Acier inoxydable 15-5PH - 1.4545 - X5CrNiCu15-5 - EZ5CNU15.15

L’acier inoxydable 15-5 PH : propriétés, traitement thermique et applications

L’acier inoxydable 15-5 PH est un alliage à durcissement par précipitation présentant une structure martensitique. Il est conçu pour offrir à la fois une bonne résistance à la corrosion et une très haute résistance mécanique. Il est issu d’efforts visant à améliorer une autre nuance bien connue : le 17-4 PH. Par rapport à ce dernier, il possède une microstructure plus homogène et une meilleure ténacité.
Son nom est à décomposer ainsi : environ 15 % de chrome et 5 % de nickel entrent dans sa composition (auxquels peut s’ajouter du cuivre), et l’abréviation « PH » qui signifie « Precipitation Hardening » (durcissement par précipitation).

Propriétés métallurgiques et mécaniques

La dureté du stade martensitique du 15-5 PH est renforcée par la précipitation de particules fines lors du traitement thermique. Cette double caractéristique lui confère une résistance mécanique élevée et ce, jusqu’à des températures de l’ordre de 315 °C. Nous détaillons ses principales propriétés mécaniques plus bas

Du côté de sa résistance à la corrosion, c’est à l’état entièrement durci qu’il présente ses meilleures performances, proche de celle du 17-4 PH. Parmi tous les aciers martensitiques, c’est celui qui possède la meilleure résistance à la corrosion, particulièrement en milieu marin. Reste qu’ils sont globalement moins résistants à la corrosion que les aciers duplex (austénoferritiques).

Traitement thermique

Le 15-5 PH peut être durci par précipitation, dont voici le déroulement du processus :

• On commence par un premier chauffage (solution annealing) entre 1025 °C et 1050 °C
• Suivi d’un refroidissement rapide (à l’eau, à l’huile ou à l’air selon l’épaisseur de la pièce). Cette trempe transforme l’austénite en martensite, plus dure et plus résistante.
• On procède ensuite à un second chauffage (vieillissement) à plus basse température pour permettre la formation de précipités à l’intérieur du métal, et accroitre encore sa dureté et sa résistance.
• Enfin, selon la température finale de vieillissement (H900, H1025, H1075, etc.), on modifie l’équilibre entre résistance, ductilité et ténacité, en fonction de l’application visée.

Schématiquement, plus la température finale est élevée plus sa ductilité et sa ténacité sont hautes, et moins sa dureté est élevée. Par exemple, H900 offre résistance et dureté maximales, avec une ductilité légèrement réduite, tandis que la H1025 offre un équilibre entre les deux et que H1150 maximise ductilité et ténacité tout en réduisant sa résistance.

Dans certains cas, un traitement thermique additionnel est appliqué pour optimiser la résistance à la corrosion fissurante sous contrainte, notamment pour des applications en haute température. Pour garantir la précision dimensionnelle et limiter les déformations, les opérations de fabrication (découpe, façonnage, etc.) sont généralement effectuées après le traitement thermique.

Mise en forme et usinage

Le 15-5 PH se forge entre 950°C à 1180°C et refroidit ensuite à l’air, ce qui raffine le grain. Après soudage, un traitement de mise en solution suivi d’un vieillissement est conseillé pour minimiser les contraintes résiduelles et préserver ses propriétés mécaniques.

On peut l’usiner à l’état trempé ou à l’état de solution, la découpe à la scie étant préférée à celle thermique pour limiter les déformations indésirables et conserver une structure homogène. La découpe mécanique permet aussi de passer directement à l’usinage de finition (perçage, fraisage, tournage) sans recuire à nouveau la pièce.

Domaines d’application

Le 15-5 PH est utilisé pour les pièces soumises à des conditions extrêmes, que ce soit dans le domaine civil ou militaire. Son usage s'étend à de nombreux secteurs : industrie pétrolière, gazière, et marine, mais aussi installations chimiques et papeterie. Il est notamment employé dans la fabrication d’arbres, de trains d’atterrissage, de vannes, d’engrenages, de fixations, de composants de turbines à gaz ou encore d’équipements de réacteurs nucléaires. Sa ténacité transversale joue tout son rôle dans des secteurs où la moindre fissuration a des conséquences critiques.