Calculs du nombre équivalent de résistance à la piqûration

Ce que mesure le nombre équivalent de résistance à la corrosion par piqûres

Le PREN comme indice de comparaison empirique

Le nombre équivalent de résistance à la corrosion par piqûres (PREN) est un indice semi-quantitatif fondé sur la composition, utilisé pour comparer la résistance des aciers inoxydables à la corrosion localisée, en particulier à la corrosion par piqûres dans les environnements contenant des chlorures. Il ne s’agit pas d’une classification de la corrosion selon une échelle universelle. Un nombre plus élevé indique généralement une plus grande tendance à résister à l’amorçage des piqûres dans des conditions comparables, mais ce nombre n’établit ni une limite de service garantie, ni un potentiel de piqûration fixe, ni une durée de fonctionnement prévisible.

L’expression couramment utilisée est la suivante :

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

PRENPREN Indice équivalent de résistance à la corrosion par piqûres : indice empirique fondé sur la composition, utilisé pour comparer les aciers inoxydables du point de vue de leur résistance à la corrosion localisée, en particulier à la corrosion par piqûres dans les milieux contenant des chlorures.

Les teneurs en éléments d’alliage sont exprimées en pourcentage massique. Le chrome, le molybdène et l’azote sont les termes de cette expression, et chacun se voit attribuer un coefficient empirique fondé sur sa contribution relative à la résistance à la corrosion localisée. La British Stainless Steel Association a publié cette forme dans son explication des calculs du PREN en 2025.

Par exemple, un alliage contenant 22 % de chrome, 3 % de molybdène et 0,18 % d’azote aurait :

$$22+3.3\left(3\right)+16\left(0.18\right)=34.78$$

Ce résultat est un indice calculé, et non une vitesse de corrosion mesurée. Il permet de comparer la composition d’un acier inoxydable à celle d’un autre sur une base commune. Une valeur nominalement plus élevée place généralement l’alliage dans une catégorie de résistance supérieure, à condition que les matériaux soient comparés dans des conditions métallurgiques et environnementales similaires.

L’équation explique également pourquoi la comparaison des nuances exige davantage que la simple lecture d’une désignation de produit. Le Type 304, généralement désigné par UNS S30400, contient peu ou pas de molybdène et présente donc normalement un PREN inférieur à celui du Type 316L, UNS S31603, dont la composition comprend du molybdène. Les aciers inoxydables duplex tels que UNS S32205 et UNS S31803 contiennent des teneurs importantes en chrome, en molybdène et en azote, ce qui leur confère une valeur calculée supérieure à celle de nombreuses nuances austénitiques. Les nuances superduplex telles que UNS S32750 et UNS S32760 donnent généralement des valeurs encore plus élevées. Les nuances ferritiques peuvent elles aussi présenter des teneurs élevées en chrome et en molybdène ; le PREN ne se limite donc pas à une seule famille d’aciers inoxydables.

Le nombre ne prend pas en compte tous les éléments qui influencent la corrosion. Le nickel n’entre pas dans l’équation courante, comme l’a indiqué la Society of Petroleum Engineers en 2025. Cette omission ne signifie pas que le nickel est dépourvu d’importance métallurgique ou vis-à-vis de la corrosion. Le nickel influe sur l’équilibre des phases, le comportement du film passif, la ténacité et la résistance à certains environnements réducteurs, mais sa contribution n’est pas représentée par les coefficients PREN standard. Le carbone, le silicium, le cuivre, le manganèse et d’autres éléments peuvent également influencer les performances sans apparaître dans l’expression de base.

[1][1] Duplex Stainless Steels. International Stainless Steel Forum. International Stainless Steel Forum publication, 2025.

D’autres équations sont utilisées pour certaines familles d’alliages ou selon certaines conventions de calcul. L’International Stainless Steel Forum a présenté en 2025 l’expression prenant en compte le tungstène :

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

Dans cette expression, le tungstène reçoit, à l’intérieur des parenthèses, la moitié du terme attribué au molybdène. La même publication de l’ISSF donne une expression ajustée pour le manganèse :

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

Ces valeurs ne doivent pas être mélangées sans précaution. Un PREN publié doit préciser l’équation utilisée, en particulier lors de la comparaison d’aciers inoxydables duplex contenant du tungstène ou de l’application de l’ajustement lié au manganèse. Désigner simplement tous les résultats par le terme « PREN » peut masquer une différence importante dans la méthode de calcul.

Le PREN est donc utile comme outil de présélection et de classement. Il aide les ingénieurs à repérer les différences de composition susceptibles d’avoir une importance en service chloruré et fournit une comparaison rapide avant les essais ou l’examen détaillé de la conception. Il ne remplace ni le certificat matière, ni l’historique des traitements thermiques, ni l’évaluation des soudures, ni les essais de corrosion.

Corrosion par piqûres, corrosion caverneuse et exposition aux chlorures

La corrosion par piqûres est une rupture localisée du film passif. L’acier inoxydable se protège normalement grâce à un mince film d’oxyde riche en chrome, mais les ions chlorure peuvent se concentrer au niveau de défauts ou de points faibles de ce film. Une fois qu’une piqûre s’amorce, son intérieur peut devenir acide et s’enrichir en chlorures, ce qui entretient un environnement électrochimique très différent de celui de la surface environnante. Une petite ouverture en surface peut alors dissimuler une profondeur importante.

Le molybdène et l’azote améliorent la résistance à cette forme d’attaque par plusieurs effets interdépendants sur la passivité et la chimie des piqûres. Le chrome favorise la formation et la réparation du film passif. L’équation du PREN traite ces effets comme additifs, mais le comportement réel de l’alliage dépend de la répartition des éléments dans la microstructure et de leur disponibilité dans la matrice environnante.

La corrosion caverneuse est apparentée à la corrosion par piqûres, mais elle n’est pas identique. Elle se développe dans des interstices protégés, par exemple sous des joints d’étanchéité, au niveau de joints à recouvrement, sous des dépôts ou à l’intérieur de raccordements mal rincés. L’appauvrissement en oxygène à l’intérieur de la crevasse modifie les conditions électrochimiques, tandis que les chlorures et les espèces acides peuvent s’y concentrer. Un acier peut résister à la corrosion par piqûres sur une surface ouverte tout en se comportant mal dans une crevasse étroite, notamment lorsque la géométrie de celle-ci favorise la stagnation de la solution.

Un PREN plus élevé correspond généralement à une résistance accrue aux attaques localisées dans les solutions contenant des chlorures. Limited evidence

[2][2] Localized corrosion resistance and PREN relationship. Metals authors. Metals, 2021.

Cette distinction est importante, car le terme PREN est souvent utilisé de manière trop générale. L’équation est principalement associée à la résistance à la corrosion par piqûres, bien que des valeurs plus élevées soient souvent corrélées à une meilleure résistance à d’autres formes d’attaque localisée. L’article publié en 2021 dans Metals a indiqué qu’un PREN plus élevé correspond à une plus grande résistance à l’attaque localisée dans les solutions contenant des chlorures. Il s’agit d’une relation comparative, et non d’une garantie que tous les mécanismes de corrosion localisée réagiront de la même manière.

La concentration en chlorures, la température, l’acidité, la disponibilité de l’oxygène, l’écoulement, les dépôts et la durée d’exposition peuvent modifier considérablement le résultat. L’eau de mer, une solution de procédé chaude contenant des chlorures et un bain de laboratoire au chlorure ferrique ne sont pas des environnements interchangeables. Les sols contenant des chlorures ajoutent d’autres variables, notamment la rétention d’humidité, l’aération différentielle et la contamination. L’ISSF a déclaré en 2025 qu’une valeur plus élevée indique, de manière semi-quantitative, une résistance accrue à la corrosion localisée dans les sols contenant des chlorures ; le terme « semi-quantitative » est important. Il indique une tendance au classement plutôt qu’une formule permettant de calculer la durée de vie sur site.

ASTM G48 fournit des méthodes de laboratoire définies utilisant du chlorure ferrique pour comparer la résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion en fissure. Strong evidence

L’ASTM G48 permet de vérifier la distinction entre calcul et validation. La norme ASTM G48:2011 spécifie des méthodes de laboratoire permettant de comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés en mesurant leur résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse dans des conditions définies au chlorure ferrique. Selon la méthode choisie, les résultats peuvent inclure une température critique de piqûration, une température critique de corrosion caverneuse ou une perte de masse après exposition. Ces essais imposent des conditions contrôlées et rendent les comparaisons possibles, mais le chlorure ferrique est délibérément très sévère et ne reproduit pas tous les environnements industriels, marins ou pédologiques.

Le soudage ajoute une difficulté supplémentaire. Un assemblage soudé peut présenter des zones affectées thermiquement, un équilibre des phases modifié, une calamine d’oxydation, des contraintes résiduelles et des régions appauvries en chrome ou en molybdène. Le calcul du PREN à partir de la spécification du métal de base ne permet pas d’établir le comportement vis-à-vis de la corrosion du métal fondu ou de la zone affectée thermiquement. Les aciers inoxydables duplex exigent une attention particulière à l’équilibre ferrite-austénite et à la rétention de l’azote ; une composition chimique nominale ne suffit pas à vérifier que la soudure finie possède la résistance prévue.

Ce qu’une valeur de PREN ne peut pas prédire

Une valeur de PREN ne permet pas de prédire directement une durée de vie en service. Elle n’indique pas qu’un alliage ayant une valeur de 40 durera deux fois plus longtemps qu’un alliage ayant une valeur de 20, et ne définit pas non plus une limite universelle telle que « au-dessus de cette valeur, la corrosion par piqûres est impossible ». Aucun seuil unique de PREN ne s’applique à toutes les concentrations en chlorures, à toutes les températures, à tous les états de surface, à toutes les géométries ou à tous les procédés de fabrication.

Il ne permet pas non plus de prédire un potentiel de piqûration exact. Le potentiel de piqûration est mesuré par voie électrochimique et varie selon la solution d’essai, la température, la méthode de balayage, la préparation de surface et l’état de l’éprouvette. Le PREN peut aider à expliquer pourquoi une composition tend à présenter une résistance à la corrosion par piqûres supérieure à celle d’une autre, mais il ne fournit pas la tension mesurée.

Le PREN ne permet pas davantage d’établir la résistance à la corrosion généralisée. La corrosion uniforme, la corrosion galvanique, l’érosion-corrosion, la fissuration par corrosion sous contrainte et la fatigue-corrosion mettent en jeu des facteurs déterminants différents. Un alliage peut avoir un PREN favorable tout en subissant une attaque généralisée inacceptable dans un acide fort, une fissuration dans un environnement chloruré chaud ou une dégradation accélérée lorsque la vitesse d’écoulement élimine le film passif. L’absence du nickel dans l’équation est particulièrement importante lors de l’évaluation d’environnements dans lesquels la stabilité des phases ou la résistance aux acides réducteurs joue un rôle.

Le calcul ne peut pas non plus prendre pleinement en compte les inclusions, la ségrégation, la contamination de surface, la rugosité, la contamination par le fer, la coloration thermique, les dimensions des crevasses ou les dépôts. Ces caractéristiques peuvent créer des conditions locales qui prédominent sur la composition nominale globale. Une éprouvette de laboratoire polie et une racine de soudure oxydée issues de la même coulée d’acier ne présentent pas la même surface vis-à-vis de la corrosion.

Pour cette raison, le PREN doit être communiqué avec l’équation utilisée, la base de composition et la désignation de l’alliage. Il s’agit d’un indice de comparaison empirique précieux pour la résistance à la corrosion localisée liée aux chlorures. Ce n’est ni un certificat de conformité ou de non-conformité, ni une classification universelle de la corrosion, ni un substitut aux essais ASTM G48, à l’évaluation spécifique au site et à une maîtrise rigoureuse de la fabrication.

La formule PREN courante

Le calcul couramment utilisé du nombre équivalent de résistance à la corrosion par piqûres est le suivant :

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

Ici, $\%\mathrm{Cr}$, $\%\mathrm{Mo}$ et $\%N$ désignent respectivement les teneurs en chrome, en molybdène et en azote de l’alliage, chacune étant exprimée en pourcentage massique. Le résultat est un nombre sans dimension. Il ne s’agit ni d’un pourcentage, ni d’une vitesse de corrosion, ni d’une valeur garantie de durée de service.

Cette expression est un indice empirique fondé sur la composition. Elle est utilisée pour classer ou comparer les aciers inoxydables en fonction de leur résistance à la corrosion localisée, en particulier à la corrosion par piqûres, dans des environnements contenant des chlorures. La British Stainless Steel Association a reproduit l’équation sous cette forme en 2025, tandis qu’Outokumpu décrit le PRE ou PREN comme un indice destiné à comparer les aciers inoxydables, et non comme une mesure directe des performances anticorrosion. Une valeur plus élevée indique généralement une meilleure résistance aux attaques localisées provoquées par les chlorures, mais la comparaison n’a de sens que si les alliages ainsi que les conditions d’essai ou de service sont pris en compte conjointement.

Les termes relatifs au chrome, au molybdène et à l’azote

Le chrome confère à l’acier inoxydable son caractère fondamental de résistance à la corrosion. Dans l’air ou dans un environnement aqueux oxydant, le chrome favorise la formation d’un mince film passif riche en chrome à la surface du métal. Ce film réduit la vitesse à laquelle le fer passe en solution. Les normes relatives aux aciers inoxydables exigent généralement au moins environ 10,5 % de chrome pour bénéficier de la désignation « inoxydable », mais les calculs de PREN servent principalement à distinguer les alliages contenant une teneur en chrome sensiblement supérieure à ce minimum.

Dans l’équation courante, le molybdène est affecté d’un coefficient multiplicateur de 3,3. Sa contribution est particulièrement associée à une meilleure résistance à l’apparition et à la propagation des piqûres dans les solutions contenant des chlorures. Le chrome et le molybdène n’exercent pas des fonctions interchangeables, et un acier contenant davantage de chrome n’est pas automatiquement équivalent à un acier contenant davantage de molybdène. La formule attribue à chaque élément un terme distinct, car leurs effets sur la corrosion localisée sont différents.

L’azote possède le coefficient le plus élevé : 16. Dans les microstructures appropriées des aciers inoxydables, l’azote peut accroître la résistance à la corrosion par piqûres, tout en renforçant l’austénite et en influençant l’équilibre des phases. Son rôle métallurgique est particulièrement important dans les aciers inoxydables duplex, où l’azote contribue à stabiliser la phase austénitique aux côtés de la ferrite. Pour produire l’effet recherché, l’azote doit rester en solution ou se trouver dans des phases appropriées de l’alliage ; une analyse chimique nominale ne décrit pas à elle seule tous les effets du traitement, du traitement thermique, du soudage ou de la ségrégation.

