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Acier inoxydable austénitique: propriétés et utilisations

Auteur: Site Editor Publish Heure: 2025-06-16 ORIGINE: Site

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Acier inoxydable austénitique: propriétés et utilisations


Imaginez un hôpital où les médecins comptent sur des outils chirurgicaux qui doivent rester solides et propres. L'acier inoxydable austénitique rend cela possible. Il contient des quantités élevées de chrome et de nickel, ce qui lui donne une structure cubique centrée sur le visage unique. Cette structure le rend non magnétique et très dur. La plupart des éviers de cuisine, des machines de transformation des aliments et même des implants médicaux utilisent ce type d'acier. En fait, les aciers inoxydables austénitiques représentent environ 70% de toute la production en acier inoxydable. Le tableau ci-dessous montre des compositions typiques pour les notes médicales:

Grade en acier inoxydable

Carbone max wt%

Chrome WT%

Nickel WT%

Manganèse max wt%

Molybdenum wt%

Cuivre max wt%

Silicon Max WT%

Azote max wt%

F138, F139

≤ 0,03

17-19

13.0–15.0

≤ 2,0

2.25–3.0

≤ 0,5

≤ 0,75

≤ 0,1

F745

≤ 0,06

16.5–19.0

11.0–14.5

≤ 2,0

2.0–3.0

≤ 0,5

≤ 1,0

≤ 0,2

L'acier inoxydable super austénitique offre une résistance encore plus élevée pour les environnements difficiles.

Principaux à retenir

  • L'acier inoxydable austénitique a une structure cubique unique centrée sur le visage qui le rend fort, dur et non magnétique.

  • Sa teneur élevée en chrome et en nickel donne une excellente résistance à la rouille et à la corrosion, idéale pour des environnements difficiles.

  • Cet acier est facile à façonner et à souder, ce qui le rend populaire dans les industries des aliments, médicaux, de la construction et de l'automobile.

  • Il fonctionne bien à des températures extrêmes, restant fort dans des conditions très froides et très chaudes.

  • Différentes notes de l'acier inoxydable austénitique adaptent à divers besoins, donc le choix de la bonne note garantit les meilleures performances.

Aperçu

Structure

L'acier inoxydable austénitique se démarque en raison de sa structure interne unique. Les scientifiques appellent cette structure 'Cubic ' ou FCC centré sur le visage. Dans cet arrangement, les atomes sont assis à chaque coin et au centre de chaque face d'un cube. Cette conception donne à l'acier sa célèbre résistance et flexibilité. La structure FCC signifie également que l'acier n'attire pas les aimants, ce qui le rend différent des autres types d'acier inoxydable.

La structure FCC permet à l'acier de se plier et de s'étirer sans se casser. Cette propriété aide les fabricants à façonner l'acier en de nombreuses formes, des fils minces aux grandes feuilles. Le nombre élevé de plans de glissement dans la structure FCC donne à l'acier une excellente formabilité et de la ténacité. En raison de ces qualités, l'acier inoxydable austénitique fonctionne bien dans des environnements très froids et très chauds.

Remarque: La structure cubique centrée sur le visage reste stable de températures extrêmement basses jusqu'au point de fusion de l'acier. Cette stabilité garantit des performances fiables dans les applications exigeantes.

Composition

L'acier inoxydable austénitique contient un mélange de fer, de chrome et de nickel comme principaux ingrédients. La plupart des grades ont 15 à 20% de chrome et 8 à 15% de nickel. Ces éléments aident l'acier à résister à la rouille et à la corrosion. Le nickel et le manganèse gardent la structure FCC stable à température ambiante. De petites quantités de carbone, d'azote, de molybdène et d'autres éléments peuvent être ajoutées pour améliorer les propriétés spécifiques.

Par exemple, le chrome protège l'acier de la rouille, tandis que le molybdène augmente la résistance aux acides et au sel. Une faible teneur en carbone aide à prévenir les réactions indésirables pendant le soudage. Différentes notes, telles que 304 et 316, utilisent de légères changements dans ces éléments pour s'adapter à différents travaux.

L'acier inoxydable austénitique est devenu populaire en raison de sa structure fiable et de sa composition utile. Au fil du temps, les améliorations de la production en ont fait la famille en acier inoxydable la plus utilisée. Aujourd'hui, il représente environ les deux tiers de tous les acier inoxydables fabriqués dans le monde.

