Marine

Les alliages de cuivre pour les applications marines : des performances éprouvées pour les utilisations en contact avec l’eau de mer, des matériaux durables connus depuis longtemps pour leur fiabilité.

En raison de leurs multiples propriétés, les alliages de cuivre sont largement utilisés depuis de nombreuses années dans les environnements marins pour des applications telles que les canalisations, les hélices, les vannes, les pompes ou les tubes d’échangeur de chaleur : résistance à la corrosion, durabilité, conductivité thermique, facilité de mise en œuvre et faible susceptibilité vis-à-vis de la fixation d’organismes marins.

Les alliages de cuivre offrent une gamme de matériaux adaptés à différentes conceptions, techniques de fabrication, applications ou environnements d’exploitation. Ils sont regroupés en plusieurs familles :

  • Le cuivre
  • Les cupro-nickels
  • Les bronzes
  • Les laitons
  • Les cuivre-bérylliums

Le cuivre

En plus de ses conductivités thermique et électrique élevées, le cuivre dispose d’une bonne résistance à la corrosion dans les atmosphères marines et l’eau de mer et est très peu sensible à la corrosion par piqûres ou fissuration.

Plus d’informations sur les propriétés du cuivre

Matériau Applications Propriétés
Cuivre
  • Canalisation d’eau de mer
  • Échangeurs thermiques
  • Conduites de carburant
  • Fixations
  • Limite élastique à 0,2 % 50-340 N / mm²
  • Résistance à la traction 200-400 N / mm²
  • Conductivités thermique et électrique élevée
  • Bonne résistance à la corrosion en milieu marin et atmosphère eau de mer
  • Faible sensibilité à la fixation des algues marines, mollusques et crustacés

Les curpo-nickels

L’ajout de nickel (30 % dans un alliage 70/30, 10 % dans un alliage 90/10) améliore la résistance mécanique, la durabilité ainsi que la résistance à la corrosion et à l’érosion dans les eaux naturelles, l’eau de mer, les eaux saumâtres et les eaux traitées. Ces alliages présentent également une excellente résistance à la corrosion par fissuration sous contrainte et à la fatigue par corrosion dans l’eau de mer.

Les deux alliages principaux contiennent des ajouts faibles mais indispensables en fer et en manganèse, qui sont utilisés pour obtenir la meilleure combinaison de résistance à la circulation d’eau de mer et à la corrosion.

Les alliages à forte teneur en nickel et ceux contenant du chrome, de l’aluminium ou de l’étain sont utilisés lorsqu’une plus grande résistance aux conditions d’écoulement, à l’abrasion par le sable, à l’usure et au grippage sont nécessaires, ainsi que des propriétés mécaniques ou une aptitude au moulage plus élevées.

Plus d’informations sur les cupro-nickels

Site dédié (en anglais)

Allaige Applications Propriétés
Cupro-nickels  (70/30, 90/10)
  • Systèmes de refroidissement et d’incendie à l’eau de mer
  • Échangeurs thermiques
  • Condenseurs et canalisations
  • Revêtement de pilier et de colonne montante de la plateforme en mer
  • Unités de dessalement multi flash (MSF)
  • Cages d’aquaculture
  • Coques de bateau
  • Limite élastique à 0,2 % 100-450 N / mm²
  • Résistance à la traction 290-520 N / mm²
  • Haute résistance à la corrosion. Canalisations  généralement utilisées jusqu’à 100°C
  • Bonne conductivité thermique
  • Ductile
  • Soudable
  • Faible sensibilité à la fixation des algues marines, des mollusques et crustacés
Cupro-nickels avec addition de chrome
  • Tube de condensateur écroui
  • Pompe à eau de mer et composants de vannes
Cupro-nickels haute résistance Cu-Ni-Al
  • Arbres et coussinets
  • Boulonnage, garnitures de pompe et de vanne
  • Engrenages
  • Attaches
  • Limite élastique à 0,2 % 400-630 N / mm²
  • Résistance à la traction 710-850 N / mm²
  • Peut être durci par précipitation
  • Bonne résistance à la corrosion
  • Haute résistance
  • Capacité de portance et propriétés anti-grippantes
  • Faible sensibilité à la fixation des algues marines, des mollusques et crustacés
Cu-Ni-Sn
  • Roulements
  • Composants de forage
  • Connecteurs sous-marins
  • Tiges de vérin et écrous de levage
  • Dispositifs de verrouillage de collecteurs sous-marins et de robots sous-marins
  • Composants de pompe à eau de mer
  • Limite élastique à 0,2 % 620-1030 N / mm²
  • Résistance à la traction 825-1100 N / mm²
  • Bonne résistance à la corrosion
  • Haute résistance
  • Capacité de portance et propriétés anti-grippantes
  • Faible sensibilité à la fixation des algues marines, des mollusques et crustacés