Contribution au PREN

La pondération numérique est facile à observer. Un point de pourcentage supplémentaire de chrome ajoute 1 unité de PREN. Un point de pourcentage supplémentaire de molybdène ajoute 3,3 unités, et un point de pourcentage supplémentaire d’azote ajoute 16 unités. Ainsi, 2 % de Mo contribuent à hauteur de 6,6 unités, tandis que 0,20 % de N contribue à hauteur de 3,2 unités. Ces valeurs ne signifient pas que l’azote est physiquement « 16 fois plus efficace » que le chrome dans toutes les situations de corrosion. Elles expriment l’échelle retenue pour cette corrélation empirique particulière.

Le nickel n’est pas inclus dans cette équation courante. Cette omission ne signifie pas que le nickel est dépourvu d’importance métallurgique ou liée à la corrosion. Le nickel stabilise l’austénite, influence l’équilibre des phases, affecte la passivité et la repassivation, et est présent dans de nombreuses nuances austénitiques et duplex. Il ne constitue simplement pas l’un des termes de composition de l’expression PREN standard à trois éléments. La Society of Petroleum Engineers a explicitement établi cette distinction dans sa discussion de 2025 consacrée à la sélection des matériaux fondée sur le PREN.

Pour la même raison, le PREN ne prend pas directement en compte, sous sa forme de base, le carbone, le silicium, le manganèse, le cuivre, le tungstène, le soufre, la répartition des phases, la population d’inclusions, l’état de surface ou la dilution du métal fondu lors du soudage. Ces facteurs peuvent influencer le comportement réel en corrosion localisée, même lorsque deux aciers présentent des valeurs de PREN calculées similaires.

Un exemple simple permet d’illustrer le calcul. Considérons un alliage contenant 22,0 % de Cr, 3,0 % de Mo et 0,18 % de N :

$$\mathrm{PREN}=22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)$$

$$\mathrm{PREN}=22.0+9.9+2.88=34.78$$

Le résultat est généralement indiqué sous la forme PREN 34,8, ou parfois arrondi à PREN 35. Cet arrondi ne doit pas être interprété comme un niveau de précision que le comportement réel en corrosion permettrait de justifier.

Pourquoi les coefficients sont-ils de 3,3 et 16 ?

Les coefficients 3,3 et 16 sont des facteurs de pondération empiriques. Ils ont été établis à partir des relations observées entre la composition des aciers inoxydables et leur résistance à la corrosion localisée, et non déduits d’une équation thermodynamique fondamentale décrivant l’amorçage des piqûres. La formule condense plusieurs tendances expérimentales en un indice numérique pratique.

Le chrome reçoit un coefficient de 1, ce qui établit l’échelle de référence. Le molybdène reçoit un coefficient de 3,3, car il a été constaté que les variations de sa teneur exerçaient un effet plus marqué sur la résistance à la corrosion localisée que des variations équivalentes de la teneur en chrome, dans les gammes d’alliages utilisées pour établir la corrélation. L’azote reçoit le coefficient 16, car de faibles variations de sa teneur étaient associées à un effet comparativement important dans les données pertinentes relatives aux aciers inoxydables.

Contribution de l’azote

C’est la raison pratique pour laquelle une faible addition d’azote peut modifier sensiblement une valeur calculée. Faire passer la teneur en azote de 0,10 % à 0,20 % ajoute $16\times 0.10=1.6$ unité de PREN. Augmenter la teneur en chrome de la même valeur numérique, soit de 0,10 point de pourcentage, n’ajoute que 0,10 unité. L’arithmétique est claire ; l’interprétation physique doit rester limitée. Le coefficient n’établit pas une conversion universelle entre les éléments d’alliage et ne prédit pas un comportement électrochimique identique pour les aciers inoxydables ferritiques, austénitiques, martensitiques, à durcissement structural et duplex.

L’équation doit donc être considérée avant tout comme une convention de classement au sein d’un groupe pertinent d’alliages. L’article publié en 2021 dans Metals a mis en évidence la relation habituelle selon laquelle un PREN plus élevé correspond à une meilleure résistance aux attaques localisées dans les solutions contenant des chlorures, mais cette relation est semi-quantitative. Elle ne signifie pas que tout alliage présentant un PREN de 40 sera plus performant que tout alliage présentant un PREN de 35 dans tous les environnements.

La mise en œuvre peut remettre en cause un classement fondé uniquement sur la composition. La zone affectée thermiquement par le soudage peut présenter un équilibre des phases différent de celui de la tôle de base. Les phases intermétalliques, les nitrures de chrome, les inclusions de sulfures, la contamination de surface, les interstices et un traitement thermique inadéquat peuvent tous créer des sites d’amorçage des piqûres. La concentration en chlorures, la température, l’acidité, la disponibilité de l’oxygène, l’écoulement, les dépôts et le potentiel électrochimique influencent également le résultat. Le PREN ne peut pas intégrer ces variables de service.[3][3] Standard test methods for pitting and crevice corrosion resistance of stainless steels. ASTM International. ASTM G48, 2011.

La validation nécessite des essais ou une évaluation de la corrosion propre au contexte d’utilisation. La norme ASTM G48 spécifie des méthodes de laboratoire permettant de comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés en mesurant leur résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse dans des conditions définies au chlorure ferrique. Un résultat obtenu selon ASTM G48 n’est pas équivalent à une valeur de PREN. Le PREN est calculé à partir de la composition ; ASTM G48 produit une réponse mesurée selon une procédure d’essai spécifiée. Aucun des deux, pris isolément, ne reproduit tous les environnements de service.

Pourcentages massiques et notation

Pourcentage massiquePourcentage massique Masse d’un élément rapportée à la masse de l’alliage. Les données d’entrée du PREN ne sont ni des pourcentages atomiques, ni des fractions volumiques, ni des fractions massiques décimales.

Les signes de pourcentage dans la formule désignent des pourcentages massiques, également appelés pourcentages en masse. Ils ne désignent ni des pourcentages atomiques, ni des fractions volumiques, ni le pourcentage d’un élément restant dans le film passif. Si un certificat matière indique 20,00 % de Cr, 2,50 % de Mo et 0,10 % de N, ces pourcentages massiques sont insérés directement :

$$\mathrm{PREN}=20.00+3.3\left(2.50\right)+16\left(0.10\right)$$

$$\mathrm{PREN}=20.00+8.25+1.60=29.85$$

La notation $\%\mathrm{Cr}$ est une abréviation de « teneur en chrome exprimée en pourcentage massique ». Les parenthèses indiquent que le coefficient multiplie l’intégralité du terme correspondant à l’élément. Il n’est pas correct de lire $3.3(\%\mathrm{Mo})$ comme 3,3 % de molybdène, ni de multiplier la valeur PREN entière par 3,3.

La formule possède également des variantes pour les systèmes d’alliage contenant du tungstène ou pour les comparaisons dans lesquelles le manganèse est traité comme un facteur réducteur. L’International Stainless Steel Forum a rapporté en 2025 l’expression applicable aux alliages contenant du tungstène :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

La notation $0.5\%W$ signifie que la moitié du pourcentage massique de tungstène est ajoutée au terme relatif au molybdène avant la multiplication par 3,3. L’ISSF a également rapporté :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

Ces expressions ne sont pas des désignations interchangeables de l’équation de base. L’expression choisie doit être précisée lorsqu’une valeur est communiquée, en particulier pour les nuances duplex contenant du tungstène ou dans les comparaisons techniques qui appliquent la correction relative au manganèse.

Pour effectuer un calcul pertinent, il convient d’utiliser la composition du produit réel ou de la zone soudée évaluée, de conserver la même base de pourcentage massique pour toutes les données d’entrée et d’indiquer l’équation utilisée. Les plages de composition spécifiées pour une nuance peuvent produire une plage de valeurs PREN possibles plutôt qu’un nombre exact unique. Une valeur calculée constitue un outil utile de présélection et de comparaison. Il ne s’agit pas d’une évaluation universelle de la résistance à la corrosion.

Comment calculer le PREN étape par étape

Le nombre équivalent de résistance à la corrosion par piqûres, couramment utilisé, se calcule comme suit :

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

Ici, le chrome, le molybdène et l’azote sont exprimés en pourcentages massiques, et non en fractions, en pourcentages atomiques ou en concentrations massiques dans une solution. Le résultat est un indice sans dimension. Il ne s’agit pas d’un pourcentage et il ne comporte pas d’unité.

Cette équation est la forme citée par la British Stainless Steel Association en 2025. Le PREN est un indice empirique fondé sur la composition, utilisé pour classer et comparer les aciers inoxydables en ce qui concerne la corrosion localisée, notamment la corrosion par piqûres, dans des environnements contenant des chlorures. Une valeur calculée plus élevée indique généralement une meilleure résistance dans des conditions comparables. Elle ne permet pas de prédire directement la durée de vie en service, de garantir un potentiel de piqûration particulier ni de remplacer les essais de corrosion.

Le calcul est simple. Le choix de la base de composition correcte ne l’est pas.

Lire les données de composition dans une spécification de matériau

Commencez par le document relatif au matériau, et non par un tableau générique de nuances. Un certificat de réception matière, une analyse de coulée, une spécification de produit ou une norme peut présenter plusieurs types de données chimiques. Le document peut indiquer une composition nominale, une plage spécifiée, une valeur maximale autorisée, une valeur minimale ou l’analyse mesurée d’une coulée donnée. Ces valeurs ne sont pas interchangeables.

Pour une analyse hypothétique de coulée d’acier inoxydable, supposons que le certificat indique :

• Cr : 22,10 % massique
• Mo : 3,05 % massique
• N : 0,185 % massique

Ces chiffres sont inventés uniquement pour servir d’exercice de calcul. Ils ne représentent ni une composition normalisée, ni une nuance enregistrée, ni des données de produit.

Les données pertinentes sont les teneurs mesurées en chrome, en molybdène et en azote. Le nickel n’apparaît pas dans l’équation PREN courante. La Society of Petroleum Engineers a énoncé directement ce point en 2025 : le nickel n’est pas inclus dans l’équation. Cette omission ne signifie pas que le nickel n’a aucun effet métallurgique ; elle signifie que l’expression empirique retenue ne lui attribue aucun terme distinct.

Lisez attentivement les symboles. « Cr » signifie chrome, « Mo » signifie molybdène et « N » signifie azote. Ne remplacez pas ces valeurs par la teneur totale en éléments d’alliage, la désignation du complément ou une valeur provenant d’une autre coulée. Si un certificat indique « <0,010 » pour l’azote, il ne s’agit pas d’une valeur mesurée de 0,010 % ; c’est une limite de déclaration ou une limite supérieure. Un calcul utilisant 0,010 % constituerait une hypothèse et doit être présenté comme telle.

La base documentaire doit être indiquée à côté du résultat. Par exemple, « PREN calculé à partir de l’analyse de coulée déclarée » est sensiblement différent de « PREN calculé à partir de la composition nominale ». Si le document ne fournit que des limites de spécification, indiquez-le au lieu de présenter le résultat comme le PREN mesuré de l’alliage.

Considérons un deuxième cas hypothétique fondé sur une plage de spécification :

• Cr : 21,00–23,00 % massique
• Mo : 2,50–3,50 % massique
• N : 0,10–0,20 % massique

Cette plage ne correspond pas à une composition unique. Elle produit une plage de valeurs PREN calculées possibles si les termes varient indépendamment.

PREN calculé

En utilisant les valeurs inférieures indiquées :

$$\%\mathrm{Cr}=21.00$$

$$3.3(\%\mathrm{Mo})=3.3\left(2.50\right)=8.25$$

$$16(\%N)=16\left(0.10\right)=1.60$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{lower}}=21.00+8.25+1.60=30.85$$

En utilisant les valeurs supérieures indiquées :

$$\%\mathrm{Cr}=23.00$$

$$3.3(\%\mathrm{Mo})=3.3\left(3.50\right)=11.55$$

$$16(\%N)=16\left(0.20\right)=3.20$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{upper}}=23.00+11.55+3.20=37.75$$

L’intervalle obtenu, de 30,85 à 37,75, constitue une enveloppe mathématique fondée sur les limites indiquées. Il ne représente pas nécessairement la plage réelle des coulées, car les éléments d’alliage peuvent ne pas atteindre simultanément toutes les limites et la spécification peut imposer des contraintes supplémentaires. Il montre néanmoins pourquoi une valeur unique calculée à partir des valeurs maximales peut surestimer la valeur associée à un matériau particulier.

Les valeurs nominales produisent un troisième résultat. Si la composition nominale hypothétique est Cr 22,00 %, Mo 3,00 % et N 0,15 %, alors :

$$\text{Contribution du chrome}=22.00$$

$$\text{Contribution du molybdène}=3.3\left(3.00\right)=9.90$$

$$\text{Contribution de l’azote}=16\left(0.15\right)=2.40$$

$$\mathrm{PREN}=22.00+9.90+2.40=34.30$$

Cette valeur de 34,30 est un calcul fondé sur la composition nominale, et non une mesure de chaque coulée vendue ou produite dans cette plage de composition.

Substituer les valeurs sans changer les unités

Les coefficients 3.3 et 16 sont associés à des valeurs exprimées en pourcentages massiques. Saisir les pourcentages sous forme de fractions décimales modifie la réponse d’un facteur 100 et constitue une erreur courante.

En utilisant l’analyse de coulée hypothétique ci-dessus :

\[ \%Cr=22.10,\quad \%Mo=3.05,\quad \%N=0.185 \]

Calculez séparément chaque contribution :

$$\text{Contribution du chrome}=22.10$$

$$\text{Contribution du molybdène}=3.3\left(3.05\right)=10.065$$

$$\text{Contribution de l’azote}=16\left(0.185\right)=2.960$$

Faites ensuite la somme :

$$\mathrm{PREN}=22.10+10.065+2.960=35.125$$

Avant de publier le résultat, choisissez une règle d’arrondi et appliquez-la de manière cohérente.

Le même calcul effectué avec des fractions massiques décimales nécessiterait une forme différente de l’équation. Par exemple, 22,10 % massique équivaut à 0,2210 sous forme fractionnaire, mais l’insertion directe de 0,2210 dans l’équation indiquée donne :

$$0.2210+3.3\left(0.0305\right)+16\left(0.00185\right)=0.35125$$

Il ne s’agit pas du PREN selon la convention exprimée dans la formule source. L’équation attend 22,10, 3,05 et 0,185, et non 0,2210, 0,0305 et 0,00185.

