duplex

En métallurgie, le duplex désigne un acier inoxydable ou un alliage de nickel composé de proportions à peu près égales de deux phases cristallines distinctes: l'austénite et la ferrite. Cette microstructure biphasée, généralement obtenue par un refroidissement contrôlé et un équilibrage de la composition, confère aux aciers inoxydables duplex des propriétés qu'aucune phase ne possède seule. Les nuances duplex courantes contiennent 22, 26 % de chrome, 5, 8 % de nickel et 3, 5 % de molybdène, avec de l'azote ajouté pour stabiliser l'austénite et renforcer l'acier.

La structure duplex offre une combinaison pratique de résistance et de tenue à la corrosion. La limite d'élasticité à la traction varie généralement de 450 à 550 MPa, soit environ le double de celle de l'acier inoxydable austénitique standard 304. Les valeurs de l'indice de résistance à la piqûre (PREN) atteignent 35 ou plus dans les nuances duplex allégées et dépassent 40 dans les formulations super-duplex, ce qui rend ces alliages adaptés aux environnements marins et aux milieux industriels contenant des chlorures où les aciers austénitiques monophasés échouent.

Variantes et applications

Les aciers duplex allégés (22 % de chrome, ~3 % de molybdène) équilibrent coût et performance pour les usines de pâte à papier, les stations d'épuration et les échangeurs de chaleur. Les nuances super-duplex (25, 26 % de chrome, 4, 5 % de molybdène) sont utilisées pour les équipements sous-marins pétroliers et gaziers, les tuyauteries corrosives à haute température et les usines de dessalement. Des variantes hyper-duplex existent pour les environnements extrêmes, mais sont rares en production.

Le défi de la métallurgie duplex réside dans le soudage et le traitement thermique. Un refroidissement rapide favorise la ferrite par rapport à l'austénite, laissant des phases ferritiques fragiles et réduisant la ténacité. La phase intermétallique sigma peut précipiter au-dessus de 700 °C, rendant le métal cassant. Un apport de chaleur contrôlé, un préchauffage et un recuit post-soudage autour de 1080 °C sont essentiels. L'écrouissage et le recuit en solution nécessitent également une grande précision pour maintenir l'équilibre de phase souhaité.

L'acier inoxydable duplex est entré en usage industriel dans les années 1930, mais est resté une niche jusqu'aux années 1970, lorsque les avancées dans l'alliage à l'azote et les pratiques de soudage ont rendu la production fiable. Le nom reflète directement la microstructure: deux structures cristallines distinctes visibles au microscope optique, chacune occupant environ la moitié du volume. Cela contraste avec les aciers inoxydables austénitiques, qui sont monophasés, et les aciers inoxydables ferritiques, qui sont également monophasés. Les alliages duplex occupent un juste milieu et ont conquis une part croissante du marché des aciers inoxydables résistants à la corrosion, en particulier dans les secteurs offshore et du dessalement.