Methodes de decapage pour l`acier inoxydable duplex

Bulletin Technique
Numéro de série: 2005/20
Décembre 2005
METHODES DE DECAPAGE POUR L’ACIER INOXYDABLE DUPLEX
L’acier inoxydable duplex a surtout des applications dans les
industries chimiques, pétrochimiques et offshore, à cause de
ses propriétés de haute résistance à la corrosion et ses
propriétés mécaniques. De par cette haute résistance à
plusieurs types de corrosion, particulièrement corrosion de
tension, on préfèrera l’acier inoxydable duplex à l’acier
inoxydable austénitique.
L’expérience prouve néanmoins que tenu compte de certaines
circonstances d’environnement le Duplex devient sensible à la
corrosion de tension. Surtout s’il y a question de hautes
températures en combinaison avec des chlorures et une
valeur pH basse. La résistance à la corrosion du Duplex, de
même que pour les aciers chromiques de haut alliage, est
déterminée par la présence d’une peau d’oxydes de chrome
formée par la réaction du chrome avec l’oxygène dans l’air.
Cet oxyde de chrome est solide, passif et homogène. Ce film
passif protège ainsi les matériaux en-dessous.
Cette peau d’oxyde de chrome peut être dérangée par la
présence de souillures à la surface et la présence d’oxydes thermiques en particulier. Lors de manipulations comme
le soudage et la recuite, les oxydes thermiques sont formés. Les oxydes thermiques n’adhèrent pas aux matériaux
en-dessous, sont poreux et dérangent la formation d’une peau d’oxydes de chrome passive. De ce fait les matériaux
en-dessous ne sont pas protégés localement, et la résistance à la corrosion des matériaux est ainsi diminuée.
Traitement de la surface
Un traitement de la surface sera nécessaire afin d’éliminer ces oxydes thermiques indésirables de l’acier
inoxydable. Le traitement d’usage sera le traitement de surface chimique. Il est connu qu’après le processus de
décapage chimique de l’acier inoxydable (et Duplex) la résistance à la corrosion est complètement rétablie. Toutes
les souillures fâcheuses, comme les oxydes thermiques et les particules de fer étranger, sont enlevés par le
traitement de décapage. Ainsi une peau d’oxyde de chrome pourra être formée à l’air. Le processus de décapage
standard consiste en un traitement de l’acier inoxydable avec un mélange d’acide nitrique et acide d’hydrogène de
fluor.
Des examens ont prouvé que l’enlèvement des oxydes thermiques de l’acier inoxydable Duplex par les processus
de décapage conventionnels à base d’acide nitrique et acide d’hydrogène de fluor, n’est pas assez rapide. Surtout si
ces oxydes thermiques sont en provenance du processus de recuite des conduites en Duplex, par exemple lors du
pliage. En plus, des exhalaisons d’oxydes d’azote fâcheux (NOx) peuvent apparaître dues à la réaction chimique de
l’acier nitrique lors du processus de décapage. Certains produits chimiques, appelés accélérateurs, peuvent être
ajoutés à un bain conventionnel pour éviter la formation des exhalaisons NOx . Les accélérateurs réagissent lors du
processus de décapage avec les produits de décomposition de la réaction de décapage. Ainsi l’acide nitrique se
forme à nouveau partiellement et l’azote inerte apparaît. La concentration de l’acide diminue moins vite et par la
formation du gaz azoté, lors du décapage, une micro-agitation est créée. Par cette forme d’agitation le liquide de
décapage est renouvelée plus rapidement à la surface de l’acier inoxydable, à l’aide du liquide de décapage en
masse. L’action des accélérateurs est double: I. Diminution du temps de décapage et II. Diminution de l’émanation
NOx.
Décapage sans acide nitrique.
Une autre technique consiste dans le décapage sans acide nitrique. Dans ce cas l’acide nitrique, qui a une action
oxydante et fait office de donneur d’acide, est remplacé par un mélange de peroxyde d’hydrogène et d’acide
sulfurique.
Pour les méthodes de décapage sans acide nitrique, un certain nombre de paramètres sont importants pour le bon
fonctionnement du bain. Le fer dissout peut être présent comme ion dans le liquide de décapage sous forme binaire
(Fe2+) et triple (Fe3+) . Le fer triple participe au processus de décapage et sera converti en fer binaire. Cette réaction
a lieu lors d’un certain potentiel, qui est obtenu par la présence de peroxyde d’hydrogène. Le peroxyde d’hydrogène
a comme fonction secondaire la conversion du fer binaire en fer triple. Etant donné la longévité restreinte du
peroxyde d’hydrogène en milieu acide, des stabilisateurs de peroxyde d’hydrogène seront nécessaires. Malgré
l’ajoute de stabilisateurs il est nécessaire de doser régulièrement le peroxyde d’hydrogène, par la consommation
durant le processus de décapage. L’entretien d’un tel bain est nettement plus intensif qu’un bain conventionnel, où
l’on détermine de façon régulière la saturation des acides et les métaux dissous.