La conversion des unités est également importante lorsqu’un rapport de laboratoire utilise des parties par million. Une teneur en azote de 1 850 ppm en masse équivaut à 0,185 % massique, car :

$$1850\mathrm{ppm}÷\mathrm{10,000}=0.185\%$$

Ce n’est qu’après cette conversion que la valeur 0,185 doit être substituée dans l’équation. Un rapport indiquant 0,0185 % d’azote correspondrait en revanche à 185 ppm et produirait une contribution de l’azote différente.

Pour un acier inoxydable contenant du tungstène, l’International Stainless Steel Forum donne l’expression suivante :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

Le terme du tungstène doit être placé à l’intérieur de la parenthèse du molybdène. Pour une composition clairement hypothétique de Cr 24,00 %, Mo 3,00 %, W 2,00 % et N 0,20 % :

$$\text{Contribution du chrome}=24.00$$

$$\text{Terme Mo modifié}=3.3(3.00+0.5(2.00\left)\right)=3.3\left(4.00\right)=13.20$$

$$\text{Contribution de l’azote}=16\left(0.20\right)=3.20$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=24.00+13.20+3.20=40.40$$

Ne remplacez pas implicitement le PREN ordinaire par le PRENW. Indiquez quelle expression a été utilisée.

L’ISSF fournit également une forme ajustée en fonction du manganèse :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

Pour les valeurs hypothétiques Cr 22,00 %, Mo 3,00 %, N 0,15 % et Mn 1,00 %, les termes séparés sont 22,00, 9,90, 2,40 et −1,00. Par conséquent :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=22.00+9.90+2.40-1.00=33.30$$

Le nom de la formule et la base de composition doivent figurer dans le rapport.

Arrondi, chiffres significatifs et présentation des résultats

Conservez les chiffres supplémentaires pendant les opérations, puis arrondissez le résultat final. Avec l’analyse de coulée hypothétique, le résultat non arrondi est 35,125. Présenter un PREN de 35,13 conserve deux décimales ; présenter un PREN de 35,1 est plus prudent lorsque les données de composition ne justifient pas les centièmes.

Le nombre de chiffres indiqués doit refléter la précision des données d’entrée. Si le chrome est indiqué uniquement à 22 %, le molybdène à 3 % et l’azote à 0,2 %, un résultat tel que 35,127 constitue une fausse précision. Une formulation raisonnable serait : « PREN calculé ≈35 », en précisant les valeurs nominales ou arrondies utilisées.

N’arrondissez pas chaque contribution trop tôt. Dans l’exemple de l’analyse de coulée, arrondir la contribution du molybdène de 10,065 à 10,1 et celle de l’azote de 2,960 à 3,0 avant de faire la somme donne 35,1, tandis que la conservation des valeurs donne 35,125. La différence est faible ici, mais elle peut avoir une incidence sur les comparaisons proches d’un seuil.

Un rapport complet doit préciser l’équation, la source de la composition et la convention d’arrondi : « PREN = 35,13, calculé à l’aide de PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N) à partir de l’analyse de coulée déclarée ; données d’entrée en pourcentages massiques ; arrondi à deux décimales. » Si des valeurs nominales, des minima ou des maxima de spécification ont été utilisés, indiquez-le explicitement.

Enfin, le calcul ne constitue pas une validation. ASTM G48 spécifie des méthodes de laboratoire permettant de comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés quant à leur résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse dans des conditions définies au chlorure ferrique. Les performances réelles dépendent également de la microstructure, des inclusions, du soudage, de l’état de surface, de la température, de la concentration en chlorures, de la disponibilité de l’oxygène et de la géométrie des crevasses. Le PREN aide à comparer un potentiel fondé sur la composition ; il ne reproduit pas tous les environnements de service.

Pourquoi le chrome, le molybdène et l’azote sont importants

Le nombre d’équivalence de résistance à la corrosion par piqûres, couramment utilisé, est calculé comme suit :

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

Les teneurs en éléments d’alliage sont exprimées en pourcentages massiques. Cette opération arithmétique attribue au chrome, au molybdène et à l’azote des coefficients différents, car chacun de ces éléments a été associé, par comparaison empirique, à la résistance des aciers inoxydables à la corrosion localisée induite par les chlorures. Cette expression n’est pas une loi mécaniste et ne convertit pas directement la composition en prévision de la durée de service. Il s’agit d’un indice fondé sur la composition, destiné à classer ou à comparer les alliages.

La British Stainless Steel Association a donné l’expression ci-dessus en 2025, tandis qu’Outokumpu décrit le « PRE ou PREN » comme un indice fondé sur la composition, utilisé pour classer et comparer les aciers inoxydables en fonction de leur résistance à la corrosion par piqûres. Le sens de la comparaison est utile : une valeur calculée plus élevée correspond généralement à une plus grande résistance aux attaques localisées dans les solutions contenant des chlorures. Ce nombre ne constitue toutefois qu’un élément de l’évaluation. La microstructure, le traitement thermique, l’état de surface, les inclusions, le soudage, la géométrie des interstices, la température, la concentration en chlorures, le pH, les conditions oxydantes et l’écoulement peuvent modifier les performances réelles.

Le chrome et la formation du film passif

Le chrome constitue le premier terme de l’équation, car il fournit la base chimique de la passivité des aciers inoxydables. Lorsqu’un alliage fer-chrome est exposé à l’air ou à un milieu aqueux, le chrome présent à la surface favorise la formation d’un film passif mince, adhérent et riche en oxydes. Ce film réduit fortement la vitesse de dissolution de l’alliage sous-jacent par rapport au fer non allié ou à l’acier au carbone ordinaire. L’acier inoxydable n’est donc pas exempt de corrosion ; son comportement utile dépend de la formation du film, de son maintien en place et de sa capacité à se réparer après des dommages mineurs.

Le seuil bien connu d’environ 10,5 % de chrome est associé à la définition de l’acier inoxydable dans de nombreux contextes techniques, bien que le comportement précis dépende de la composition de l’alliage et du milieu. Une augmentation de la teneur en chrome renforce généralement la capacité à former et à maintenir le film passif, ce qui explique pourquoi le chrome reçoit un coefficient de 1 dans l’expression PREN de base. Ce coefficient ne doit pas être interprété comme la preuve que le chrome est moins important que le molybdène ou l’azote dans toutes les circonstances. Le chrome établit l’état passif sur lequel agissent les effets des autres éléments d’alliage.

La corrosion localisée commence lorsqu’une petite zone de la surface passive devient instable. Les ions chlorure peuvent se concentrer au niveau de défauts, d’inclusions, d’interstices ou de zones endommagées, et la cellule électrochimique qui en résulte peut provoquer la croissance d’une piqûre alors que la majeure partie de la surface demeure passive. Une teneur plus élevée en chrome peut améliorer la résistance de l’alliage à cette transition, mais la teneur totale en chrome ne décrit pas sa répartition dans son ensemble. Le chrome incorporé dans des nitrures ou des carbures de chrome n’est pas équivalent, à la surface concernée, au chrome disponible dans la matrice environnante. C’est l’une des raisons pour lesquelles la sensibilisation, de mauvaises pratiques de soudage ou un traitement thermique inadéquat peuvent provoquer une corrosion localisée malgré un PREN nominal respectable.

Les nuances ferritiques telles que EN 1.4016, couramment désignées X6Cr17, dépendent fortement du chrome pour leur passivité, mais contiennent peu ou pas de molybdène et d’azote par rapport aux nuances plus fortement alliées. Les nuances austénitiques telles que EN 1.4301, X5CrNi18-10, et EN 1.4404, X2CrNiMo17-12-2, montrent pourquoi le chrome doit être considéré avec le reste de la composition. Cette dernière contient du molybdène en plus du chrome ; son PREN calculé est donc supérieur à celui d’un alliage typique de type 304. La comparaison est informative, mais non absolue.

Le molybdène et la résistance à la rupture localisée de la passivité

Le molybdène reçoit un coefficient de 3,3 dans l’expression courante :

$$3.3(\%\mathrm{Mo})$$

Cette pondération reflète sa forte association empirique avec la résistance à l’amorçage et à la propagation des piqûres dans les milieux contenant des chlorures. Le molybdène ne rend pas simplement le film passif « plus épais ». Son effet est généralement décrit en termes d’amélioration de la stabilité et de la réparation de l’état passif aux endroits où les chlorures ont commencé à attaquer, ainsi que de réduction de la sévérité de la dissolution localisée. Le mécanisme exact varie selon la structure de l’alliage, le potentiel et le milieu ; le coefficient doit donc être considéré comme un facteur de comparaison empirique plutôt que comme une mesure universelle de l’action physique du molybdène.

Cette distinction est importante lors de la comparaison des nuances. EN 1.4404, X2CrNiMo17-12-2, contient environ 2 % de molybdène dans la plage de composition spécifiée, tandis que EN 1.4301, X5CrNi18-10, ne s’appuie pas intentionnellement sur le molybdène pour sa résistance à la corrosion. Un calcul nominal fondé sur une composition chimique représentative attribue à la nuance contenant du molybdène un PREN plus élevé. Ce résultat concorde avec son avantage habituel dans les milieux contenant des chlorures, mais ne garantit pas une immunité à la corrosion par piqûres, notamment dans des solutions chaudes et concentrées de chlorures ou sous des dépôts et dans des interstices.

Le molybdène est également présent dans les aciers inoxydables ferritiques, austénitiques et duplex. Dans les nuances duplex, cet élément contribue à la forte résistance à la corrosion localisée associée à des compositions telles que EN 1.4462, X2CrNiMoN22-5-3. Toutefois, le comportement mesuré d’une soudure duplex ou d’une zone affectée thermiquement peut différer de celui d’un métal de base correctement recuit en solution. L’équilibre entre les phases, les phases intermétalliques, la répartition de l’azote et la répartition du chrome et du molybdène sont autant de facteurs importants. Un calcul fondé sur la composition globale ne peut pas détecter ces conditions locales.

L’International Stainless Steel Forum présente une forme incluant le tungstène :

$$\mathrm{PRENW}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

Dans cette formule, le tungstène reçoit la moitié de la contribution du molybdène au sein du terme associé au molybdène. L’ISSF présente également une expression ajustée en fonction du manganèse :

$$\mathrm{PRENMn}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

Ces variantes montrent que les conventions relatives au PREN ne sont pas des appellations interchangeables. L’expression retenue doit être précisée, en particulier pour les alliages contenant du tungstène ou fortement chargés en manganèse.

L’azote dans la conception des alliages d’acier inoxydable

L’azote possède le coefficient le plus élevé dans l’équation courante, soit 16 :

$$16(\%N)$$

Ce coefficient élevé ne signifie pas que l’azote est seize fois plus important que le chrome dans tous les phénomènes métallurgiques. Il traduit une contribution empirique par unité de pourcentage massique dans les alliages et les données d’essai à partir desquels l’expression a été élaborée. L’azote peut améliorer la résistance à la corrosion localisée, renforcer l’austénite et influer sur l’équilibre entre les phases des aciers inoxydables duplex. Ces effets lui confèrent une importance particulière dans la conception des alliages modernes.

Dans les aciers inoxydables duplex, l’azote contribue à stabiliser la phase austénitique, tandis que le chrome et le molybdène favorisent la résistance à la corrosion de la phase ferritique. L’objectif n’est pas simplement d’obtenir une forte teneur en azote. Après la fabrication, le soudage et le refroidissement, l’alliage doit conserver un équilibre approprié entre la ferrite et l’austénite. Une perte ou une redistribution de l’azote pendant le soudage peut affecter le métal soudé et la zone affectée thermiquement, tandis qu’une exposition thermique excessive peut favoriser la formation de précipités indésirables qui consomment du chrome ou du molybdène dans la matrice environnante. Par conséquent, une nuance duplex présentant un PREN calculé élevé peut tout de même subir une attaque localisée si sa microstructure après transformation est inadéquate.

L’azote contribue également à la résistance à la corrosion et à la résistance mécanique des nuances austénitiques fortement alliées. Dans un alliage tel que EN 1.4410, X2CrNiMoN25-7-4, l’azote fait partie d’une composition soigneusement équilibrée contenant des quantités importantes de chrome et de molybdène. Son rôle est combiné à celui de ces éléments et ne peut pas en être séparé dans les conditions pratiques de service. Une même addition nominale d’azote peut produire des résultats différents selon qu’il reste dissous dans la matrice, forme des nitrures ou est affecté par une ségrégation de la composition chimique.

Le nickel n’est pas inclus dans l’équation PREN de base, comme l’a indiqué la Society of Petroleum Engineers en 2025. Cette omission ne rend pas le nickel sans importance sur le plan métallurgique. Le nickel influe sur la stabilité de l’austénite, l’équilibre entre les phases, le comportement lors des transformations et les performances générales en matière de corrosion, mais l’indice de base a été construit autour des principaux termes de composition utilisés pour comparer la résistance à la corrosion localisée. Le nickel ne peut donc pas être ajouté à la formule simplement parce qu’il constitue un élément d’alliage important des aciers inoxydables.

Le calcul du PREN et la validation de la résistance à la corrosion sont deux tâches distinctes. ASTM G48 spécifie des méthodes de laboratoire permettant de comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés en mesurant leur résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse dans des conditions définies au chlorure ferrique. Ces essais peuvent différencier les matériaux dans des conditions contrôlées ; ils ne reproduisent pas toutes les solutions de chlorures, tous les dépôts, toutes les soudures, tous les états de surface ni toutes les températures de fonctionnement. Le PREN aide à organiser les comparaisons entre alliages. Il ne remplace ni les essais ASTM G48, ni les données de terrain, ni l’évaluation du milieu réel de service.

PRENW : la variante contenant du tungstène

L’expression PRENW

PRENWPRENW Convention de PREN applicable aux alliages contenant du tungstène, selon laquelle la moitié du pourcentage massique de tungstène est ajoutée au terme du molybdène avant la multiplication par 3.3.

La forme contenant du tungstène du nombre équivalent de résistance à la piqûration est :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

Toutes les valeurs de composition sont exprimées en pourcentages massiques. Cette expression est publiée par la British Stainless Steel Association (BSSA), l’International Stainless Steel Forum (ISSF) et l’article cité de 2021 paru dans Metals comme une variante destinée à comparer les aciers inoxydables contenant du tungstène. Il ne s’agit pas d’un remplacement à appliquer automatiquement à toutes les compositions d’aciers inoxydables.

