Les aciers résistants aux hautes températures et au fluage sont utilisés à des températures allant jusqu'à 650 °C [1202.0°F], sont principalement alliés au chrome, au molybdène, au vanadium, au tungstène et au niobium et présentent une résistance élevée à la corrosion à haute température. La précipitation stable des éléments d'alliage se traduit par une résistance élevée à l'écrasement. L'utilisation de ce groupe d'aciers est étroitement liée au développement de la technologie de l'énergie.
“Les aciers résistants à la chaleur et à haute température sont des matériaux métalliques qui peuvent être utilisés à des températures plus élevées et qui présentent une grande stabilité contre le fluage plastique lié à la température et les modifications des propriétés du matériau. La température maximale d’utilisation se situe entre 400 et 620 °C environ ; dans la plage de température supérieure, on parle d’aciers à haute température. Les aciers résistants à la chaleur et à haute température doivent pouvoir supporter les charges mécaniques les plus élevées possibles à des températures élevées et présenter une résistance suffisante à la corrosion à haute température. Le critère d’évaluation de la résistance à des températures élevées est, par exemple, la limite de déformation de 1 % dans le temps Rp1/1000. La limite de déformation dans le temps de 1% Rp1/1000 indique la contrainte à laquelle une déformation permanente de 1% est présente après 1000 heures.
Alors que les résistances mécaniques des aciers conventionnels non alliés diminuent considérablement avec l’augmentation de la température de fonctionnement, les propriétés de résistance des aciers résistants à la chaleur sont considérablement améliorées à des températures plus élevées grâce à des mesures d’alliage. Les aciers sont principalement alliés au chrome, au molybdène, au vanadium et au tungstène, ce qui leur confère une bonne résistance au fluage et une stabilité structurelle suffisante.
Le choix des aciers dépend de leur température de fonctionnement, des contraintes mécaniques, du domaine d’application et de l’utilisation prévue. Le groupe des aciers résistants à la chaleur et à haute température comprend de nombreux types d’acier différents.
Les aciers faiblement alliés et résistants à la chaleur pour des températures d’application dans la plage de température inférieure sont utilisés à l’état normalisé ou martensitique-baïnitique trempé et revenu. Ces aciers sont renforcés par des carbures et des carbonitrures des éléments Cr, Mo, W, V et Nb.
Les aciers à haute température destinés à être utilisés dans la plage de température supérieure contiennent 9 à 12 % de Cr et sont trempés et revenus. Ces aciers sont également renforcés par des carbures et des carbonitrures de Cr, Mo, W, W et Nb. Cependant, grâce à un alliage spécial et à un traitement thermique, on obtient des précipités plus stables thermiquement, principalement des carbonitrures de Nb et une meilleure résistance à l’écaillage.
Lorsque les précipités deviennent progressivement plus grossiers ou se dissolvent à nouveau sous l’effet des contraintes de fluage, le mécanisme de renforcement perd de son efficacité et il existe une température limite supérieure pour l’application des aciers normalisés ou des aciers trempés et revenus. Les aciers austénitiques à base de Cr-Ni présentent une résistance au fluage nettement plus élevée à des températures supérieures à 600°C et sont parfois utilisés semi-trempés ou trempés par précipitation.
L’application des aciers résistants à la chaleur et à haute température est étroitement liée au développement de la technologie énergétique et concerne les turbines à vapeur et à gaz, la pétrochimie et, par exemple, les soupapes des moteurs à combustion. Les aciers sont sélectionnés en fonction de la conception thermique, en tenant compte de l’efficacité économique. Pour les charges thermiques les plus élevées, il est parfois nécessaire d’utiliser des alliages à base de nickel.”