Saviez-vous? En 1929, les États-Unis ont produit plus de 25 000 tonnes d'acier inoxydable chaque année. Maintenant, la production mondiale dépasse un million de tonnes par an.

Propriétés en acier inoxydable austénitique

Propriétés en acier inoxydable austénitique

Résistance à la corrosion

L'acier inoxydable austénitique se distingue par son excellente résistance à la corrosion. La teneur élevée en chrome forme une couche mince et invisible à la surface. Cette couche protège l'acier de la rouille et de l'attaque chimique. Le nickel dans l'alliage aide à garder cette couche protectrice stable, même dans des environnements difficiles.

Les ingénieurs utilisent des tests de corrosion accélérés de piqûres, tels que ceux basés sur la norme ASTM G48, pour mesurer la façon dont cet acier résiste aux dommages. Ces tests utilisent des solutions de chlorure ferrique pour imiter les conditions marines agressives. Les résultats montrent que 304 en acier inoxydable résiste aux piqûres et en rouille, surtout lorsque la surface est lisse et exposée à l'air. Les industries comme le pétrole et le gaz comptent sur ces tests pour choisir des matériaux pour l'équipement qui fait face à l'eau de mer et à d'autres conditions difficiles.

Astuce: le nettoyage régulier et une finition lisse peuvent encore améliorer la résistance à la corrosion dans les applications du monde réel.

Force et ténacité

L'acier inoxydable austénitique combine la résistance avec la ténacité. Cela signifie qu'il peut gérer les charges lourdes et résister à la rupture ou à la fissuration. Les tests mécaniques, tels que la résistance à la traction et les mesures de limite d'élasticité, montrent que les notes comme 304, 316, 310 et 321 ont des résistances à la traction autour de 515-520 MPa. Ils s'étendent également jusqu'à 40% avant la rupture, ce qui montre une bonne ductilité.

Les chercheurs ont découvert que les caractéristiques microstructurales, telles que les grains fins et les limites spéciales à l'intérieur de l'acier, aident à empêcher les fissures de se propager. Par exemple, AISI 316ti maintient sa force et sa forme meilleure à des températures élevées que AISI 303. La méthode I-Integral, utilisée pour tester la ténacité à la fracture, montre que ces aciers peuvent absorber beaucoup d'énergie avant la rupture. Cela les rend sûrs pour une utilisation dans les réservoirs, les véhicules et les bâtiments.

Formabilité et soudabilité

Les fabricants apprécient l'acier inoxydable austénitique pour sa formation et sa jonction faciles. La structure cubique centrée sur le visage permet à l'acier de se plier, de s'étirer et de se former en plusieurs formes sans se fissurer. Les travailleurs peuvent le rouler en feuilles minces, le dessiner dans des fils ou le presser en pièces complexes.

Les soudeurs trouvent cet acier facile à rejoindre en utilisant des méthodes de soudage communes. La faible teneur en carbone dans de nombreux grades aide à prévenir des problèmes tels que les précipitations de carbure, ce qui peut affaiblir les soudures. Cela fait de l'acier un choix de haut niveau pour construire des équipements alimentaires, des dispositifs médicaux et des caractéristiques architecturales.

  • Méthodes de formation courantes:

    • Roulement

    • Dessin

    • Pressage

    • Filage

  • Méthodes de soudage courantes:

    • Tig (gaz inerte en tungstène)

    • MIG (gaz inerte métallique)

    • Soudage au point

Performances à haute et basse température

L'acier inoxydable austénitique fonctionne bien dans des environnements chauds et froids. À des températures très basses, telles que celles trouvées dans le stockage cryogénique, l'acier devient encore plus fort et plus dur. Les tests montrent que lorsque la température baisse, le rendement et la résistance à la traction augmentent, bien que l'acier s'étend moins avant la rupture. Les microstructures spéciales, comme les grains ultrafines et les petites particules, aident l'acier à rester dur et à résister à la fissuration dans le froid.

À des températures élevées, la résistance de l'acier diminue à mesure que la température augmente. La contrainte d'écoulement baisse et l'acier devient plus doux et plus susceptible de se déformer. Par exemple, l'acier inoxydable 316L perd une résistance à feu vif, mais maintient toujours suffisamment de ténacité pour de nombreuses utilisations industrielles. Cet équilibre des propriétés rend l'acier inoxydable austénitique adapté à tout, des réservoirs d'azote liquide aux pièces de la fournaise.