L’expression ordinaire présentée ailleurs dans cet article est :

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

La différence se limite au traitement du tungstène. Le chrome, le molybdène et l’azote restent les termes actifs, tandis que le nickel reste exclu des deux expressions. La Society of Petroleum Engineers a déclaré en 2025 que le nickel n’est pas inclus dans l’équation PREN. Cette omission ne signifie pas que le nickel n’a aucune importance métallurgique. Le nickel influe sur l’équilibre des phases, la formation de l’austénite, les propriétés mécaniques et le comportement à la corrosion de certaines microstructures. Cela signifie seulement qu’aucun coefficient ne lui est attribué dans cet indice empirique.

Le PRENW est donc un outil de comparaison fondé sur la composition, et non une évaluation universelle de la résistance à la corrosion. Outokumpu décrit le PRE, ou PREN, comme un indice utilisé pour classer et comparer les aciers inoxydables du point de vue de leur résistance à la piqûration. L’article de 2021 paru dans Metals indique de même qu’une valeur de PREN plus élevée correspond généralement à une meilleure résistance aux attaques localisées dans les solutions contenant des chlorures. Le terme « généralement » est important. La valeur classe les compositions selon la convention utilisée ; elle ne calcule pas directement une durée de vie en service, un potentiel garanti de piqûration ni une concentration sûre en chlorures.

La convention intégrant le tungstène est particulièrement pertinente pour comparer des familles d’aciers inoxydables dans lesquelles le tungstène constitue un ajout d’alliage délibéré. Ces comparaisons peuvent inclure des nuances duplex et ferritiques, ainsi que d’autres aciers inoxydables fortement alliés. Le calcul doit utiliser la composition certifiée ou spécifiée pour la nuance et appliquer la même convention à tous les alliages comparés. Mélanger une valeur PREN standard pour un acier avec une valeur PRENW pour un autre peut créer une différence apparente provenant de la formule plutôt que du matériau.

À titre d’exemple, considérons une composition hypothétique contenant 25,0 % de Cr, 3,0 % de Mo, 0,7 % de W et 0,25 % de N. Selon la formule ordinaire, qui ignore le tungstène, le résultat est :

$$25.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.25\right)$$

$$=25.0+9.9+4.0=38.9$$

Avec le PRENW, la même composition donne :

$$25.0+3.3(3.0+0.5(0.7\left)\right)+16\left(0.25\right)$$

$$=25.0+3.3\left(3.35\right)+4.0$$

$$=25.0+11.055+4.0=40.055$$

La différence est de 1,155 unité d’indice. Cette différence correspond à la contribution attribuée à 0,7 % de tungstène selon cette convention ; elle ne représente pas une augmentation mesurée de la température critique de piqûration ni une prédiction directe des performances en conditions réelles.

La contribution de 0,5W dans le terme du molybdène

La présence de $0.5\%W$ à l’intérieur des parenthèses est facile à mal interpréter. Elle ne signifie pas que le tungstène contribue à hauteur de 0,5 unité de PREN pour chaque pourcentage massique. L’ensemble du terme entre parenthèses est multiplié par 3,3.

Le développement algébrique de l’équation permet de comprendre clairement la pondération :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3\%\mathrm{Mo}+3.3(0.5\%W)+16\%N$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3\%\mathrm{Mo}+1.65\%W+16\%N$$

Ainsi, selon cette convention, chaque point de pourcentage supplémentaire de tungstène contribue à hauteur de 1,65 unité de PREN. Une composition contenant 0,5 % de W reçoit un terme de tungstène égal à :

$$1.65\left(0.5\right)=0.825$$

Une composition contenant 1,0 % de W reçoit 1,65 unité. À 2,0 % de W, la contribution est de 3,30 unités. Le coefficient constitue une convention de calcul comparatif ; il ne doit pas être interprété comme la preuve que le tungstène et le molybdène produisent des effets identiques dans tous les alliages, pour tous les équilibres de phases ou dans tous les milieux chlorurés.

Cette distinction est importante, car la formule condense plusieurs effets métallurgiques en un seul nombre. Le tungstène peut influer sur la stabilité et la chimie des films passifs, en particulier en association avec le chrome et le molybdène, mais la réponse dépend également de la ségrégation, des inclusions, du traitement thermique, de la répartition des phases, de l’état de surface et de l’environnement local. Dans les aciers inoxydables duplex, par exemple, la ferrite et l’austénite peuvent ne pas avoir des teneurs en éléments d’alliage identiques. Une composition globale introduite dans le PRENW ne peut pas montrer si une phase est localement appauvrie en chrome, en molybdène ou en azote.

L’expression ne transforme pas non plus le tungstène en molybdène dans l’alliage lui-même. Un acier contenant 3 % de Mo et 1 % de W n’est pas, à tous égards, chimiquement équivalent à un acier contenant 3,5 % de Mo. Le PRENW attribue aux deux compositions la même contribution incrémentale à l’indice pour ces termes — 3,3(3,0 + 0,5) est égal à 11,55 — mais leur chimie de phase, leur historique de fabrication et leur réponse à la corrosion localisée peuvent néanmoins différer.

Pour cette raison, les opérations arithmétiques devraient être présentées lorsque le PRENW est indiqué. Écrire seulement « la nuance a un PREN de 40 » dissimule le fait que le calcul a utilisé 1,65W, aucun terme pour le tungstène ou une autre convention publiée. Un rapport transparent devrait identifier la formule, préciser la base de composition, conserver un nombre suffisant de décimales pendant le calcul et indiquer s’il s’agit d’un résultat PREN ou PRENW.

Quand la convention intégrant le tungstène doit être précisée

La convention intégrant le tungstène doit être précisée chaque fois que le tungstène est inclus dans le calcul, lorsqu’une source désigne une valeur par PRENW et lorsque des nuances contenant des ajouts significatifs de tungstène sont comparées à des nuances qui en contiennent peu ou pas. Cela est particulièrement important pour les spécifications et les fiches techniques concernant les aciers inoxydables duplex contenant du tungstène, notamment les désignations telles que UNS S32760, dont la composition spécifiée comprend du tungstène. La spécification exacte du produit reste déterminante pour la composition autorisée ; la désignation nominale d’une nuance ne doit pas remplacer les valeurs de l’analyse de coulée utilisées dans le calcul.

Le label devrait également figurer dans les rapports techniques, les documents de sélection des matériaux et les comparaisons d’essais de corrosion. Une formulation claire pourrait être : « PRENW calculé selon %Cr + 3,3(%Mo + 0,5%W) + 16(%N), à partir des valeurs en pourcentage massique issues de l’analyse de coulée. » Si le tungstène n’a pas été inclus, il convient d’indiquer que l’expression courante a été utilisée : « PREN calculé selon %Cr + 3,3(%Mo) + 16(%N). » Il ne faut pas ajouter silencieusement une correction pour le tungstène simplement parce qu’une nuance contient une quantité détectable de W.

Ce dernier point est essentiel. L’expression courante du PREN demeure la convention correcte pour de nombreuses comparaisons d’aciers inoxydables, notamment lorsque le tungstène est absent ou n’est pas considéré comme un terme contributeur. L’ISSF publie également une expression ajustée en fonction du manganèse, le PRENMn :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

L’existence du PRENW et du PRENMn montre que le « PREN » n’est pas une équation immuable dans toutes les publications. Le suffixe indique au lecteur quelle convention de composition a été choisie. Si une source fournit une valeur sans suffixe pour une nuance contenant du tungstène, il convient de vérifier la base du calcul plutôt que de la supposer.

Enfin, le PRENW reste un indice destiné à classer la résistance à la corrosion localisée dans des conditions contenant des chlorures, et non à valider un composant en service. La norme ASTM G48 spécifie des méthodes de laboratoire permettant de comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés en mesurant leur résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse dans des conditions définies au chlorure ferrique. Ces essais peuvent étayer une comparaison fondée sur le calcul, mais ils ne reproduisent pas toutes les combinaisons de température, d’activité des chlorures, de dépôts, de soudage, de crevasses, de disponibilité de l’oxygène et de dommages mécaniques rencontrées en service.

Un PRENW plus élevé peut justifier l’attente d’une meilleure résistance au sein d’un ensemble de comparaison pertinent. Il ne peut garantir qu’une nuance contenant du tungstène résistera aux attaques dans tous les milieux chlorurés et ne dispense ni des essais ni de la revue de conception. Précisez la variante, présentez les opérations arithmétiques et considérez le résultat comme un élément de preuve empirique — et non comme une évaluation universelle de la résistance à la corrosion.

PRENMn et traitement du manganèse

PRENMn est une forme ajustée en fonction du manganèse du nombre équivalent de résistance à la corrosion par piqûres. Son objectif n’est pas de redéfinir le PREN pour tous les aciers inoxydables, mais de fournir une comparaison alternative fondée sur la composition lorsque le manganèse est considéré comme un facteur réduisant la résistance à la corrosion localisée. Cette distinction est importante, car le manganèse est présent dans de nombreuses compositions d’aciers inoxydables, alors qu’il est absent de l’équation PREN courante.

Le PREN reste un indice empirique. Une valeur plus élevée correspond généralement à une meilleure résistance aux attaques localisées dans les solutions contenant des chlorures, comme l’indique l’article publié en 2021 dans Metals, mais ce nombre ne constitue ni une prédiction de durée de vie, ni un potentiel de piqûration garanti, ni un substitut aux essais de corrosion. Le terme relatif au manganèse modifie l’indice calculé ; il ne transforme pas le calcul en modèle direct de corrosion.

L’expression PRENMn de l’ISSF

L’International Stainless Steel Forum (ISSF) donne l’expression ajustée en fonction du manganèse suivante :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

Il s’agit de la forme exacte fournie par l’ISSF dans sa publication de 2025, Duplex Stainless Steels. Le chrome, le molybdène, l’azote et le manganèse sont exprimés en pourcentages massiques. La teneur en manganèse est directement soustraite, avec un coefficient égal à un.

Cette construction produit une valeur inférieure à celle de l’expression courante lorsque la même analyse chimique est utilisée :

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

La British Stainless Steel Association a publié cette équation courante en 2025. Elle n’attribue aucun terme direct au manganèse. Cela ne signifie pas que le manganèse n’a aucune importance métallurgique. Le manganèse peut influer sur la stabilité de l’austénite, la solubilité de l’azote, l’équilibre des phases, les inclusions et la composition du film passif. Son effet sur la corrosion localisée dépend également du système d’alliage global et de l’historique de transformation. L’expression PREN courante est simplement une convention empirique établie dont les principaux termes sont le chrome, le molybdène et l’azote.

Considérons une analyse d’acier contenant 22,0 % de Cr, 3,0 % de Mo, 0,18 % de N et 2,0 % de Mn. Le calcul courant est le suivant :

$$22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)=34.38$$

L’application de l’expression PRENMn de l’ISSF donne :

$$22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)-2.0=32.38$$

Les deux valeurs décrivent la même coulée, mais elles ne correspondent pas au même indice. Désigner simplement les deux valeurs par « PREN 34,4 » et « PREN 32,4 » sans préciser les équations ouvre la porte à une comparaison erronée.

Cette approche est particulièrement pertinente lors de la comparaison de familles d’aciers inoxydables duplex, ferritiques et autres, présentant des teneurs différentes en manganèse. Par exemple, UNS S32205, couramment désigné comme acier inoxydable duplex 2205, est souvent étudié au moyen de la relation PREN conventionnelle. Une valeur ajustée en fonction du manganèse peut également être calculée si cette convention est explicitement retenue. Aucun de ces résultats ne doit être présenté comme l’évaluation intrinsèque unique de la résistance à la corrosion de la nuance. Le comportement réel dépend de l’équilibre des phases, de la ségrégation, du traitement thermique, de l’état de surface, de la microstructure de la zone soudée et de l’environnement chloruré.

Le nickel n’apparaît ni dans le PREN courant ni dans l’équation PRENMn de l’ISSF. La Society of Petroleum Engineers indique que « le nickel n’est pas inclus dans l’équation ». Cette omission ne signifie pas que le nickel est sans importance sur le plan métallurgique. Le nickel influe notamment sur la stabilité des phases et l’équilibre ferritique-austénitique, mais la famille d’équations PREN ne lui attribue aucun coefficient numérique.

Pourquoi les variantes des formules doivent être indiquées

PRENMn, le PREN ordinaire et le PRENW contenant du tungstène sont des conventions apparentées, mais leurs équations ne sont pas interchangeables. L’ISSF donne l’expression PRENW suivante :

$${\mathrm{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

Le terme relatif au tungstène est donc multiplié par 0,5 à l’intérieur du terme équivalent au molybdène, tandis que le manganèse est soustrait à l’extérieur de la parenthèse dans PRENMn. Un rapport indiquant seulement « PREN = 40 » ne précise pas quelle relation a produit cette valeur.

La base de composition doit également accompagner l’équation. Un calcul doit préciser si les données d’entrée correspondent aux limites nominales de la nuance, à la composition chimique spécifiée du produit, à l’analyse de coulée, à l’analyse de contrôle ou à la composition locale mesurée. Les normes et les fiches techniques indiquent couramment des plages plutôt qu’un résultat chimique unique. Remplacer chaque plage par sa valeur médiane peut produire une estimation pratique, mais cela n’équivaut pas à un calcul fondé sur l’analyse certifiée de la coulée. L’azote exige une attention particulière, car de faibles variations sont multipliées par 16, tandis que le molybdène est multiplié par 3,3.

Les unités nécessitent la même rigueur. Ces expressions utilisent des pourcentages massiques, et non des fractions massiques écrites sous forme décimale. Saisir 0,22 pour 22 % de Cr au lieu de 22,0 réduit la contribution du chrome de près de deux ordres de grandeur. La notation « %Cr » désigne, dans le cadre de cette convention de calcul, la teneur en chrome exprimée en pourcentage massique.

L’arrondissement doit également être précisé. Si chaque valeur de composition est arrondie avant le calcul, le résultat peut différer de celui d’un calcul conservant les chiffres analytiques jusqu’à l’étape finale. Un rapport utile indique donc l’équation, la source et la base de la composition, la date du calcul ou la révision du document, le cas échéant, ainsi que la règle d’arrondissement finale. « PRENMn = 32,4, équation ISSF, analyse de coulée en pourcentage massique, arrondi à une décimale » est reproductible. « PREN d’environ 32 » ne l’est pas.