Les bronzes

Traditionnellement, les alliages composés de cuivre et d’étain sont associés au mot «bronze». Aujourd’hui, le terme fait également référence à des alliages de cuivre-étain avec des éléments d’addition supplémentaires permettant d’améliorer la résistance, tels que des alliages de cuivre-étain-zinc (bronzes chrysocale) et des alliages de cuivre-étain-phosphore (bronzes phosphoreux). Il est important de noter que le terme peut également désigner les alliages de cuivre qui ne contiennent pas d’addition d’étain, mais sont réputés pour détenir les caractéristiques associées au mot bronze, notamment les cupro-silicium (bronzes au silicium) et cupro-aluminium (bronzes d’aluminium). Par rapport aux laitons, les bronzes ont une résistance supérieure à la corrosion sous contrainte par fissuration due à l’ammoniac.

Plus d’informations sur les bronzes

Alliage Applications Propriétés
Bronzes phosphoreux (moulés et corroyés)
  • Ressorts
  • Roulements
  • Engrenages
  • Fixations
  • Barres
  • Glissières
  • Limite élastique à 0,2 % 170-1000 N / mm²
  • Résistance à la traction 390-1100 N / mm²
  • Bonne résistance à la corrosion et à la formation de piqûres
Cupro-siliciums
  • Fixations – vis, écrous, boulons, rondelles, goupilles, tirefonds et agrafes
  • Limite élastique à 0,2 % 200-890 N / mm²
  • Résistance à la traction 380-900 N / mm²
  • Très bonne résistance à la corrosion et à la corrosion sous contrainte
Cupro-aluminiums
  • Vanne eau de mer
  • Pompes
  • Valves
  • Bagues
  • Limite élastique à 0,2 % 280-680 N / mm²
  • Résistance à la traction 600-850 N / mm²
  • Excellente résistance à la cavitation
  • Structure métallurgique complexe nécessitant un traitement approprié
Cupro-aluminium-nickels  (moulés et corroyés)

 

  • Hélices et arbres
  • Pompes
  • Vannes
  • Bagues et roulements
  • Attaches
  • Plaques de tube en titane dans les condenseurs
  • Limite élastique à 0,2 % 280-680 N / mm²
  • Résistance à la traction 600-850 N / mm²
  • Excellente résistance à la cavitation
  • Structure métallurgique complexe nécessitant un traitement approprié
Cupro-aluminium-silicium
  • Composants pour le déminage
  • Comme ci-dessus, plus faible perméabilité magnétique
Bronzes chrysocales avec addition de plomb (moulés)
  • Pompes
  • Vannes
  • Tubes de poupe
  • Accessoires de pont
  • Engrenages et roulements
  • Bollards
  • Chaumards
  • Le plomb peut assurer l’étanchéité à la pression des vannes et des pompes
  • Non sujet à la dézincification, à la corrosion sous contrainte à l’ammoniac, à la corrosion par piqûres

Les laitons

Les alliages de cuivre et zinc sont communément appelés «laitons» et comportent souvent de petites quantités d’autres éléments additionnels afin d’améliorer leurs propriétés : l’étain ou l’aluminium pour améliorer la résistance à la corrosion, l’arsenic pour empêcher la dézincification, favoriser l’étanchéité ou l’usinage. Leur résistance augmente avec la teneur en zinc et avec certains éléments d’alliage spécifiques.

