.
Exceptions stratégiques : utilisation de l'acier au carbone pour les systèmes sacrificiels
L'acier au carbone peut protéger de façon sacrificielle les aciers et les alliages de cuivre dans les canalisations, les coques de navires et les réservoirs d'eau. En raison de son avantage de prix, ainsi que de l'utilisation de systèmes sacrificiels pour les alliages de cuivre dans les systèmes en acier, l'acier au carbone constitue souvent le meilleur choix pour les systèmes sacrificiels ; l'acier au carbone est le meilleur choix pour les systèmes sacrificiels, ainsi que pour les systèmes sacrificiels impliquant des alliages de cuivre dans les structures en acier, les coques de navires et les réservoirs d'eau. La protection des métaux plus nobles s'effectue au moyen de systèmes sacrificiels comportant des anodes sacrificielles en zinc. Le rôle des anodes sacrificielles est d'assurer une protection sacrificielle. Le coût des anodes sacrificielles en fait le meilleur choix pour les systèmes secs, intérieurs, courts et non critiques. Les systèmes époxy et riches en zinc peuvent améliorer la durée de service et réduire la durée de service.
Traitement thermique de l'acier au carbone et son adéquation aux applications structurelles
Traitement thermique permettant d'obtenir un acier au carbone adapté aux applications structurelles
Le traitement thermique de l'acier au carbone confère à cet acier des caractéristiques exceptionnelles, tant pour les applications à barrière élevée que pour celles à barrière faible. L'utilisation d'acier normalisé ou à teneur élevée en carbone permet d'obtenir des résultats supérieurs dans le développement de structures porteuses, notamment dans les systèmes structuraux de transmission, tels que les réseaux de transmission et les charpentes de transmission haute tension. Il est possible de remplacer le cadre des systèmes par des cadres de systèmes de transmission et de charpentes de transmission haute tension. On observe un changement dans le cadre des systèmes de protection destinés aux charpentes non protégées de transmission haute tension. Un remplacement des cadres de systèmes peut être opéré pour les charpentes de transmission haute tension. Les résultats de l’étude portant sur les systèmes de transmission haute tension ont mis en évidence des cadres de systèmes de protection. Ces systèmes peuvent évoluer vers des cadres de systèmes de protection dédiés à la transmission haute tension. Un changement s’opère au niveau des cadres de protection. Les cadres de systèmes non protégés intègrent une protection contre les hautes tensions. Les résultats obtenus concernent les systèmes de protection.
Équilibre entre la formabilité et la durée de vie en fatigue : analyse de l'acier au carbone AISI 1045 et des aciers inoxydables austénitique et martensitique (304 et 410)
L’AISI 304 présente une résistance ultime à la traction de 304 MPa et une ductilité de 40 %. En comparaison, l’AISI 1045 présente une résistance ultime à la traction de 850 MPa et une ductilité de 10 %. L’acier au carbone AISI 1045 possède une résistance à la traction et une dureté supérieures à celles de l’AISI 304. Toutefois, sa ductilité est nettement inférieure. Cette faible ductilité rend difficile la mise en forme à froid de l’AISI 1045, ce qui provoque des fissurations lors de la déformation. Cela signifie qu’il est difficile de plier ou de rouler ce matériau sans l’avoir préalablement chauffé. L’AISI 410 présente une dureté de HRC 40, mais il ne parvient tout de même pas à égaler la durée de vie en fatigue de l’acier inoxydable.
L'acier inoxydable AISI 410 est plus dur et plus fragile que l'acier inoxydable AISI 304, ce qui le rend moins polyvalent comparé aux nuances d'acier inoxydable mentionnées ci-dessus. En outre, l'acier inoxydable 410 peut être plus dur que l'acier au carbone AISI 1045, mais il présente également une durée de vie en fatigue inférieure à celle de l'acier inoxydable 304 et est moins soudable que l'acier au carbone AISI 1045, ce qui le rend moins polyvalent que les nuances d'acier inoxydable.
Fabrication et réduction des coûts : l'acier au carbone comme moyen de production à faible coût et à haut volume
Avantages en matière de soudabilité : préchauffage réduit et traitement thermique après soudage moins contraignant pour l'acier au carbone
La teneur typique faible en carbone de l'acier au carbone (< 0,3 %) permet de le souder très facilement, ce qui rend essentiellement inutile tout traitement thermique post-soudage et ne nécessite aucun préchauffage, ce qui le rend très pratique. Cela permet de réduire la consommation d'énergie et de raccourcir les délais du projet. Par rapport aux préchauffages et traitements post-soudage requis, l'utilisation de l'acier au carbone est considérée dans l'industrie comme étant 30 % plus performante que celle de l'acier inoxydable classique. Son inspection et sa production sont plus simples et plus efficaces, ce qui signifie que la consommation d'acier au carbone est nettement inférieure à celle de l'acier inoxydable.
Coût total de possession : économies à court terme sur les matériaux contre maintenance à long terme – exemples tirés des secteurs de la construction et de l'agriculture
L'acier au carbone coûte environ la moitié du prix de l'acier inoxydable lorsqu'on le mesure à la tonne. Cette différence de prix offre une certaine souplesse aux entreprises de construction pour réaliser des projets plus importants ou aux entreprises agricoles pour réaliser des projets plus modestes, avec une augmentation de 20 % de la production. Malheureusement, les entreprises de construction doivent faire face à des coûts globaux plus élevés en raison de l'ajout de gestionnaires spécialisés dans la limitation de la corrosion, dont les frais peuvent représenter entre 15 % et 25 % du coût total. Une durée de vie de 30 ans réduit les coûts totaux liés à la gestion de la corrosion à 12 % des coûts des projets de construction, contre une augmentation initiale de 40 % des coûts. Répéter ce processus sur les éléments de structure retirés et déplacer les éléments de construction d’un bâtiment à un autre révèle un avantage économique significatif pour les entreprises de construction réalisant des projets dans des domaines à courte durée, selon l’étude sur les coûts de la corrosion publiée en 2023 par NACE International. La gestion de la corrosion est synonyme de projets de construction dans les domaines agricoles.
FAQ
Pourquoi l'acier au carbone corrode-t-il ?
En raison des niveaux élevés d'humidité et d'humidité ambiante, la teneur en carbone de l'acier rend l'acier au carbone fortement corrodable. Si la corrosion n'est pas maîtrisée en raison de la présence élevée d'oxygène dans les matériaux corrodables, l'acier au carbone est plus sensible à l'oxydation.
Pourquoi devons-nous prendre des mesures pour prévenir la corrosion de l'acier au carbone ?
L'oxydation et la corrosion ultérieure de l'acier au carbone ne peuvent pas être limitées à une couche formant une couche passivante, contrairement à l'acier inoxydable ; par conséquent, la corrosion et l'oxydation de l'acier au carbone sont continues.
Dans quels cas la corrosion de l'acier au carbone constitue-t-elle un sujet de préoccupation ?
Ces cas se produisent dans des systèmes à courte durée de vie, à service limité ou destinés à une utilisation intérieure, où les systèmes de gestion de la corrosion doivent être limités afin de bénéficier d'un avantage économique.