La soustraction du manganèse ne doit pas être interprétée comme une correction universelle à appliquer à tous les aciers inoxydables. L’expression de l’ISSF est une convention empirique destinée à un cadre de comparaison particulier. Son application à une nuance austénitique riche en nickel, à une nuance ferritique ou à une nuance duplex n’efface pas les différences de microstructure et d’historique de corrosion. Elle n’établit pas non plus que le manganèse réduit la résistance à la corrosion par piqûres exactement d’un point de PREN pour chaque pourcentage massique supplémentaire, dans tous les environnements.

Comparaison de résultats calculés selon des conventions différentes

Une comparaison n’est pertinente que lorsque la même analyse chimique est traitée au moyen d’équations clairement identifiées. Supposons qu’un alliage contienne 25,0 % de Cr, 4,0 % de Mo, 0,30 % de N, 2,0 % de Mn et 0,5 % de W. Le PREN courant est :

$$25.0+3.3\left(4.0\right)+16\left(0.30\right)=40.60$$

Le résultat ajusté en fonction du manganèse est :

$$40.60-2.0=38.60$$

Le résultat tenant compte du tungstène est :

$$25.0+3.3(4.0+0.5\times 0.5)+16\left(0.30\right)=41.425$$

Arrondies à une décimale, ces valeurs deviennent respectivement 40,6, 38,6 et 41,4. L’écart est produit par la convention utilisée, et non par trois aciers différents. Présenter ces valeurs sans leurs désignations pourrait laisser croire que PRENW indique une résistance supérieure à celle de PRENMn, alors que les formules répondent à des questions de comparaison empirique différentes.

Pour la même raison, un tableau comparant UNS S32750, UNS S32205 et UNS S31603 devrait faire figurer l’équation dans le titre ou dans une note adjacente. Un tableau de « valeurs de PREN » mélangeant le PREN conventionnel, PRENW et PRENMn est méthodologiquement contestable, sauf si chaque entrée est identifiée. Le classement lui-même peut changer, en particulier lorsque les nuances présentent des teneurs similaires en chrome, en molybdène et en azote, mais des teneurs différentes en tungstène ou en manganèse.

Le calcul doit néanmoins être validé. ASTM G48 spécifie des méthodes de laboratoire permettant de comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés en mesurant leur résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse dans des conditions définies au chlorure ferrique. Ces essais permettent de comparer des éprouvettes selon des procédures contrôlées ; ils ne reproduisent pas tous les environnements de service. La concentration en chlorures, la température, l’accès de l’oxygène, les dépôts, les crevasses, le soudage, l’état de surface et la durée d’exposition peuvent modifier le résultat.

PRENMn doit donc être présenté comme un indice identifié, et non comme une évaluation universelle de la résistance à la corrosion. Utilisez l’équation de l’ISSF lorsque cette convention est visée, conservez l’équation PREN courante lorsqu’elle constitue la base établie de la comparaison, et ne placez jamais dans un même classement des résultats issus de formules différentes sans montrer comment chaque valeur a été calculée.

Le PREN dans les aciers inoxydables ferritiques, duplex et autres

Le Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) est utilisé pour plusieurs familles d’aciers inoxydables, notamment les nuances ferritiques, duplex, austénitiques et martensitiques. Cet usage commun ne fait pas du PREN une mesure universelle de la corrosion. Il reste un indice empirique fondé sur la composition, destiné à comparer la résistance probable à la corrosion localisée dans des conditions contenant des chlorures.

Le calcul couramment rapporté est le suivant :

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

Le chrome, le molybdène et l’azote sont introduits sous forme de pourcentages massiques. La British Stainless Steel Association a donné cette expression dans son explication de 2025 consacrée aux calculs du PREN. Un résultat plus élevé indique généralement une plus grande résistance à la corrosion par piqûres induite par les chlorures, car le molybdène et l’azote contribuent fortement à la valeur calculée, en plus du chrome. L’article publié en 2021 dans Metals par MDPI décrit également cette relation : un PREN plus élevé correspond à une plus grande résistance à l’attaque localisée dans les solutions contenant des chlorures.

Cette valeur n’est ni un potentiel de piqûration, ni une prédiction de durée de service, ni une limite d’acceptation ou de rejet. Outokumpu décrit le « PRE ou PREN » comme « un indice fondé sur la composition, utilisé pour classer et comparer les aciers inoxydables en fonction de leur résistance à la corrosion par piqûres ». Cette formulation est importante. Le PREN compare les compositions selon une interprétation définie ; il ne reproduit pas les effets du soudage, de la contamination de surface, du traitement thermique, des interstices, des dépôts, de la température, de l’acidité, de la concentration en oxygène ou de l’écoulement.

Le nickel est omis de l’expression courante du PREN, bien qu’il influe sur l’équilibre des phases ainsi que sur d’autres propriétés métallurgiques et de corrosion. Limited evidence

Le nickel n’est pas inclus dans l’équation courante. La Society of Petroleum Engineers l’a explicitement souligné en 2025. Le nickel influe néanmoins sur la stabilité des phases, la formation de l’austénite, la ténacité et le comportement en corrosion générale, mais son absence de la formule empêche de considérer le PREN comme une description complète d’un alliage.

Aciers inoxydables ferritiques

Les aciers inoxydables ferritiques possèdent une matrice ferritique cubique centrée et sont généralement conçus avec le chrome comme principal élément d’alliage. Leur composition peut également contenir du molybdène, de l’azote, du titane, du niobium ou d’autres éléments, selon la nuance et l’utilisation prévue. Puisque l’équation courante du PREN utilise le chrome, le molybdène et l’azote, elle peut être appliquée aux nuances ferritiques de la même manière qu’aux autres aciers inoxydables.

Ce calcul est utile pour situer les compositions ferritiques sur une échelle comparative. Il n’efface pas les caractéristiques métallurgiques qui distinguent les aciers inoxydables ferritiques des aciers austénitiques ou duplex. Les nuances ferritiques peuvent réagir différemment au soudage, à l’exposition thermique et aux dommages de surface, même lorsque leurs valeurs de PREN calculées sont similaires à celles de nuances appartenant à une autre famille. La structure des grains, les précipités, la composition de la zone soudée et l’état du film passif peuvent tous influer sur l’amorçage observé de la corrosion par piqûres.

La famille ferritique comprend des désignations telles que EN 1.4003, EN 1.4016 et EN 1.4521, tandis que des compositions ferritiques plus fortement alliées sont également couvertes par d’autres normes nationales, régionales ou de produit. Ces désignations ne doivent pas être considérées comme des appellations interchangeables correspondant à une seule classe de résistance à la corrosion. Chacune renvoie à une plage chimique et à une désignation de produit spécifiées, et le calcul effectif du PREN doit utiliser la composition applicable au matériau évalué.

Une désignation nominale de nuance peut fournir une plage plutôt qu’une analyse exacte unique. Par conséquent, deux coulées conformes à la même spécification peuvent produire des valeurs de PREN calculées légèrement différentes. Si le certificat du fournisseur indique les teneurs mesurées en chrome, en molybdène et en azote, ces valeurs peuvent être introduites dans l’équation. Si seules des valeurs nominales ou maximales sont disponibles, le résultat constitue une estimation liée à ces hypothèses.

Les aciers inoxydables ferritiques illustrent également l’importance de l’état de surface. Le meulage, le décapage, le polissage et l’exposition à une contamination ferreuse peuvent modifier la surface exposée à une solution de chlorures sans changer le PREN global. Une surface endommagée mécaniquement ou contaminée peut subir une attaque plus précoce qu’une surface propre et correctement traitée issue de la même coulée d’acier. Le PREN ne peut pas rendre compte de cette différence.

Les recommandations relatives aux aciers ferritiques publiées par l’International Stainless Steel Forum (ISSF) présentent le PREN comme l’un des moyens liés à la composition permettant d’aborder la résistance à la corrosion localisée des produits en acier inoxydable. Il convient donc de le considérer comme un outil de comparaison, et non comme la preuve que toute nuance ferritique présentant une valeur calculée donnée se comportera de manière identique en service.

Aciers inoxydables duplex

Les aciers inoxydables duplex contiennent à la fois des phases ferritique et austénitique. Leurs performances dépendent non seulement de la composition globale, mais aussi de l’équilibre, de la répartition et de l’état de ces phases. La famille duplex comprend des désignations telles que EN 1.4462 et les désignations UNS correspondantes UNS S31803 et UNS S32205, lorsque la norme de produit concernée les identifie comme applicables. Les nuances duplex plus faiblement ou plus fortement alliées utilisent d’autres désignations exactes. La désignation seule ne dispense pas de vérifier les exigences chimiques et les exigences relatives au produit applicables.

Le PREN est particulièrement courant dans les discussions consacrées aux aciers inoxydables duplex, car l’azote, le chrome et le molybdène sont importants pour leur résistance à la corrosion localisée. L’azote favorise la formation de l’austénite et possède un coefficient élevé dans l’équation. Le molybdène et le chrome contribuent par l’intermédiaire des autres termes. Pour les compositions duplex contenant du tungstène, le document de l’ISSF consacré aux aciers duplex, publié en 2025, donne l’expression alternative suivante :

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

Dans cette expression, le tungstène est inclus à hauteur de la moitié de son pourcentage massique dans le terme associé au molybdène. Cette expression ne doit pas être mélangée de manière arbitraire avec le calcul ordinaire du PREN. Une valeur rapportée doit préciser si le PREN ou le PREN${}_W$ a été utilisé.

Le même document de l’ISSF présente également une expression ajustée en fonction du manganèse :

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

Cette forme vise à tenir compte du manganèse dans les comparaisons portant sur des compositions duplex. Il ne s’agit pas du même indice que l’expression conventionnelle. Un résultat numérique calculé avec le PREN${}_{\mathrm{Mn}}$ doit être identifié comme tel, car sa comparaison directe avec un PREN conventionnel non qualifié peut donner une impression trompeuse de précision.

La métallurgie des aciers duplex rend particulièrement évidentes les limites d’une valeur unique. Le soudage peut modifier l’équilibre ferrite–austénite dans le métal fondu et dans la zone affectée thermiquement. Une teneur excessive en ferrite, un refroidissement inapproprié ou une précipitation lors de l’exposition thermique peuvent réduire la résistance à la corrosion localisée, même lorsque la composition du métal de base produit un PREN élevé. À l’inverse, une procédure de fabrication maîtrisée peut préserver un équilibre des phases et un état de surface plus favorables.

Le traitement thermique est également important. Les produits duplex sont fabriqués et soumis à un traitement de mise en solution dans des conditions destinées à contrôler l’équilibre des phases et à éviter les phases intermétalliques nocives. La phase sigma et les précipités apparentés peuvent consommer localement le chrome et le molybdène, créant des zones dont la résistance est inférieure à ce que suggère la composition globale. Le PREN calculé à partir du certificat ne peut pas détecter cet appauvrissement microstructural.

Le document de l’ISSF consacré aux aciers duplex décrit également une valeur plus élevée comme indiquant, de manière semi-quantitative, une plus grande résistance à la corrosion localisée dans les sols contenant des chlorures. La qualification « semi-quantitative » est importante. L’indice permet d’établir un classement ; il ne définit pas un seuil universel applicable à tous les sols, à l’eau de mer, aux flux de procédé ou aux géométries d’interstice.

Pourquoi la famille de nuances modifie l’interprétation

Une valeur de PREN n’a de signification qu’en association avec la famille d’aciers inoxydables, la spécification, l’état du matériau et l’environnement prévu. Le même indice numérique calculé pour un acier ferritique et pour un acier duplex ne garantit pas des performances équivalentes en matière de corrosion par piqûres. Leur structure de phases diffère, leur comportement au soudage diffère, et leur sensibilité à la précipitation ou au déséquilibre des phases diffère également.

La même prudence s’applique à la comparaison d’une nuance duplex avec une nuance austénitique ou martensitique. La formule courante traite certains éléments comme des contributions pondérées, mais elle n’inclut ni le nickel, ni le cuivre, ni le silicium, ni le carbone, ni l’état de surface, ni la structure des grains, ni l’historique de fabrication. Elle ne précise pas non plus si la composition rapportée correspond à une analyse de coulée, à une analyse du produit ou à une valeur nominale.

La validation nécessite des essais et un jugement d’ingénierie. ASTM G48:2011 spécifie des méthodes de laboratoire permettant de comparer des aciers inoxydables et des alliages apparentés en mesurant leur résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse dans des conditions définies au chlorure ferrique. Ces méthodes fournissent des comparaisons contrôlées, mais le chlorure ferrique ne constitue pas un modèle complet de tous les environnements d’exploitation. Une solution de procédé contenant des chlorures peut différer par sa température, son pH, son pouvoir oxydant et son comportement de mouillage ; un composant enterré peut être soumis à des dépôts et à une aération différentielle ; un assemblage soudé peut comporter plusieurs zones métallurgiquement distinctes.

Pour cette raison, le PREN est le plus défendable lorsqu’il est rapporté avec sa formule, la base de composition utilisée et l’état du matériau. « PREN 40 », sans ces précisions, est incomplet. Une comparaison utile indique s’il s’agit du PREN conventionnel, du PREN${}_W$ ou du PREN${}_{\mathrm{Mn}}$, mentionne la désignation de la nuance, précise si la composition est nominale ou mesurée, et distingue les calculs relatifs au métal de base de l’évaluation de la soudure ou de la zone affectée thermiquement.

Utilisé de manière rigoureuse, le PREN permet de discuter des aciers inoxydables ferritiques, duplex et autres sur une échelle commune fondée sur la composition. Il ne rend pas ces familles métallurgiquement équivalentes et ne peut remplacer les essais lorsque la corrosion localisée risque d’avoir des conséquences graves.

Nickel, conception des alliages et interprétation erronée courante

Pourquoi le nickel est absent de l’équation courante

Le calcul couramment utilisé est le suivant :

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

Les teneurs en éléments d’alliage sont exprimées en pourcentages massiques. Le chrome, le molybdène et l’azote sont pris en compte ; le nickel ne l’est pas. La Society of Petroleum Engineers l’indique directement dans sa discussion de 2025 consacrée à la sélection des matériaux : « le nickel n’est pas inclus dans l’équation ». Il ne s’agit ni d’une omission accidentelle ni d’une lacune typographique dans la formule.