Remarque: La capacité de travailler à des températures extrêmes distingue cet acier de nombreux autres métaux.

Utilisations et applications

Utilisations et applications


L'acier inoxydable austénitique joue un rôle essentiel dans de nombreuses industries. Sa combinaison unique de résistance à la corrosion, de force et d'apparence propre en fait un choix de premier plan pour les environnements exigeants. Vous trouverez ci-dessous certains des secteurs les plus importants qui reposent sur ce matériau.

Nourriture et boisson

L'industrie des aliments et des boissons dépend des matériaux qui assurent la sécurité, l'hygiène et la durabilité. L'acier inoxydable austénitique répond mieux à ces besoins que la plupart des métaux.

  • Les notes telles que 304, 316 et 316L sont courantes dans les navires de brassage, les pétroliers, les équipements de traitement des produits laitiers et les réservoirs de stockage.

  • L'industrie laitière utilise de l'acier inoxydable 316L car il résiste à la corrosion dans les solutions de protéines de lactosérum et d'autres environnements alimentaires agressifs.

  • Le film d'oxyde de chrome à la surface empêche les changements de contamination et de saveur.

  • Les zones soudées maintiennent la résistance à la corrosion, ce qui aide à prévenir la libération des ions métalliques et protège les aliments.

  • Les notes super austénitiques comme 904L manifestent des aliments salés et de la saumure chaude.

  • La passivation et l'électropolissage gardent les surfaces lisses et faciles à nettoyer.

L'équipement en acier inoxydable n'ajoute pas les saveurs ni la décoloration aux aliments. Sa surface lisse rend le nettoyage facile, soutenant les normes d'hygiène strictes.

Médical et pharmaceutique

Les hôpitaux et les laboratoires ont besoin de matériaux qui restent propres et résistent à la corrosion. L'acier inoxydable austénitique est le choix préféré des équipements médicaux et pharmaceutiques.

Les classes en acier inoxydable austénitique 304L et 316L offrent une forte résistance à la corrosion et aux taches. Cette propriété est essentielle pour maintenir la conformité des bonnes pratiques de fabrication (GMP). La couche d'oxyde naturel à la surface empêche la corrosion et réduit les risques de contamination. Les organismes de réglementation, y compris la FDA, nécessitent que l'équipement en contact direct avec les produits pharmaceutiques ne se corrode pas, car la corrosion peut piéger les résidus et les microbes. Des normes telles que ASTM A967–13 et A380 / A380M-13 guident le maintien de l'intégrité de la surface. L'acier inoxydable de grade 316 offre une résistance à la traction similaire à l'acier doux mais avec une meilleure résistance à la corrosion, ce qui le rend idéal pour les plateaux médicaux, les composants de l'appareil et les équipements de traitement pharmaceutique. Ces qualités garantissent la longévité de l'équipement, la sécurité et la conformité aux normes de propreté.

Construction et architecture

L'acier inoxydable austénitique façonne les skylines et les infrastructures modernes. Sa force, sa durabilité et son apparence en font un favori pour les architectes et les ingénieurs.

L'acier inoxydable austénitique contenant du nickel offre une résistance à haute température et résiste à la déformation sous stress. Des bâtiments emblématiques comme le bâtiment Chrysler et la cathédrale St Paul ont utilisé ce matériau, montrant sa durabilité à long terme. La recyclabilité du matériel soutient également les pratiques de construction durables.

Catégorie de prestations

Description

Force à poids

Permet des structures plus légères et plus minces, réduisant l'utilisation et le poids des matériaux.

Résistance à la corrosion

Abaisse les coûts d'entretien et prolonge la durée de vie de la construction.

Durabilité

Recyclable, réduisant l'impact environnemental.

Applications structurelles

Utilisé dans le revêtement, les meubles de rue et le renforcement en béton.

Rentabilité

Les structures plus légères réduisent les coûts du transport et de l'énergie.

Durabilité

Prouvé par les bâtiments et les monuments de longue durée.

Impact environnemental

Soutient les pratiques de construction plus vertes.

