Le tuyau en acier inoxydable duplex est un type d'acier qui combine de nombreuses excellentes propriétés telles qu'une excellente résistance à la corrosion, une résistance élevée et une facilité de fabrication et de traitement. Leurs propriétés physiques se situent entre l’acier inoxydable austénitique et l’acier inoxydable ferritique, mais plus proches de l’acier inoxydable ferritique et de l’acier au carbone. La résistance aux piqûres de chlorure et à la corrosion caverneuse des tuyaux duplex en acier inoxydable est liée à leur teneur en chrome, molybdène, tungstène et azote. Il peut être similaire à l'acier inoxydable 316 ou supérieur à l'acier inoxydable à l'eau de mer tel que l'acier inoxydable austénitique à 6 % de Mo. La capacité de tous les tuyaux en acier inoxydable duplex à résister à la rupture par corrosion sous contrainte de chlorure est nettement plus forte que celle de l'acier inoxydable austénitique de la série 300, et sa résistance est également beaucoup supérieure à celle de l'acier inoxydable austénitique tout en présentant une bonne plasticité et une bonne ténacité.

Le tube duplex en acier inoxydable est appelé « duplex » car sa microstructure métallographique est composée de deux grains d'acier inoxydable, la ferrite et l'austénite. Dans l'image ci-dessous, la phase austénite jaune est entourée de la phase ferrite bleue. Lorsque le tuyau en acier inoxydable duplex fond, il se solidifie d'abord en une structure complète de ferrite lorsqu'il se solidifie à partir de l'état liquide. Lorsque le matériau refroidit à température ambiante, environ la moitié des grains de ferrite se transforment en grains d'austénite. Le résultat est qu'environ 50 % de la microstructure est constituée de phase austénite et 50 % de phase ferrite.

Le tuyau duplex en acier inoxydable a une microstructure biphasée d'austénite et de ferrite
Caractéristiques du tuyau duplex en acier inoxydable
01-Haute résistance : La résistance des tuyaux en acier inoxydable duplex est environ 2 fois supérieure à celle de l'acier inoxydable austénitique conventionnel ou de l'acier inoxydable ferritique. Cela permet aux concepteurs de réduire l'épaisseur des parois dans certaines applications.

02-Bonne ténacité et ductilité : Malgré la haute résistance des tuyaux en acier inoxydable duplex, ils présentent une bonne plasticité et ténacité. La ténacité et la ductilité des tuyaux en acier inoxydable duplex sont nettement meilleures que celles de l'acier inoxydable ferritique et de l'acier au carbone, et ils conservent toujours une bonne ténacité même à des températures très basses telles que -40°C/F. Mais il ne parvient toujours pas à atteindre le niveau d’excellence de l’acier inoxydable austénitique. Limites minimales de propriétés mécaniques pour les tuyaux duplex en acier inoxydable spécifiées par les normes ASTM et EN

03-Résistance à la corrosion : La résistance à la corrosion de l’acier inoxydable dépend principalement de sa composition chimique. Les tuyaux duplex en acier inoxydable présentent une résistance élevée à la corrosion dans la plupart des applications en raison de leur teneur élevée en chrome, favorable aux acides oxydants, et de quantités suffisantes de molybdène et de nickel pour résister à une réduction modérée de la corrosion dans les milieux acides. La capacité des tuyaux duplex en acier inoxydable à résister aux piqûres d’ions chlorure et à la corrosion caverneuse dépend de leur teneur en chrome, molybdène, tungstène et azote. Les teneurs relativement élevées en chrome, molybdène et azote des tuyaux en acier inoxydable duplex leur confèrent une bonne résistance aux piqûres de chlorure et à la corrosion caverneuse. Ils sont disponibles dans une gamme de différentes résistances à la corrosion, allant des nuances équivalentes à l'acier inoxydable 316, telles que les tuyaux en acier inoxydable duplex économiques 2101, aux nuances équivalentes à l'acier inoxydable à 6 % de molybdène, telles que SAF 2507. Les tuyaux en acier inoxydable duplex ont de très bonnes propriétés. résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC), qui est « héritée » du côté ferrite. La capacité de tous les tuyaux en acier inoxydable duplex à résister à la fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure est nettement meilleure que celle de l'acier inoxydable austénitique de la série 300. Les nuances d'acier inoxydable austénitique standard telles que 304 et 316 peuvent souffrir de fissuration par corrosion sous contrainte en présence d'ions chlorure, d'air humide et de températures élevées. Par conséquent, dans de nombreuses applications de l’industrie chimique où le risque de corrosion sous contrainte est plus élevé, des tuyaux en acier inoxydable duplex sont souvent utilisés à la place de l’acier inoxydable austénitique.

04-Propriétés physiques : Entre l'acier inoxydable austénitique et l'acier inoxydable ferritique, mais plus proche de l'acier inoxydable ferritique et de l'acier au carbone. On pense généralement que de bonnes performances peuvent être obtenues lorsque le rapport entre la phase ferrite et la phase austénitique dans les tuyaux en acier inoxydable duplex est de 30 % à 70 %. Cependant, les tuyaux duplex en acier inoxydable sont souvent considérés comme étant composés à peu près à moitié de ferrite et à moitié d'austénite. Dans la production commerciale actuelle, pour obtenir les meilleures caractéristiques de ténacité et de traitement, la proportion d'austénite est légèrement plus grande. L’interaction entre les principaux éléments d’alliage, notamment le chrome, le molybdène, l’azote et le nickel, est très complexe. Pour obtenir une structure biphasée stable et bénéfique à la transformation et à la fabrication, il faut veiller à ce que chaque élément ait un contenu approprié.

Outre l'équilibre des phases, la deuxième préoccupation majeure concernant les tuyaux en acier inoxydable duplex et leur composition chimique est la formation de phases intermétalliques nocives à des températures élevées. La phase σ et la phase χ se forment dans l'acier inoxydable à haute teneur en chrome et à haute teneur en molybdène et précipitent préférentiellement dans la phase ferrite. L'ajout d'azote retarde fortement la formation de ces phases. Il est donc important de maintenir une quantité suffisante d'azote dans la solution solide. À mesure que l’expérience dans la fabrication de tubes duplex en acier inoxydable augmente, l’importance de contrôler des plages de composition étroites est de plus en plus reconnue. La gamme de composition initialement définie pour les tuyaux en acier inoxydable duplex 2205 est trop large. L'expérience montre que pour obtenir la meilleure résistance à la corrosion et éviter la formation de phases intermétalliques, les teneurs en chrome, molybdène et azote du S31803 doivent être maintenues aux limites moyennes et supérieures de la plage de teneurs. Cela a conduit à l’amélioration de l’acier biphasé 2205 UNS S32205 avec une gamme de compositions étroite.