La raison est que le PREN est un indice empirique limité, et non une description numérique complète de la métallurgie des aciers inoxydables. Cet indice a été élaboré pour comparer la tendance des aciers inoxydables à la corrosion localisée, en particulier à la corrosion par piqûres, dans des conditions contenant des chlorures. Dans l’expression courante, le chrome représente la contribution principale à la formation du film passif, tandis que le molybdène et l’azote accroissent généralement la résistance à la rupture locale de ce film. Les coefficients — 3,3 pour le molybdène et 16 pour l’azote — sont des facteurs de pondération empiriques, et non des constantes physiques universelles.

La British Stainless Steel Association donne précisément cette forme de l’équation dans son explication de 2025 consacrée aux calculs du PREN. Une valeur calculée plus élevée indique normalement une plus grande résistance à l’attaque localisée dans les environnements contenant des chlorures, comme l’indique l’article publié en 2021 dans Metals, mais le terme « normalement » est important. Le PREN classe les compositions selon un schéma de comparaison défini ; il ne calcule ni une durée de vie en service, ni un potentiel de piqûration garanti, ni une température minimale garantie d’apparition de l’attaque.

Les expressions alternatives renforcent l’idée que le PREN constitue une famille de formules empiriques de comparaison, plutôt qu’un modèle complet de la corrosion. L’International Stainless Steel Forum rapporte :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

pour une expression applicable aux alliages contenant du tungstène, ainsi que :

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

pour une expression ajustée en fonction du manganèse. Le nickel reste absent de ces deux formes rapportées. Modifier la formule pour tenir compte du tungstène ou du manganèse ne transforme pas le PREN en indice général de performance des alliages. Cela ne fait que modifier la comparaison empirique utilisée pour un groupe particulier d’aciers inoxydables ou pour une interprétation particulière de la composition.

Un calcul simple montre pourquoi une arithmétique dépourvue de nickel ne doit pas être interprétée comme une métallurgie dépourvue de nickel. En utilisant des compositions nominales approximatives, un acier inoxydable de type 304 contenant 18 % massiques de Cr, aucun terme intentionnel relatif au Mo et 0,08 % massique de N donne un PREN courant d’environ 19,3. Un acier inoxydable de type 316L contenant 17 % massiques de Cr, 2,5 % massiques de Mo et 0,05 % massique de N donne environ 26,1. Le nickel est présent dans les deux nuances, mais son pourcentage n’est pas introduit dans le calcul. La différence entre ces valeurs illustratives du PREN provient des termes auxquels l’équation a été conçue pour attribuer une pondération, et non de l’affirmation que le nickel n’a aucun effet sur l’un ou l’autre alliage.

La composition ne correspond pas non plus à elle seule à l’état du matériau. La ségrégation, les inclusions, le traitement thermique, les cycles thermiques de soudage, la contamination de surface, l’équilibre des phases et l’état de finition de la surface peuvent modifier le comportement face à la corrosion localisée. Deux coulées présentant des valeurs nominales de PREN similaires peuvent ne pas se comporter de manière identique lors d’un essai ou en service. La norme ASTM G48:2011 spécifie des méthodes de laboratoire permettant de comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés en mesurant leur résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse dans des conditions définies au chlorure ferrique. De tels essais peuvent valider une comparaison pour la procédure sélectionnée. Ils ne font pas de l’équation du PREN un substitut aux essais.

Rôle métallurgique du nickel par rapport au domaine d’application du PREN

Le nickel joue un rôle métallurgique majeur, même s’il ne possède aucun terme dans l’équation courante du PREN. Dans les aciers inoxydables fer-chrome-nickel, le nickel stabilise la phase austénitique. Le type 304, désigné UNS S30400, est un acier inoxydable austénitique dont l’équilibre chrome-nickel favorise une structure austénitique sur une large plage de conditions de transformation. Le type 316L, désigné UNS S31603, utilise le nickel comme élément de cet équilibre de phases, tout en ajoutant du molybdène afin d’améliorer la résistance à la corrosion localisée par rapport à la famille standard 18Cr-8Ni.

Cet effet sur les phases influence davantage que la seule structure cristalline. Le nickel agit sur la ténacité, notamment à basse température ; la ductilité ; l’écrouissage ; la réponse magnétique ; le comportement lors du formage à chaud et à froid ; ainsi que l’équilibre entre la ferrite et l’austénite pendant le soudage. Dans les nuances austénitiques, une teneur suffisante en nickel contribue à éviter la transformation indésirable en ferrite ou en martensite au cours de la mise en œuvre, bien que l’équilibre final des phases dépende de l’ensemble de la composition et de l’historique thermique. Le nickel interagit également avec le carbone, l’azote, le manganèse, le chrome et le molybdène. Il fait donc partie de la conception de l’alliage, même lorsqu’un indice de corrosion donné ne lui attribue aucun coefficient numérique.

Le contraste est évident dans le cas des aciers inoxydables duplex. Une nuance telle que le 2205, généralement désignée UNS S32205 ou UNS S31803 selon le produit spécifié et la désignation utilisée, est conçue pour contenir à la fois de la ferrite et de l’austénite. Le nickel contribue à établir la fraction d’austénite, tandis que le chrome, le molybdène et l’azote contribuent fortement à la résistance à la corrosion localisée. L’azote est particulièrement important, car il favorise la formation d’austénite et renforce l’alliage, tout en apparaissant avec un coefficient élevé dans l’expression du PREN. Un calcul du PREN ne reflète que certains aspects de cette conception.

Les nuances ferritiques mettent en évidence la même limitation sous un autre angle. Le type 430, désigné UNS S43000, contient peu ou pas de nickel intentionnellement ajouté par rapport aux nuances austénitiques, mais son comportement face à la corrosion ne peut pas être déduit de sa seule teneur en nickel. Sa structure ferritique, sa teneur en chrome, son état de surface, ses inclusions et son environnement jouent tous un rôle. Une composition sans nickel ou à faible teneur en nickel ne présente pas automatiquement une faible résistance à la corrosion localisée, pas plus qu’une composition contenant du nickel ne présente automatiquement un PREN élevé.

Le nickel peut également influencer le comportement face à la corrosion au-delà du cadre étroit de la comparaison de la résistance à la corrosion par piqûres. Il agit sur les vitesses de corrosion générale dans certains milieux acides et alcalins, sur la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte dans certains environnements, sur les phénomènes liés à l’hydrogène, sur la fatigue-corrosion et sur la stabilité des états passifs ou actifs de la surface. Ces effets dépendent de l’environnement. Un coefficient unique pour le nickel ne pourrait pas les représenter fidèlement, et l’introduire dans la formule courante sans base validée créerait une précision illusoire.

C’est pourquoi l’explication d’Outokumpu de 2025 décrit le PRE ou le PREN comme un indice fondé sur la composition, utilisé pour classer et comparer les aciers inoxydables en fonction de leur résistance à la corrosion par piqûres. « Classer et comparer » définit le domaine d’application pertinent. L’expression est utile précisément parce qu’elle est suffisamment limitée pour permettre une comparaison approximative, et non parce qu’elle prédit toutes les propriétés d’un alliage.

Éviter d’affirmer que les éléments omis sont sans importance

Un élément omis n’est pas un élément sans importance. C’est un élément auquel l’indice choisi n’attribue pas de score. Cette distinction doit être formulée clairement chaque fois que le PREN est présenté.

L’absence du nickel signifie seulement que l’indice empirique courant de résistance à la corrosion par piqûres ne lui attribue aucun terme direct. Elle ne signifie pas que le nickel n’a aucun rôle dans la stabilité des phases, les propriétés mécaniques, la soudabilité ou le comportement général face à la corrosion. Elle ne signifie pas non plus que le PREN peut comparer toutes les familles d’aciers inoxydables avec le même degré de fiabilité. Toute comparaison entre nuances austénitiques, ferritiques et duplex doit tenir compte de leurs microstructures et de leurs historiques de mise en œuvre différents, même lorsque la même arithmétique est appliquée à chaque composition.

Il ne faut pas non plus dissocier une valeur calculée de l’environnement. La concentration en chlorures, la température, l’acidité, la disponibilité de l’oxygène, les dépôts, les crevasses, l’écoulement, l’activité microbiologique et le couplage galvanique peuvent modifier la probabilité et la gravité de l’attaque localisée. L’International Stainless Steel Forum décrit une valeur plus élevée comme indiquant, de manière semi-quantitative, une plus grande résistance à la corrosion localisée dans les sols contenant des chlorures. Le terme « semi-quantitativement » limite la portée de cette affirmation. Un service dans le sol n’est pas identique à une exposition à l’eau de mer, à un flux de procédé chaud contenant des chlorures ou à un essai de laboratoire au chlorure ferrique.

Le PREN peut donc contribuer à une comparaison initiale des matériaux, en particulier lorsque les nuances appartiennent à des familles apparentées et que leurs compositions sont connues. Il ne peut pas établir qu’un composant durera plus longtemps qu’un autre dans tous les environnements chlorurés. Un matériau présentant un PREN plus élevé peut néanmoins subir une corrosion par piqûres en raison d’un défaut de soudage, d’une surface contaminée, d’une inclusion, d’une crevasse imprévue ou d’une température située en dehors de la base de comparaison. Inversement, une nuance à PREN plus faible peut fournir des performances adéquates lorsque les teneurs en chlorures, la température et la durée d’exposition restent modérées.

L’interprétation correcte est limitée, mais utile : le nickel est absent de l’équation parce que cet indice particulier a été construit autour de certains termes de composition associés à la résistance à la corrosion localisée. Les concepteurs d’alliages ont toujours besoin du nickel pour contrôler la constitution des phases et l’équilibre des propriétés. Les ingénieurs ont toujours besoin de normes, de contrôles de fabrication et d’essais de corrosion — tels que les procédures définies dans la norme ASTM G48 — lorsqu’une décision de mise en service dépend des performances réelles plutôt que d’un classement fondé sur la composition.

PREN et essais selon ASTM G48

Le PREN et la norme ASTM G48 répondent à des questions liées, mais différentes. Le PREN est calculé à partir de la composition chimique. La norme ASTM G48 produit une réponse expérimentale à partir d’une éprouvette donnée exposée selon une procédure de laboratoire spécifiée. Considérer ces deux approches comme interchangeables constitue une source fréquente de comparaisons erronées en matière de corrosion.

L’expression couramment utilisée est la suivante :

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

Le chrome, le molybdène et l’azote sont saisis sous forme de pourcentages massiques. Le résultat est sans dimension. Il s’agit d’un indice empirique permettant de classer les aciers inoxydables selon leur résistance attendue à la corrosion localisée dans des environnements contenant des chlorures, et non d’une mesure directe de la vitesse de corrosion, de la durée de service ou du potentiel de piqûration. La British Stainless Steel Association a donné cette formule dans son explication des calculs de PREN publiée en 2025.[4][4] How to Optimize Tubing Material Selections Using PREN Value. Society of Petroleum Engineers. Journal of Petroleum Technology, 2025.

L’équation ne prend pas non plus en compte le nickel. La Society of Petroleum Engineers a déclaré en 2025 que « le nickel n’est pas inclus dans l’équation ». Cette omission ne signifie pas que le nickel n’a aucune importance métallurgique. Le nickel influence l’équilibre des phases, la stabilité de l’austénite, la ténacité et le comportement vis-à-vis de la corrosion générale, notamment dans les nuances duplex et austénitiques. Cela signifie uniquement que le nickel ne se voit pas attribuer de coefficient dans cet indice particulier de résistance à la piqûration.

L’International Stainless Steel Forum présente également deux expressions apparentées. Pour les alliages contenant du tungstène :

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

Pour la forme ajustée en fonction du manganèse :

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

Ces variantes peuvent modifier le classement numérique, en particulier pour les aciers inoxydables duplex ou pour les compositions contenant des quantités importantes de tungstène ou de manganèse. Un nombre rapporté doit donc être accompagné de sa formule, et pas seulement de l’appellation « PREN ».

Ce que la norme ASTM G48 est conçue pour comparer

La norme ASTM G48 est une norme d’essai en laboratoire destinée à comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés selon leur résistance à l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse dans des conditions définies au chlorure ferrique. ASTM International a décrit cet objectif dans l’édition 2011 de la norme ASTM G48. La norme ne calcule pas un indice de composition. Elle expose les éprouvettes à un environnement agressif contenant des chlorures et enregistre l’apparition éventuelle d’une attaque localisée ainsi que les conditions dans lesquelles celle-ci s’amorce.

Cette distinction est importante. Un certificat matière peut fournir les teneurs en chrome, molybdène, azote et autres éléments chimiques à partir desquelles le PREN est calculé. Il ne peut pas fournir une température critique de piqûration ASTM G48 ni une perte de masse. Inversement, un résultat G48 correspond à l’état du matériau et à la procédure soumis à l’essai ; il ne peut pas être automatiquement converti en une valeur universelle de PREN.

La norme ASTM G48 comprend des méthodes portant sur la corrosion par piqûres et la corrosion caverneuse, notamment la méthode A pour les essais de piqûration au chlorure ferrique et la méthode B pour les essais de corrosion caverneuse au chlorure ferrique. D’autres méthodes de la norme concernent des déterminations fondées sur la température, telles que la température critique de piqûration ou la température critique de corrosion caverneuse. L’édition et la méthode applicables doivent être précisées, car la mention « testé selon ASTM G48 » est incomplète à elle seule.

Un résultat type peut être une réussite ou un échec à une température et pendant une durée d’exposition données, une température critique de piqûration, une température critique de corrosion caverneuse ou une observation de l’attaque après exposition. Le format de présentation des résultats dépend de la méthode. Une éprouvette qui reste exempte de piqûres visibles à une température donnée n’a pas démontré qu’elle résistera à toutes les solutions chlorurées en service, et une éprouvette qui se pique dans le chlorure ferrique n’a pas nécessairement permis de prédire la température ou le potentiel exacts auxquels elle défaillira dans un flux de procédé.

La norme ASTM G48 est particulièrement utile pour comparer des nuances telles que UNS S30400, communément désignée comme type 304 ; UNS S31603, communément désignée comme type 316L ; UNS S32205, communément désignée comme acier inoxydable duplex 2205 ; et des nuances plus fortement alliées telles que UNS S32750, communément désignée comme acier inoxydable superduplex 2507. Ces comparaisons ne sont pertinentes que lorsque les échantillons, la préparation et les conditions d’essai sont contrôlés. Une comparaison entre une tôle hypertrempée en solution et un tube soudé, par exemple, peut refléter l’état de la zone affectée thermiquement, la calamine de surface ou l’historique de fabrication autant que la composition chimique nominale de la nuance.