Automobile et transport

Les industries de l'automobile et des transports ont besoin de matériaux qui résistent aux conditions difficiles et soutiennent la sécurité. L'acier inoxydable austénitique répond à ces demandes.

  • Les constructeurs automobiles l'utilisent pour les systèmes d'échappement, les réservoirs de carburant et les panneaux structurels.

  • Les classes 304 et 316 offrent une résistance à la corrosion supérieure et une résistance mécanique.

  • L'acier inoxydable austénitique à froid offre une résistance élevée aux voitures de transit, aux ressorts et aux ancres de la ceinture de sécurité.

  • Le matériau maintient la ténacité à des températures très basses, assurant la durabilité dans des environnements extrêmes.

  • Le segment des composants automobiles représente environ 30% du marché de l'acier inoxydable austénitique.

  • Les améliorations continues de la métallurgie soutiennent son utilisation dans des véhicules légers, économes en carburant et électriques.

La combinaison de la résistance, de la résistance et de la formabilité de la corrosion rend cet acier idéal pour les véhicules qui doivent durer et fonctionner en toute sécurité.

Autres industries

L'acier inoxydable austénitique trouve une utilisation dans de nombreux autres secteurs en raison de sa polyvalence.

  • Les principales zones d'application comprennent l'aérospatiale, la défense, le pétrole et le gaz, les produits chimiques et pétrochimiques, la production d'électricité, la marine, la construction navale et la fabrication de machines.

  • L'industrie chimique et pétrochimique détient la plus grande part du marché des barres en acier inoxydable, en utilisant le matériau dans les réacteurs, les échangeurs de chaleur, les vannes, les pompes et les systèmes de tuyauterie.

  • Le marché mondial de la fabrication en acier inoxydable a atteint environ 179,59 milliards USD en 2023, avec des notes austénitiques dominantes en raison de leur adaptabilité.

  • La série 300 est courante dans les tubes aérospatiaux, l'équipement minier, les couverts et les composants du convertisseur catalytique.

  • La série 200 apparaît dans les réservoirs d'eau de maison, les machines à laver, les lave-vaisselle, les ustensiles de cuisine et l'architecture intérieure.

  • Le marché mondial de la coulée pour l'acier inoxydable austénitique augmente rapidement, en particulier en Asie-Pacifique, en Europe et en Amérique du Nord.

L'acier inoxydable austénitique se distingue par sa capacité à fonctionner à des températures extrêmes, à résister à la corrosion et à maintenir la résistance, ce qui en fait le type d'acier inoxydable le plus utilisé dans les industries.

Grades en acier inoxydable austénitique

304

Le grade 304 est l'acier inoxydable austénitique le plus utilisé. Il contient environ 18% de chrome et 8% de nickel. Cet équilibre lui donne une forte résistance à la corrosion et de bonnes propriétés mécaniques. La résistance à la traction varie de 520 à 750 MPa, et la contrainte de preuve est d'environ 215 MPa. Le point de fusion est proche de 1450 ° C. La grade 304 fonctionne bien jusqu'à 860 ° C pendant de courtes périodes.

Des variantes comme 304L et 304H ajustent la teneur en carbone. 304L a moins de carbone, ce qui améliore la soudabilité et réduit le risque de précipitations de carbure. 304h a plus de carbone, ce qui le rend plus fort à des températures élevées. Des normes de l'industrie telles que l'ASTM et l'ISO ont fixé les exigences de ces notes.

Propriété / grade

304

304L

304h

Résistance à la traction (MPA)

500 - 750

500 - 700

500 - 700

Stress de preuve (MPA)

190 - 230

175 - 220

185

Allongement (%)

40 - 45

45

40

Dureté (Brinell)

Jusqu'à 215

Jusqu'à 215

N / A

304 L'acier inoxydable offre une excellente résistance à la corrosion, mais il peut ne pas fonctionner aussi bien que 316 dans des environnements avec des niveaux de chlorure élevés.

316

La grade 316 s'améliore sur 304 en ajoutant du molybdène, généralement environ 2,1%. Cet ajout stimule la résistance à la corrosion, en particulier à partir de chlorures et d'acides. La résistance à la traction pour 316 est d'au moins 515 MPa, et pour 316L, il est de 485 MPa. La plus faible teneur en carbone dans 316L réduit le risque de sensibilisation pendant le soudage.