Plus d’informations sur les laitons

Alliage Applications Propriétés
Laitons additionnés d’aluminium
  • Canalisations d’eau de mer
  • Limite élastique à 0,2 % 120-380 N/mm²
  • Résistance à la traction 280-580 N/mm²
  • Robuste, plus ductile que le cuivre
  • Susceptible de dézincification : peut être contrôlé par un alliage non dézincifiable ou une protection cathodique
  • Sensible à la fissuration par corrosion sous contrainte en présence d’ammoniac, en particulier dans les atmosphères marines. Peut être évité en éliminant le stress et, une fois immergé, en utilisant une protection cathodique
  • Les laitons à l’aluminium contiennent des éléments similaires à ceux utilisés pour empêcher la dézincification.
  • L’étain additionné dans les laitons ralentira également la dézincification
  • Le laiton à haute résistance (pouvant être aussi appelé bronze au manganèse) nécessite une protection cathodique pour éviter la dézincification
Laitons additionnés d’étain
  • Plaques tubulaires
Laitons additionnés d’aluminium, de nickel et de silicium
  • Lignes hydrauliques, pneumatiques et instruments
Laitons non dézincifiables
  • Garnitures de coque
Laitons haute résistance (HR) additionnés de manganèse (moulés et corroyés)
  • Hélices
  • Arbres de transmission
  • Accessoires de pont
  • Treuils
UR 30TM (marque déposée)
  • Cages d’aquaculture

Le cuivre au béryllium

Le cuivre-béryllium présente une résistance mécanique élevée, une résistance à la corrosion et une résistance au grippage, il est insensible à la fragilisation par l’hydrogène et à la corrosion par fissuration sous contrainte induite par les chlorures.

Plus d’informations sur les cuivres faiblement alliés

Alliage Applications Propriétés
Cupro-béryllium
  • Ressorts
  • Composants de forage
  • Connecteurs sous-marins
  • Actionneurs
  • Anneaux de verrouillage
  • Noix pour le levage
  • Vannes
  • Limite élastique à 0,2 % 200-1300 N/mm²
  • Résistance à la traction 410-1400 N/mm²
  • À l’état trempé, peut atteindre la résistance maximale parmi tous les alliage de cuivre
  • Faibles taux de corrosion
  • Résistance élevée au grippage
  • Faible sensibilité à la fixation des algues marines, des mollusques et crustacés

Alliages de cuivre pour les environnements marins

Copper Alloys for Marine Environments est une publication en anglais qui fournit aux spécialistes une connaissance approfondie des alliages de cuivre couramment utilisés dans les applications marines. Elle donne un aperçu de la gamme des alliages et de leurs propriétés, avec des références et des sources d’informations complémentaires.

Copper Alloys for Marine Environments

Alliages de cuivre et eau de mer : éviter les désordres

Copper Alloys in Seawater: Avoidance of Corrosion est une publication en anglais qui fournit aux spécialistes des conseils pratiques pour éviter la corrosion des alliages de cuivre dans les applications particulières en eau de mer.

Depuis de nombreuses années, les alliages de cuivre sont largement utilisés dans les applications liées à l’eau de mer et les saumures, par exemple dans les usines de dessalement thermique, avec généralement d’excellents résultats.

Il arrive parfois que des désordres surviennent. Mais dans de nombreux cas, ils pourraient être évités en suivant quelques recommandations simples, en choisissant des alliages de cuivre alternatifs ou en utilisant une option préventive. Cette publication couvre les types de corrosion les plus courants et présente des méthodes simples pour les éviter. À condition de les mettre en œuvre au stade de la conception, les désordres peuvent être évités, entraînant des économies sur le long terme.

Le guide a été écrit principalement pour les professionnels du secteur marin, de la mécanique ou d’autres spécialistes qui doivent choisir des matériaux de construction tout en prévenant les phénomènes de corrosion.

FAQ

Quel alliage de cuivre a la meilleure résistance à la corrosion dans l'eau de mer ?