L’essai est un outil de présélection et de comparaison, et non une installation de service miniature. Le chlorure ferrique est délibérément agressif et peut provoquer rapidement une attaque localisée. Sa sévérité aide à distinguer les alliages en laboratoire, mais elle ne reproduit pas toutes les combinaisons de teneur en oxygène, de pH, d’activité des chlorures, d’écoulement, de dépôts, de biofilms, de pression, de température et de potentiel électrochimique présentes dans les équipements.

Conditions de laboratoire au chlorure ferrique

Les essais au chlorure ferrique utilisent une solution oxydante de chlorures, généralement préparée à partir d’hexahydrate de chlorure ferrique, FeCl₃·6H₂O, à la concentration et dans le volume spécifiés par la procédure ASTM G48 applicable. La solution n’est pas simplement de « l’eau salée ». Les ions ferriques renforcent le caractère oxydant de l’exposition, tandis que les chlorures favorisent la rupture du film passif et stabilisent les petites régions anodiques associées à la croissance des piqûres.

La température est une variable de contrôle majeure. Certaines procédures G48 exposent les éprouvettes à une température fixe pendant une durée spécifiée ; d’autres augmentent la température ou l’évaluent autrement afin de déterminer une valeur critique. La durée d’exposition, la préparation de la solution, la configuration du récipient et l’orientation de l’éprouvette peuvent influer sur le résultat observé. Une température critique de piqûration plus élevée indique généralement une meilleure résistance dans ce système d’essai, mais uniquement lorsque la même méthode et les mêmes critères de présentation des résultats sont utilisés.

L’état de surface est tout aussi important. Le meulage, le polissage, le décapage, la passivation, les colorations thermiques, les particules incrustées, les rayures et la contamination de surface modifient les sites où l’attaque peut commencer. Un acier inoxydable présentant une coloration de soudage ou une calamine d’oxyde peut se comporter différemment du même alliage nominal après un nettoyage approprié. Le résultat doit donc préciser l’état de surface et la procédure de nettoyage, plutôt que de présenter uniquement la désignation de la nuance.

Les essais de corrosion caverneuse ajoutent une autre variable : le générateur de crevasse. Une rondelle comprimée ou un autre assemblage spécifié crée une région à accès limité à l’oxygène, où la réparation du film passif est plus difficile. La pression de contact, le couple de matériaux, la géométrie et la méthode d’assemblage influencent la sévérité et l’emplacement de l’attaque. Les résultats relatifs à la piqûration et à la corrosion caverneuse ne doivent pas être fusionnés. Un alliage peut présenter peu de piqûres sur une surface libre tout en développant une corrosion sous un générateur de crevasse.

Après l’exposition, l’éprouvette est examinée conformément aux critères de la méthode. Cet examen peut comprendre une inspection visuelle, un nettoyage avant évaluation, la mesure de la profondeur des piqûres ou l’évaluation de la corrosion caverneuse. L’interprétation doit préciser ce qui a été considéré comme un échec. L’expression « aucune corrosion » peut signifier qu’aucune attaque visible n’a été observée selon une procédure d’inspection particulière ; elle ne signifie pas que des modifications électrochimiques étaient absentes.

Pourquoi le classement calculé et la réponse à l’essai peuvent diverger

Le PREN constitue une première comparaison utile, car la composition de l’alliage influence la stabilité du film passif. L’article publié en 2021 dans Metals indique qu’un PREN plus élevé correspond généralement à une plus grande résistance à l’attaque localisée dans les solutions contenant des chlorures. L’International Stainless Steel Forum décrit également une valeur plus élevée comme indiquant semi-quantitativement une plus grande résistance à la corrosion localisée dans les sols contenant des chlorures. La limite importante réside dans le terme « semi-quantitativement ».

Le calcul considère la composition comme la donnée déterminante, tandis que l’essai ASTM G48 porte sur un matériau réel présentant une microstructure et une surface particulières. La ségrégation lors de la solidification, les phases intermétalliques, les nitrures précipités, les régions appauvries en chrome, l’équilibre ferrite-austénite et l’historique des traitements thermiques peuvent modifier le comportement vis-à-vis de la corrosion localisée sans modifier la désignation nominale de la nuance. Cela est particulièrement pertinent pour les aciers inoxydables duplex, dans lesquels l’équilibre des phases et la répartition du chrome, du molybdène et de l’azote peuvent différer entre la ferrite et l’austénite.

L’état de fabrication peut également inverser un classement attendu. Un alliage à PREN élevé présentant une coloration thermique de soudage, un décapage insuffisant ou un traitement thermique défavorable peut s’attaquer avant un alliage à PREN plus faible dont la surface est propre et correctement passivée. Les tôles, les barres, les tubes et le métal fondu peuvent avoir subi des historiques thermiques différents. L’analyse chimique utilisée pour calculer le PREN peut correspondre à une plage de spécification nominale, tandis que l’éprouvette G48 contient la composition locale réelle et les défauts propres au produit.

La formule elle-même introduit une autre source de divergence. L’azote possède un coefficient de 16 ; une petite différence analytique ou entre les limites de spécification peut donc modifier sensiblement la valeur calculée. Les nuances contenant du tungstène peuvent être comparées au moyen du PREN_W plutôt qu’au moyen de l’expression de base du PREN. Appliquer l’équation PREN_Mn ajustée en fonction du manganèse à un alliage et l’équation de base à un autre rend le classement incohérent, à moins que la raison en soit clairement indiquée.

Ni le PREN ni la norme G48 ne représentent entièrement les conditions de service. L’eau de mer naturelle, par exemple, peut faire intervenir le bio-encrassement, les dépôts et une concentration en oxygène variable ; un procédé chaud contenant des chlorures peut impliquer une chimie acide, de l’évaporation et des contraintes de traction ; et les équipements destinés aux environnements contenant du sulfure peuvent nécessiter une évaluation distincte de la fissuration sous contrainte en présence de sulfures et des effets de l’hydrogène. La norme G48 ne remplace pas ces évaluations.

Un rapport techniquement utile devrait donc fournir à la fois l’indice et les éléments qui le justifient : l’expression exacte du PREN, la valeur de chaque élément et sa base analytique ; la désignation de l’alliage et la forme du produit ; l’édition et la méthode de la norme ASTM G48 ; la concentration de chlorure ferrique, la température et la durée d’exposition ; l’orientation de l’éprouvette et l’état de surface ; l’assemblage de corrosion caverneuse, le cas échéant ; ainsi que le critère utilisé pour identifier l’attaque. Sans ces précisions, une valeur de PREN et un résultat G48 peuvent donner une fausse impression de précision.

L’interprétation raisonnable est limitée, mais utile : le PREN aide à présélectionner et à classer les compositions, tandis que la norme ASTM G48 montre comment une éprouvette préparée réagit dans des conditions d’exposition accélérée définies en laboratoire. Aucun de ces deux nombres ne constitue une évaluation universelle de la corrosion.

Limites du PREN dans les environnements de service réels

La PREN n’est utile que si sa signification reste étroitement définie. L’expression courante, PREN = %Cr + 3,3(%Mo) + 16(%N), convertit certaines teneurs en éléments d’alliage, exprimées en pourcentage massique, en un indice empirique de comparaison. Une valeur plus élevée indique généralement une meilleure résistance à l’attaque localisée dans les solutions contenant des chlorures, comme l’explique l’article publié en 2021 dans Metals. Elle ne spécifie pas une durée de service, ne garantit pas un potentiel de piqûration et n’établit pas qu’un composant durera plus longtemps qu’un autre dans toutes les installations ou dans tous les environnements marins.

Cette distinction est importante, car la PREN classe une composition chimique nominale, tandis que la corrosion se produit sur une surface réelle, dans un environnement réel. La surface peut comporter un oxyde, de la calamine, une coloration de soudage, du fer incrusté, des inclusions ou des dépôts. L’environnement peut être stagnant plutôt qu’aéré, chaud plutôt qu’à température ambiante, et présenter une concentration élevée dans une crevasse plutôt qu’une composition égale à celle de la solution en vrac. La PREN ne peut pas intégrer toutes ces conditions.

L’International Stainless Steel Forum (ISSF) rapporte également des expressions modifiées, notamment PRENW = %Cr + 3,3(%Mo + 0,5%W) + 16(%N) pour les alliages contenant du tungstène, et PRENMn = %Cr + 3,3(%Mo) + 16(%N) − %Mn. Ces variantes renforcent la même limite : le résultat dépend de la formule empirique retenue et de la composition utilisée. Le nickel n’est pas inclus dans l’équation conventionnelle, comme l’a indiqué la Society of Petroleum Engineers en 2025, bien qu’il influence toujours la stabilité des phases, la structure et le comportement à la corrosion. Un seul nombre ne peut pas remplacer l’examen métallurgique et les essais représentatifs des conditions de service.

Concentration en chlorures, température et conditions d’oxygénation

Les chlorures ne correspondent pas à une condition d’exposition unique et fixe. Leur concentration à la surface du métal peut différer fortement de celle mesurée dans l’eau environnante. L’évaporation peut concentrer les chlorures dans un mince film humide. Des dépôts salins peuvent retenir l’humidité contre la paroi d’une conduite ou d’un récipient. Une crevasse située sous un joint, une bride, un support ou un dépôt peut développer une composition chimique différente de celle du liquide en vrac, avec une acidité accrue et une activité des chlorures modifiée. La PREN ne calcule pas ces variations.

La température ajoute une autre variable majeure. L’élévation de la température facilite généralement la rupture du film passif et peut accélérer la propagation d’une piqûre existante. Une nuance qui reste passive dans une solution froide et circulante contenant des chlorures peut subir une attaque lorsque les mêmes chlorures sont présents sous une isolation ou à l’intérieur d’une conduite de procédé chauffée. Toutefois, aucune correction unique de température ne peut être appliquée à la PREN pour les aciers inoxydables ferritiques, austénitiques et duplex, car la structure de l’alliage, l’état de surface et la composition de la solution influencent également le résultat.

L’écoulement peut réduire ou accroître le risque. Un liquide en mouvement peut éliminer les dépôts et empêcher la formation de cellules de concentration dans les zones stagnantes, mais une vitesse élevée, des solides en suspension ou des turbulences peuvent endommager le film passif. L’érosion-corrosion peut exposer de manière répétée du métal neuf, tandis qu’un tronçon mort peut rester chimiquement stagnant. Une comparaison fondée sur la PREN ne révèle pas laquelle de ces conditions hydrauliques est présente.

Les conditions d’oxygénation sont tout aussi importantes. L’acier inoxydable dépend d’un mince film passif riche en chrome, et la disponibilité de l’oxygène contribue à la formation et à la réparation de ce film. Une surface bien aérée et une crevasse appauvrie en oxygène peuvent donc se comporter différemment même lorsqu’elles sont en contact avec le même liquide. L’aération différentielle peut rendre la région la moins oxygénée anodique par rapport à la surface exposée. Les dépôts peuvent créer cette séparation, tout comme les biofilms, les isolants, les boues et les sédiments. Dans le même temps, une eau riche en oxygène peut favoriser une forte réaction cathodique à l’extérieur d’une piqûre, augmentant la force motrice de la dissolution localisée dès qu’un petit site devient actif.[5][5] Stainless Steel Pipe. International Stainless Steel Forum. International Stainless Steel Forum publication, 2025.

C’est pourquoi la PREN ne doit pas être considérée comme une classification universelle de la résistance aux chlorures. La norme ASTM G48, publiée pour la première fois dans la version citée de 2011, définit des méthodes de laboratoire permettant de comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés pour l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion en crevasse dans des conditions définies de chlorure ferrique. Ces essais sont des comparaisons contrôlées, et non des reproductions de toutes les expositions à l’eau de mer, à l’eau de procédé, aux sols ou à l’atmosphère. L’ISSF indique qu’une PREN plus élevée correspond, de manière semi-quantitative, à une résistance accrue à la corrosion localisée dans les sols contenant des chlorures ; la mention « semi-quantitative » est essentielle. L’indice permet d’établir un classement, mais il ne fournit pas de seuil universel d’acceptabilité en service.

État de surface, inclusions et endommagement du film passif

La valeur calculée utilise normalement la composition en volume ou la composition spécifiée. La corrosion commence à la surface, où la composition chimique peut différer de celle déterminée par l’analyse de la coulée. Un composant en acier inoxydable peut correspondre à la nuance nominale correcte et néanmoins présenter de mauvaises performances après fabrication si sa surface porte du fer libre, des débris de meulage en acier au carbone, des oxydes de soudage, de la calamine, une coloration thermique ou d’autres contaminations. Ces matières peuvent perturber la passivation ou créer des cellules électrochimiques locales.

La contamination par le fer en est un exemple courant. Les outils en acier au carbone, les dispositifs de levage et les brosses métalliques peuvent transférer des particules de fer à l’acier inoxydable. Ces particules peuvent rouiller et tacher la surface, mais la coloration seule n’est pas identique à une piqûre dans le substrat inoxydable. Plus important encore, la contamination peut empêcher la formation d’un film passif uniforme et compliquer l’inspection. Le décapage, une finition mécanique appropriée et la passivation chimique peuvent restaurer une surface plus propre, mais leur adéquation dépend de la nuance, de la géométrie et des contrôles du procédé. La PREN ne permet pas de savoir si ces contrôles ont été appliqués.

La rugosité modifie également l’exposition. Les creux peuvent retenir la solution chlorurée et les dépôts, tandis que les rayures peuvent servir de sites d’amorçage si elles contiennent du métal étalé ou des particules incrustées. Une surface polie et une surface fortement meulée réalisées dans le même acier inoxydable 316L ont la même PREN nominale, mais elles ne présentent pas la même population de défauts face à l’environnement. Une surface abrasée pendant l’installation peut avoir besoin d’un certain temps pour se repassiver avant d’être exposée à une forte concentration de chlorures.

Les inclusions non métalliques constituent une autre raison pour laquelle un nombre fondé sur la composition en volume a ses limites. Les inclusions de sulfures, les inclusions d’oxydes et les amas complexes d’inclusions peuvent devenir des sites d’amorçage préférentiels. Leur composition chimique, leur taille, leur distribution et leur proximité de la surface sont importantes. Le molybdène et l’azote présents dans la composition moyenne de l’alliage ne garantissent pas que chaque région microscopique possède la même résistance que la matrice. Une population d’inclusions propre et fine peut se comporter différemment d’une population plus grossière ou plus réactive dans une même nuance nominale.

