C 7-2/A

MX DCA - 00530_D_F - Rév. 4 13/04/2005
I - ÉLÉMENTS DE BASE DE LA CORROSION ............................................................................ 1
1 - Généralités ................................................................................................................................... 1
2 - Processus de la corrosion............................................................................................................ 1
3 - Aspect économique de la corrosion ............................................................................................. 3
4 - Influence de la corrosion dans le choix d’un matériau ................................................................. 4
II - TYPES DE CORROSION HUMIDE ET ÉTUDES DE CAS....................................................... 5
1 - La corrosion généralisée.............................................................................................................. 5
2 - La corrosion galvanique ............................................................................................................. 14
3 - La corrosion par crevasse.......................................................................................................... 18
4 - La corrosion par piqûres............................................................................................................. 21
5 - La corrosion intergranulaire ....................................................................................................... 24
6 - La corrosion sous contrainte ...................................................................................................... 28
7 - Tenue des matériaux sous calorifuge ........................................................................................ 39
8 - Épreuves hydrauliques............................................................................................................... 41
9 - La corrosion - érosion................................................................................................................. 42
10 - La corrosion bactérienne............................................................................................................ 45
11 - La corrosion par l’hydrogène...................................................................................................... 48
III - TYPES DE CORROSION SÈCHE (à haute température) ...................................................... 53
1 - Décarburation et attaque par l’hydrogène .................................................................................. 53
2 - Corrosion par les gaz, fumées et vapeurs d’eau........................................................................ 57
3 - Corrosion par le soufre à haute température ............................................................................. 60
4 - Corrosion par les acides naphténiques...................................................................................... 63
IV - MOYENS DE PROTECTION................................................................................................... 64
1 - Conception des équipements..................................................................................................... 64
2 - Les inhibiteurs de corrosion ....................................................................................................... 67
3 - Les revêtements......................................................................................................................... 67
4 - La protection anodique............................................................................................................... 68
5 - La protection cathodique............................................................................................................ 69
6 - Examens non destructifs............................................................................................................ 70
Connaissance et Maîtrise des Phénomènes Physiques et Chimiques
MATÉRIAUX MÉTALLIQUES - CORROSION INDUSTRIELLE
APPAREILS À PRESSION
CORROSION DES MÉTAUX
C
C7
7-
-2 2/ /A A
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Trainin
g
Ce document comporte 72 pages
Ingénieurs en
Sécurité Industrielle

00530_D_F
1
I - ÉLÉMENTS DE BASE DE LA CORROSION
1 - GÉNÉRALITÉS
La corrosion est le phénomène de dégradation le plus répandu dans les unités de procédés.
Il est à l’origine de la majorité des défaillances d’équipements sous pression.
On estime que la corrosion détruit un quart de la production annuelle mondiale d’acier, ce qui
représente environ 150 millions de tonnes par an ou encore 5 tonnes par seconde. Or, la corrosion ne
se limite pas à l’acier, mais affecte tous les métaux ainsi que les polymères et céramiques. Elle résulte
d’interactions chimiques et/ou physiques entre le matériau et son environnement. Voici quelques
exemples de phénomènes de corrosion :
- transformation de l’acier en rouille
- fissuration d’un laiton en présence d’ammoniac
- oxydation d’un contact électrique en cuivre
- fragilisation par l’hydrogène d’un acier à haute résistance
- corrosion à chaud d’un superalliage dans une turbine à gaz
- gonflement du polyéthylène en contact avec un solvant
- dégradation du PVC par le rayonnement ultraviolet
- attaque d’un tuyau en nylon par un acide oxydant
- attaque des briques réfractaires par les laitiers
- attaque d’un verre minéral par une solution alcaline
La corrosion est une réaction interfaciale irréversible d’un matériau avec son environnement, qui
implique une consommation du matériau ou une dissolution dans le matériau d’une composante de
l’environnement. Cette définition inclut les effets positifs de la corrosion ainsi que l’absorption d’une
composante de l’environnement sans consommation du matériau. L’absorption de l’hydrogène par
l’acier est, par exemple considérée comme une réaction de corrosion.
Pour cette raison, on distingue la corrosion humide, ou corrosion à température ambiante, de la
corrosion sèche, ou corrosion à haute température.
2 - RÉACTIONS ÉLECTROCHIMIQUES DE LA CORROSION
Réduction
oxydation
Uniforme
Corrosion uniforme et corrosion localisée d'un métal
Localisée
Réduction
Oxydation
D MAC 1196 A
C
C7
7-
-2 2/ /A A
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Trainin
g