Propriété

316

316L

Molybdène (%)

2.0 - 3.0

2.0 - 3.0

Résistance à la traction (MPA)

515 min

485 min

Carbone (%)

0.02

0.02

Limite de chlorure (mg / L, ambiant)

1000

1000

Limite de chlorure (mg / L, 60 ° C)

500

500

Graphique à barres montrant le contenu MO, la résistance à la traction et les limites de chlorure de comparaison pour les aciers

316 L'acier inoxydable est le choix préféré des équipements marins, chimiques et pharmaceutiques. Sa durabilité et sa résistance à la corrosion le rendent adapté à des environnements difficiles.

Autres notes

Il existe de nombreux autres classes en acier inoxydable austénitique, chacune conçue pour des besoins spécifiques. Le grade 310 contient un chrome et un nickel élevés, ce qui lui donne une excellente résistance et une résistance à l'oxydation à des températures élevées. Grade 904L a encore plus de chrome, de nickel et de molybdène, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des environnements acides ou salés. Le grade 321 ajoute du titane pour empêcher la corrosion intergranulaire, tandis que la grade 347 utilise du niobium et du tantale pour des raisons similaires.

Grade

Chrome (%)

Nickel (%)

Molybdène (%)

Carbon Max (%)

Autres éléments

Biens principaux

310

25

20.5

-

0.25

-

Résistance à haut tempête

904L

19-23

23–28

4–5

0.02

-

Résistance aux acides

321

18

10.5

-

0.08

Titane

Empêche la corrosion

347

18

11

-

0.08

Nb, ta

Stabilité à haut tempête

Graphique à barres montrant des pourcentages de chrome, de nickel et de carbone sur diverses notes d'acier

Les grades en acier inoxydable austénitique diffèrent dans la composition et les propriétés. Cette variété permet aux ingénieurs de sélectionner le bon matériau pour chaque application, de l'équipement de cuisine aux usines chimiques.

Comparaison avec d'autres aciers inoxydables

Ferritique vs austénitique

Les aciers inoxydables ferritiques contiennent plus de chrome et peu ou pas de nickel. Ils ont une structure cubique centrée sur le corps (BCC). Cette structure rend les aciers ferritiques magnétiques et moins ductiles que les types austénitiques. Les grades ferritiques, tels que 430, résistent à la corrosion mais ne correspondent pas à la ténacité ou à la formabilité des grades austénitiques. Les aciers ferritiques fonctionnent bien pour les applications intérieures et coûtent moins cher. Ils ne fonctionnent pas aussi bien dans des environnements très froids ou très chauds.

Les grades austénitiques, en revanche, ont une structure cubique (FCC) centrée sur le visage. Ils résistent mieux à la corrosion et restent durs à des températures élevées et basse. Leur nature non magnétique et leur formabilité facile les rendent populaires pour les ustensiles de cuisine, les équipements alimentaires et les outils médicaux.

Propriété

Ferritique (par exemple, 430)

Austénitique (par exemple, 304, 316)

Structure

BCC

FCC

Magnétique

Oui

Non

Ductilité

Modéré

Haut

Résistance à la corrosion

Bien

Excellent

Coût

Inférieur

Plus haut

Martensitic vs austénitique

Les aciers inoxydables martensitiques contiennent plus de carbone et moins de nickel. Ils peuvent être durcis par le traitement thermique. Cette propriété leur donne une résistance à haute résistance et à porter. Les notes martensitiques, telles que 410 et 440c, sont magnétiques et souvent utilisées pour les couteaux, les outils et les lames de turbine. Cependant, ils ne résistent pas à la corrosion ainsi qu'à des notes austénitiques.

Les grades austénitiques ne durcissent pas avec un traitement thermique mais gardent leur force et leur ductilité. Ils résistent mieux à la corrosion et fonctionnent bien dans les industries chimiques, alimentaires et médicales. Les aciers martensitiques conviennent aux travaux qui nécessitent des arêtes vives ou une forte résistance, tandis que les aciers austénitiques s'adaptent qui nécessitent la propreté et la résistance à la corrosion.