L’endommagement du film passif peut être mécanique, chimique ou thermique. Les contacts glissants, les chocs, la cavitation et l’érosion exposent du métal neuf. Les dépôts acides ou les résidus de nettoyage peuvent empêcher une repassivation rapide. Les chlorures piégés sous un revêtement ou un joint endommagé peuvent alors attaquer une petite zone tandis que la surface inoxydable environnante reste passive. Une fois qu’une piqûre s’est formée, son intérieur devient un environnement électrochimique confiné ; les ions métalliques s’hydrolysent, l’acidité augmente et les chlorures migrent dans la cavité. Le classement initial des alliages conserve sa pertinence, mais l’amorçage et la propagation dépendent désormais de conditions locales que la PREN ne décrit pas.

Soudage, zones affectées thermiquement et composition locale

Le soudage met particulièrement en évidence l’écart entre la composition nominale et le comportement en service. Un assemblage soudé ne constitue pas un alliage uniforme. Il peut comprendre le métal de base, le métal fondu, une ligne de fusion et une ou plusieurs zones affectées thermiquement (ZAT), chacune ayant subi une histoire thermique différente et, parfois, présentant une composition différente. Le métal d’apport peut avoir une PREN différente de celle de la nuance de base, tandis que la dilution modifie la composition finale du métal fondu.

Pour les aciers inoxydables duplex tels que UNS S32205, généralement désignés 2205, le cycle thermique de soudage doit préserver un équilibre approprié entre la ferrite et l’austénite. Un excès de ferrite, un excès d’austénite ou la présence de phases secondaires nocives peuvent modifier le comportement face à la corrosion localisée, même lorsque la composition en volume certifiée donne une PREN élevée. Un refroidissement rapide, un apport thermique excessif, une température entre passes inappropriée ou une mauvaise protection gazeuse peuvent tous affecter cet équilibre. Dans certaines conditions, des nitrures de chrome ou des phases intermétalliques telles que la phase sigma peuvent se former, appauvrissant en chrome ou en molybdène les régions voisines. La zone appauvrie peut être beaucoup plus vulnérable que ne le laisse supposer la composition moyenne.

Les nuances austénitiques présentent également des risques liés au soudage. Pour les nuances 304L et 316L, les désignations à faible teneur en carbone réduisent le risque de sensibilisation par formation de carbures de chrome pendant le soudage, mais une faible teneur en carbone n’élimine pas tous les risques de fabrication. Un traitement thermique incorrect, une contamination, une coloration thermique excessive ou une procédure de soudage mal maîtrisée peuvent laisser une surface nécessitant un nettoyage et une restauration. Un composant 316L soudé ne doit pas être évalué uniquement à partir de la PREN calculée sur son certificat de coulée.

Les aciers inoxydables ferritiques peuvent développer un grossissement des grains ou d’autres modifications de la ZAT qui influencent la ténacité et la réponse à la corrosion. La solidification du métal fondu peut produire une ségrégation, de sorte que les régions interdendritiques ne correspondent pas nécessairement à l’analyse nominale. Ces variations locales sont faibles en volume, mais importantes si elles forment un chemin continu ou se situent dans une zone fortement sollicitée et exposée.

Le nettoyage après soudage fait donc partie du contrôle de la corrosion et ne relève pas simplement de l’esthétique. L’élimination de la coloration thermique et des contaminations peut rétablir l’accès à une surface passive riche en chrome, mais le traitement doit être adapté à la nuance d’acier inoxydable et à la procédure de fabrication. L’inspection doit tenir compte des pieds de cordon, des crevasses, des morsures, des défauts de fusion, des résidus de laitier et des zones où des dépôts peuvent s’accumuler.

Le PREN reste utile pour comparer des nuances telles que 316L, UNS S32205 et des aciers duplex à plus forte teneur en éléments d’alliage, dans le cadre d’hypothèses similaires. Il devient trompeur lorsqu’il est utilisé comme règle d’acceptation autonome pour un composant soudé, contaminé ou géométriquement complexe. La composition établit un classement initial. Le comportement en service dépend de l’environnement, de l’état de surface et de la microstructure qui sont effectivement exposés aux chlorures.

Comment rendre compte de manière responsable d’un calcul de PREN

Une valeur de PREN n’a de signification que lorsque son calcul peut être reconstitué. Indiquer « PREN 40 » sans préciser la composition chimique, l’équation, les unités ou la source ne constitue pas un résultat technique ; il s’agit d’une comparaison non étayée. Le PREN est un indice empirique fondé sur la composition, destiné au classement des aciers inoxydables dans des conditions contenant des chlorures. Ce n’est ni une évaluation universelle de la corrosion, ni un potentiel de piqûration garanti, ni une prédiction de la durée de vie en service.

La British Stainless Steel Association énonce l’expression couramment utilisée comme suit :

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

Le chrome, le molybdène et l’azote sont introduits sous forme de pourcentages massiques. Le résultat est sans dimension, bien qu’il soit souvent appelé informellement « nombre PREN ». L’équation ne comprend pas le nickel. La Society of Petroleum Engineers relève spécifiquement cette omission, ce qui est important car la teneur en nickel est souvent mise en évidence dans la désignation d’une nuance d’acier inoxydable ou dans sa fiche technique, alors qu’elle ne contribue pas directement à ce calcul particulier.

Identification de la formule et de sa variante

La première exigence en matière de présentation consiste à indiquer l’équation exacte utilisée. Le terme « PREN » ne désigne pas une formule parfaitement uniforme pour toutes les familles d’aciers inoxydables et toutes les publications techniques.

Pour l’expression courante faisant intervenir le chrome, le molybdène et l’azote, indiquer :

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

Pour les alliages contenant du tungstène, l’International Stainless Steel Forum (ISSF, 2025) indique :

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

Pour l’expression ajustée en fonction du manganèse, l’ISSF indique :

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

Ces appellations ne sont pas interchangeables. Un rapport indiquant « PREN 39 » doit préciser s’il s’agit de PREN, de PREN_W ou de PREN_Mn. Dans le cas contraire, un autre ingénieur ne peut ni reproduire la valeur ni déterminer si deux valeurs ont été calculées sur la même base.

L’expression retenue doit correspondre à l’objectif de la comparaison ainsi qu’à la convention utilisée par la spécification, l’organisme ou le document de projet applicable. La formule ordinaire peut convenir pour comparer des aciers inoxydables austénitiques, ferritiques et duplex courants lorsque la source utilise cette convention. Une nuance duplex contenant du tungstène peut nécessiter la prise en compte explicite de l’expression PREN_W. La forme ajustée en fonction du manganèse ne doit pas être utilisée simplement parce que le manganèse apparaît dans l’analyse chimique ; elle doit être identifiée comme un choix délibéré de formule.

Un calcul détaillé doit faire apparaître chaque terme. Pour une composition nominale illustrative de 22,0 % de Cr, 3,0 % de Mo et 0,18 % de N :

$$\text{PREN}=22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)=34.68$$

Si le résultat est indiqué comme étant de 34,7, le rapport doit préciser qu’il a été arrondi à une décimale. L’arrondi peut influer sur les comparaisons rapprochées. Une différence de seulement 0,01 point de pourcentage de la teneur en azote modifie le PREN courant de 0,16, tandis qu’une différence de 0,10 point de pourcentage de la teneur en molybdène le modifie de 0,33.

Il convient également de distinguer la formule de son interprétation. L’article publié en 2021 dans Metals associait un PREN plus élevé à une meilleure résistance aux attaques localisées dans des solutions contenant des chlorures, mais cette relation est semi-quantitative. Elle n’établit pas qu’un acier ayant un PREN de 40 résistera deux fois plus longtemps à un environnement donné qu’un acier ayant un PREN de 20, ni que tout acier dépassant un seuil donné satisfera une exigence de service.

Source de la composition et base analytique

La fiabilité du calcul ne peut excéder celle de la composition qui y est introduite. Un rapport doit préciser s’il utilise une analyse de coulée, une analyse de produit, un certificat d’essai matière, le résultat d’un laboratoire indépendant ou des valeurs nominales tirées d’un tableau de nuances.

La désignation de la nuance doit être indiquée en premier. Par exemple, écrire UNS S31603, et non simplement « 316L », lorsque la désignation UNS constitue l’identification de référence. Si le matériau est spécifié selon ASTM A240, indiquer cette norme ainsi que la forme du produit lorsque cela est pertinent. Pour les matériaux duplex, distinguer des désignations telles que UNS S31803 et UNS S32205, plutôt que de considérer « 2205 » comme une identification complète du matériau. Une même abréviation commerciale peut recouvrir des exigences de spécification différentes, et les limites de composition chimique peuvent ne pas être identiques.

Il faut ensuite préciser si les données d’entrée sont nominales ou mesurées. Un calcul nominal fondé sur la composition arrondie d’une nuance est utile pour une comparaison préliminaire, mais il ne constitue pas le PREN d’une coulée particulière. Une analyse mesurée de coulée peut produire une valeur différente tout en restant entièrement dans les limites de composition spécifiées. Cela revêt une importance particulière pour l’azote et le molybdène, car leurs coefficients sont relativement élevés.

Le rapport doit préciser que toutes les teneurs en éléments d’alliage sont exprimées en pourcentage massique, et non en fractions massiques exprimées sous forme décimale. Saisir 0,18 % massique de N est correct pour l’équation ci-dessus ; saisir 18 % produirait un résultat aberrant. Si un laboratoire indique 1 800 ppm d’azote, convertir cette valeur en 0,18 % massique avant le calcul. Conserver la précision fournie par la source, sans inventer de chiffres supplémentaires. Un résultat calculé à partir d’une composition indiquée seulement au 0,1 % près ne doit pas être présenté comme 36,274.

Un relevé reproductible peut suivre le format suivant :

Nuance et désignation : UNS S32205, spécification du produit et forme du produit Base de composition : analyse de coulée issue du certificat d’essai matière, ou limites nominales de la spécification Données d’entrée, % massique : Cr = __ ; Mo = __ ; N = __ ; W = __ le cas échéant ; Mn = __ le cas échéant Formule : PREN, PREN_W ou PREN_Mn, écrite intégralement Calcul : valeurs substituées et opérations arithmétiques Résultat : __, arrondi à __ décimales Source : numéro du document, révision, numéro de coulée, méthode de laboratoire ou tableau de spécification Éléments de validation : méthode ASTM G48, température d’essai, concentration en chlorure ferrique, durée d’exposition, état de l’éprouvette et résultat observé

Lorsque des limites de spécification sont utilisées, le calcul doit être effectué avec soin. Un « PREN minimal » établi à partir des teneurs minimales en chrome, en molybdène et en azote peut être mathématiquement conservateur pour ces termes, mais il peut ne correspondre à aucune coulée réelle. Si l’azote n’est soumis qu’à une limite minimale et que le rapport utilise cette valeur minimale, il faut l’indiquer. Si la teneur maximale en manganèse est utilisée dans PREN_Mn, ce traitement doit également être précisé. Il ne faut pas qualifier une estimation fondée sur des limites de performance mesurée.

Associer le PREN aux essais et aux éléments de conception

Le PREN doit étayer une comparaison de matériaux, et non remplacer la qualification ou l’analyse de conception. L’International Stainless Steel Forum décrit les valeurs plus élevées comme indiquant, de manière semi-quantitative, une résistance accrue à la corrosion localisée dans les sols contenant des chlorures. Cette formulation est importante : l’indice fournit une orientation pour la comparaison, et non une limite universelle d’acceptation ou de rejet.

L’ASTM G48 fournit des méthodes de laboratoire permettant de comparer les aciers inoxydables et les alliages apparentés en exposant des éprouvettes à une solution de chlorure ferrique dans des conditions définies. La norme traite de l’amorçage de la corrosion par piqûres et de la corrosion caverneuse ; la méthode choisie, la température, la durée d’exposition, la préparation des éprouvettes et les critères d’acceptation influent sur le résultat. Par conséquent, un rapport mentionnant « réussi selon G48 » est incomplet s’il ne précise pas la méthode et les conditions d’essai. ASTM G48 Method A est couramment associée aux essais de corrosion par piqûres, tandis que les autres méthodes de l’ASTM G48 portent sur l’évaluation de la corrosion caverneuse.

Les résultats d’essai doivent également être associés à l’état du matériau. Des éprouvettes soudées et recuites en solution peuvent se comporter différemment du métal de base sous forme de tôle. L’état de surface, les couleurs de revenu dues à la chaleur, la contamination liée à la fabrication, les inclusions, l’équilibre des phases dans les aciers inoxydables duplex et le traitement après soudage peuvent modifier le comportement face à la corrosion localisée sans changer la désignation nominale de la nuance. Un PREN calculé à partir de la composition globale ne peut pas rendre compte de chacun de ces facteurs.

Les éléments de conception liés au service doivent être présentés conjointement au calcul. Indiquer, lorsque ces facteurs sont pertinents, la concentration en chlorures, la température, l’exposition à l’oxygène, le pH, les conditions de crevasse, le régime d’écoulement, les dépôts, les produits chimiques de nettoyage et l’état attendu des soudures. Un acier peut être mieux classé selon son PREN tout en subissant une attaque dans une crevasse chaude, stagnante et acide. À l’inverse, une valeur calculée plus faible peut donner des résultats satisfaisants dans un environnement moins sévère.

Une conclusion responsable se formule donc comme suit : la composition mesurée ou nominale donne un PREN calculé selon un type spécifié ; cette valeur étaye une comparaison relative avec des nuances identifiées, sur la base de la même formule ; et les résultats de l’ASTM G48 ou les données propres au service apportent une validation distincte. Le fait de maintenir séparées ces trois affirmations évite de confondre un indice fondé sur la composition avec une garantie de résistance à la corrosion.

Références

1. [1]International Stainless Steel Forum. Duplex Stainless Steels. International Stainless Steel Forum publication, 2025. https://worldstainless.org/wp-content/uploads/2025/02/ISSF_Duplex_Stainless_Steels.pdf
2. [2]Metals authors. Localized corrosion resistance and PREN relationship. Metals, 2021. https://www.mdpi.com/2075-4701/11/5/836
3. [3]ASTM International. Standard test methods for pitting and crevice corrosion resistance of stainless steels. ASTM G48, 2011. https://store.astm.org/g0048-11.html
4. [4]Society of Petroleum Engineers. How to Optimize Tubing Material Selections Using PREN Value. Journal of Petroleum Technology, 2025. https://jpt.spe.org/how-optimize-tubing-material-selections-using-pren-value
5. [5]International Stainless Steel Forum. Stainless Steel Pipe. International Stainless Steel Forum publication, 2025. https://worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Stainless_Steel_Pipe.pdf