La vitesse de la corrosion, ou diminution des matériaux par surface déterminée dans un temps précis, est
déterminante pour l’action du processus de décapage. Une forte diminution des matériaux signifie un temps de
décapage court. Différents tests ont été exécutés sur pulse MIG soudé AISI 316L et TIG acier inoxydable Duplex
1.4462 . Les résultats sont repris dans le tableau 1.
L’analyse des liquides de décapage démontre également que les métaux dissous augmentés dans le liquide de
décapage (fer, chrome et nickel) sont, dans certaines proportions, présents dans les différents liquides de
décapage. L’on constate dans le liquide de décapage conventionnel, outre l’augmentation de la concentration en
fer, un accroissement proportionnel de concentration en chrome et en nickel. Dans les liquides de décapage à base
d’acide sulfurique/peroxyde d’hydrogène l’accroissement de la concentration en chrome et en nickel est nettement
inférieure. La méthode de décapage à l’aide de l’acide sulfurique enlèvera, sous l’influence du fer triple,
principalement les oxydes fâcheux et « attaquera chimiquement » les matériaux de base dans une moindre mesure.
Ceci explique directement la différence visuelle de l’acier inoxydable décapé en comparant les deux méthodes. Des
mesurages de la rugosité de la surface confirment ces constatations.
Tableau 1: Diminution des matériaux pour les différentes méthodes de décapage.
Type matériaux acier
inox décapé
acide nitrique et
acide d’hydrogène
HF/HNO3
avec accélérateurs
Sans acide nitrique
HF/H2O2/ H2SO4
Duplex (1.4462)
Diminution en g/m2/24h
5,2
5,6
17
AISI 316L (1.4404)
Diminution en g/m2/24h
132
275
127
Déchets
Dans un liquide de décapage à base d’acide sulfurique la teneur en fer sera plus haute avant que la saturation ne
se produise et que le bain doive être renouvelé. Si cela est le cas pour des bains contenant de l’acide nitrique lors
d’une valeur d’environ 25 g/l fer, ceci peut s’élever jusqu’à 100 g/l fer pour des bains contenant de l’acide sulfurique.
Ceci provient du fait que les ions de fer, comme mentionné plus haut, participent au processus de décapage. Le
temps de pose d’un bain de décapage contenant de l’acide sulfurique sera donc en moyenne 4 fois plus long.
Pendant la transformation on devra tenir compte du fait que cette haute concentration en fer nécessitera beaucoup
de produit de neutralisation sous forme de chaux. Pendant ce processus de neutralisation, du plâtre (sulfate de
chaux) se formera également, d’où plus de dépôt par rapport au traitement dans un bain contenant de l’acide
nitrique. Pour le traitement des eaux résiduelles on devra tenir compte des sulfates, étant donné que les règlements
d’évacuation pour ces sulfates sont très sévères. La neutralisation des flux contenant des sulfates à l’aide de chaux
(hydroxyde de chaux) ne sera pas toujours suffisante pour subvenir à ces règlements et des additifs seront
nécessaires pour y répondre.
Conclusions
L’enlèvement de la peau calcinée des tuyaux Duplex se fait nettement plus rapidement avec la méthode développée
sans acide nitrique, en comparaison avec les produits de décapage conventionnels. Autres types d’acier inoxydable
austénitique peuvent être décapés avec cette méthode. Cette méthode offre une alternative aux processus de
décapage si l’expulsion d’oxydes d’azote, par les produits de décapage contenant de l’acide nitrique pose un
problème. Malgré certains grands avantages du décapage de l’acier inoxydable à base d’acide sulfurique/peroxyde
d’hydrogène, cette méthode présente certains désavantage par rapport à la méthode conventionnelle. Les frais
d’achat et de traitement sont plus élevés, et le bain nécessite plus d’entretien. Et, bien que des oxydes d’azote ne
puissent plus être formés par la méthode alternative, on travaille toujours avec une très forte solution acide.
Tableau 2: Comparaison des méthodes de décapage de l’acier inoxydable
Méthode sans acide nitrique
Frais d’achat
Méthode conventionnel
HF/HNO3
Relativement bas
Frais traitement déchets
Relativement bas
Ca. 3 x conventionnel
Neutralisation/eau de rinçage
A traiter avec hydroxyde de chaux
Outre l’hydroxyde de chaux, autres additifs
nécessaires
Fréquence d’analyse
Mensuellement ou moi ns
Hebdomadairement
Indication temps de pose
Ca. 1-2 ans
Ca. 4-10 ans
Aspect extérieur après décapage
Mat, argenté rugueux
Moins mat
Milieu / Arbo / Sécurité
Vapeurs NOx et HF
Vapeurs SO42- et HF travailler avec peroxyde
Auteur: dhr. T. van Os (Hoofd Laboratorium)
Reacties en/of vragen: e-mail: [email protected] of telefoon: +31 (0)10-5930299
Ca. 3 x conventionnel