Conseils de sélection

Le choix du bon acier inoxydable dépend de plusieurs facteurs:

  • Amélioration du soudage: les classes 304L et 316L fonctionnent mieux pour le soudage car leur faible teneur en carbone réduit la corrosion aux soudures. Le grade 347 convient aux plantes chimiques pour la résistance à la corrosion du stress.

  • Besoins de traitement thermique: des notes durables comme 440c et 17-4ph offrent une forte résistance à la dureté et à l'usure. Les notes non durables comme 304 et 316 gardent leur force sans traitement thermique.

  • Exigences de résistance: les aciers martensitiques et précipitations à haute résistance s'adaptent aux utilisations aérospatiales et automobiles. Les notes de résistance modérées comme 304 et 316 fonctionnent pour des utilisations structurelles. Les grades duplex tels que 2205 combinent la résistance et la résistance à la corrosion.

  • Résistance à la corrosion: les environnements marins et riches en chlorure sont favorables 316, 316L et 904L. Duplex 2205 fonctionne bien pour la corrosion industrielle. Les notes résistantes à la chaleur comme 310 conviennent à des travaux à haute température.

  • FORMABLITÉ: Les classes 304, 316 et 430 sont faciles à former pour les ustensiles de cuisine et l'architecture. Grade 2205 et 3CR12 Balance et résistance à la corrosion.

  • Machinabilité: les classes 303 et 416 sont faciles à machine. Grade 3CR12 équilibre la machinabilité et la résistance à l'usure.

  • Considérations de coûts: les années 316 et 2205 coûtent plus cher mais durent plus longtemps dans des environnements difficiles. Les classes 430 et 3CR12 offrent des économies pour les utilisations intérieures.

Les diagrammes d'ingénierie de piqûres aident les ingénieurs à choisir des matériaux pour les systèmes d'eau. Ces diagrammes utilisent les niveaux de chlorure, la température et l'oxydation pour montrer où les piqûres peuvent se produire. La finition de surface, les soudures et les contaminants peuvent affecter ces résultats. Pour les pièces critiques en fatigue, les ingénieurs utilisent des modèles avancés pour prédire la durée d'un acier sous une contrainte répétée. Ces modèles aident à correspondre à la bonne note au travail.

CONSEIL: Faites toujours correspondre la qualité en acier à l'environnement et les besoins de performance pour les meilleurs résultats.

Les aciers inoxydables austénitiques sont devenus essentiels dans la vie moderne. Leur résistance, leur résistance à la résistance à la résistance à la corrosion de la construction aux soins de santé. Au fil du temps, ces aciers ont prouvé leur valeur dans les bâtiments emblématiques et l'équipement critique.

  • Le marché devrait se développer régulièrement, motivé par l'urbanisation, la durabilité et les nouvelles technologies.

  • Asie-Pacifique dirige le développement industriel, tandis que l'Amérique du Nord et l'Europe se concentrent sur l'innovation et les pratiques vertes.
    Quiconque cherche des matériaux durables et fiables devrait considérer ces aciers.

    Questions ou commentaires? Partagez vos pensées ci-dessous!

FAQ

Qu'est-ce qui rend le non-magnétique en acier inoxydable austénitique?

L'acier inoxydable austénitique a une structure cubique centrée sur le visage (FCC). Cet arrangement atomique empêche le magnétisme. Même après la mise en forme ou le soudage, l'acier reste non magnétique dans la plupart des cas.

Peut-il rouiller de la rouille en acier inoxydable austénitique?

L'acier inoxydable résiste à la rouille, mais il peut toujours se corroder dans des conditions difficiles. Un sel élevé, des acides ou un mauvais nettoyage peuvent endommager la couche de protection. Les soins réguliers aident à garder la surface brillante et sans rouille.

L'acier inoxydable austénitique est-il sûr pour le contact alimentaire?

Oui, l'acier inoxydable austénitique est sans danger pour les aliments. La surface lisse ne réagit pas avec la nourriture ou les boissons. Il empêche les bactéries de coller, ce qui le rend idéal pour les cuisines et les usines alimentaires.

Comment l'acier inoxydable austénitique gère-t-il des températures extrêmes?

L'acier inoxydable austénitique reste fort dans les environnements chauds et froids. Il ne se fissure pas dans les températures de congélation. Il maintient également sa forme et sa résistance lorsqu'elles sont exposées à une chaleur élevée, ce qui la rend utile dans de nombreuses industries.


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