Différents alliages de cuivre présentent des atouts particuliers dans les conditions particulières liées à l’eau de mer mais, dans l’ensemble, le cuivre-nickel 90/10 présente une excellente résistance à la corrosion dans de nombreuses applications et est probablement le plus polyvalent. Le site web www.coppernickel.org propose une description détaillée des propriétés et des applications de cet alliage de cupro-nickel ainsi que d’autres alliages très utilisés. Les alliages de bronze en particulier ceux contenant du nickel et / ou de l’aluminium sont également reconnus pour leur résistance à la corrosion dans les conditions difficiles et ont des applications reconnues dans la fabrication des hélices, pompes et vannes.

Les curpo-nickels 90/10 et 70/30 sont-ils sensibles à la fissuration par corrosion sous contrainte ?

Ces alliages sont insensibles à la corrosion sous contrainte en présence de chlorures ou de sulfures. Ils ont une résistance élevée à la corrosion sous contrainte ammoniacale par rapport aux autres alliages de cuivre et ne nécessitent pas de recuit de détente pour le service en eau de mer.

Les alliages de cupro-nickels sont-ils sensibles à la fixation d'organismes marins dans l'eau de mer ?

Ces alliages peuvent abriter des boues, mais la fixation d’organismes, tels que les algues marines, les mollusques et crustacés, est altérée. Si ceux-ci se fixent dans des conditions calmes, l’adhérence est médiocre et ils peuvent être facilement éliminés mécaniquement.

Quelle est la meilleure préconisation d’alliage pour un roulement difficile d’accès (et donc sans entretien) dans une charnière de porte d'écluse située sous l'eau ?

Des roulements en bronze à l’étain auront la résistance à la corrosion requise. Ils sont disponibles avec des cages soigneusement usinées et remplies d’un lubrifiant solide constitué de graphite et d’huile. Pendant le service, un mince film de lubrifiant se forme au fur et à mesure de l’usure du roulement.

Comment éviter la corrosion (ou la coloration) de composants en bronze d'aluminium usinés qui doivent être emballés dans des caisses en bois pour être expédiés ?

Le point essentiel est de bien nettoyer, de parfaitement sécher, de protéger et de garder au sec:

  1. Après le nettoyage, séchez soigneusement à l’aide d’un liquide déshydratant tel que le WD40.
  2. Enlevez l’eau déplacée avec un flux d’air chaud.
  3. Enduire d’un revêtement protecteur tel qu’un inhibiteur au benzotriazole ou un copolymère séquencé.
  4. Emballer dans des boîtes en bois doublées de papier traité au benzotriazole. Des granules absorbant l’humidité peuvent également être utilisées pour garder l’air sec à l’intérieur des contenants.
  5. Enlevez les revêtements avec une solution à base de phosphore.

6. Séchez soigneusement.

Des tubes en cupro-nickel ont été fortement ternis (vert). Est-il possible de les nettoyer ?

Si l’oxyde est tenace, un sablage peut être nécessaire. Il devrait être suivi d’un marinage dans une solution chaude d’acide sulfurique à 5-10% contenant 0,35 g / litre de bichromate de potassium. Les tubes décapés doivent être soigneusement rincés à l’eau douce chaude et enfin séchés à l’air chaud.

Quelles sont les températures critiques de corrosion par piqûres et de fissuration pour les cupro-nickels dans des environnements contenant des chlorures ?

Les cupro-nickels ne se comportent pas de la même manière que les aciers inoxydables vis-à-vis de la corrosion par les chlorures et ces paramètres ne leur sont pas applicables. Ils n’ont pas de limite de température critique.

Quelle nuance de laiton utiliser pour des tubes soumis au brouillard salin et employés dans une raffinerie de pétrole ?

Utiliser un laiton au plomb résistant à la corrosion tel que CuZn36Sn1Pb (CW 712R).

À quels types de corrosion les cupro-nickels sont-ils sensibles ?

Il est important de respecter les recommandations de vitesse maximale d’écoulement dans les canalisations et les unités échangeur / condenseur, car des vitesses trop élevées peuvent provoquer une érosion par cavitation. L’exposition aux sulfures et à l’ammoniac dans l’eau de mer polluée peut entraîner des phénomènes de piqûres. Il est donc important d’éviter ces conditions, en particulier lors de la mise en service et de la mise en veille.