00530_D_F
2
Oxydants
En corrosion humide, les deux principaux oxydants rencontrés en pratique sont :
- les protons solvatés
- l’oxygène dissous
Pourtant, d’autres oxydants peuvent aussi corroder les métaux, tels que :
- des cations métalliques oxydants : Cu2+, Fe3+, Sn4+
- des anions oxydants : NO2–, NO3–, CrO
2–
4, MnO4–, OCl–
- des gaz oxydants dissous : O3, Cl2, SO3
À haute température, certaines substances chimiques, normalement inoffensives, deviennent
corrosives. Parmi les oxydants responsables de la corrosion sèche, on trouve :
- l’oxygène gazeux
- la vapeur d’eau
- l’anhydride carbonique CO2
- les composés du soufre : S2, SO2, SO2–
4
Réactions partielles
Toute réaction d’oxydoréduction se compose de deux réactions partielles : la réaction partielle
d’oxydation ou réaction partielle anodique, et la réaction partielle de réduction ou réaction partielle
cathodique. Ainsi pour la réaction (1.3) :
Fe →Fe2+ + 2 e anodique (1.5)
2 H+ + 2 e →H2cathodique (1.6)
————————————
Fe + 2 H+→Fe2+ + H2réaction globale (1.3)
Les réactions partielles anodiques et cathodiques font apparaître explicitement les électrons échangés
au cours de la réaction d’oxydoréduction, contrairement à la réaction globale.
On appelle réaction électrochimique une transformation chimique qui implique un transfert de
charges à l’interface entre un conducteur électronique, appelé électrode, et un conducteur ionique,
appelé électrolyte. Une réaction électrochimique peut englober une ou plusieurs réactions
d’électrode. Par exemple, la réaction (1.3) est une réaction électrochimique ; chaque atome de fer qui
passe en solution implique l’échange de deux électrons entre le métal et les protons. Elle contient deux
réactions d’électrode : l’oxydation du fer et la réduction du proton. D’après la définition donnée, toutes
les réactions de corrosion qui provoquent une oxydation du métal sont des réactions électrochimiques.
À température élevée, par contre, sous conditions de corrosion sèche, les cations et les anions
diffusent plus facilement à travers un film compact. Le film croît progressivement, avec une vitesse
égale à la vitesse de corrosion. La figure ci-dessous schématise la réaction d’un métal avec l’oxygène,
dans cette situation. Le métal s’oxyde à l’interface métal-oxyde et les cations diffusent vers l’extérieur
du film.
C
C7
7-
-2 2/ /A A
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Trainin
g

00530_D_F
3
À la surface extérieure, l’oxygène se réduit en anions O2– qui diffusent vers l’interface métal-oxyde.
Les électrons libérés à l’interface métal-oxyde doivent traverser le film d’oxyde avant de réagir à la
surface extérieure. On peut considérer la surface extérieure du film comme cathode, la surface
intérieure comme anode. Contrairement aux piles électrochimiques classiques, l’oxyde est ici
simultanément électrolyte et conducteur électronique.
Métal Oxyde Gaz
02-
Mn+
Mn+
M
M + ne n/202 + 2ne
e
02
n02-
D MAC 1197 A
Corrosion à haute température : réaction entre le métal et l’oxygène en présence d’une couche
d’oxyde ayant une conductivité ionique et électronique.
Origine de différents types de corrosion
Le comportement à la corrosion d’un matériau en service dépend d’une multitude de facteurs :
- composition chimique et microstructure du métal
- composition chimique de l’environnement
- paramètres physiques (température, convection, irradiation, etc.)
- sollicitations mécaniques (contraintes, chocs, frottements)
La résistance à la corrosion n’est donc pas une propriété intrinsèque du métal, mais plutôt une
propriété de l’interface métal/milieu, d’où la nécessité de caractériser la composition chimique et la
microstructure de celle-ci, ainsi que son comportement électrochimique. La corrosion dépend donc
d’un système extrêmement complexe, dont les effets se manifestent, en pratique, sous une multitude
d’aspects, parfois inattendus.
3 - ASPECT ÉCONOMIQUE DE LA CORROSION
Les effets directs ou indirects de la corrosion sont résumés ci-après :
- coût des pièces à remplacer, des réparations à effectuer
- coût de l’entretien et du contrôle (mise en peinture, protection cathodique)
- coût dû à l’utilisation de matériaux plus nobles
- augmentation des coefficients de sécurité
- contamination du produit par les produits de corrosion
- arrêt de production
On estime que le quart de la production annuelle d’acier serait détruit par la corrosion (soit 150 millions
de tonnes par an ou 5 tonnes par seconde). Selon les estimations relevées dans la littérature, le coût
annuel de la corrosion se situe à 4 % du PNB, soit plusieurs milliards d’Euro par an pour la France.
C
C7
7-
-2 2/ /A A
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Trainin
g

00530_D_F
4
4 - INFLUENCE DE LA CORROSION DANS LE CHOIX D’UN MATÉRIAU
Le choix d’un matériau pour la construction d’un équipement résulte d’un compromis entre plusieurs
facteurs :
- compromis entre la résistance à la corrosion et d’autres propriétés comme la résistance
mécanique, la facilité de mise en œuvre, le soudage, les délais de livraison
- compromis entre la durée de vie de l’équipement et la durée de vie estimée du matériau
La synoptique ci-dessous résume les différents compromis qui règlent le choix d’un matériau dans la
construction d’un appareil ou d’une installation.
Résistance mécanique Aspect
Fabrication Prix (coût du matériau,
de l'installation, de l'entretien,
du contrôle, des réparations)
CHOIX
DU
MATÉRIAU
RÉSISTANCE
À
LA CORROSION
D MAC 022 A
C
C7
7-
-2 2/ /A A
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Trainin
g