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métallographiques

Nomenclature

La série AISI 3xx désigne la catégorie des aciers inoxydables austénitiques. Le AISI 304L est donc un acier inoxydable austénitique, et la lettre « L » indique qu’il possède un taux de carbone inférieur (0,03 % maximum) à celui de la nuance de départ AISI 304 (0,08 % maximum). Le AISI 304 contient moins de carbone (0,08 % maximum) que l’acier inoxydable austénitique de base qu’est le AISI 302 (0,15 % maximum). Le AISI 304L porte aussi les dénominations X2CrNi18-9, 4307 et 1.4307.

Méthode d’élaboration

L’état fini à froid après recuit complet signifie que la pièce (barres, plaques) a été élaborée selon les quatre étapes suivantes :

1. Recuit d’homogénéisation autour de 1075 °C-1100 °C de 30 à 60 minutes (section de 0,5 à 1 pouce), puis trempe à l’eau (formation d’une structure 100 % austénitique à grains grossiers);
2. Étirage à froid avec ou sans refroidissement afin de prévenir une augmentation de la température durant l’écrouissage;
3. Recuit effectué typiquement entre 850 °C et 900 °C afin de former de nouveaux grains austénitiques de petites tailles. Ce deuxième recuit permet de conserver la résistance à la corrosion, car la température et la durée de ce recuit vont dissoudre les carbures de chrome ayant pu se former précédemment;
4. Finition à froid pour augmenter la limite élastique et ajuster dimensionnellement le produit afin qu’il réponde à des tolérances serrées.

État métallurgique

Le recuit complet effectué après l’écrouissage à froid permet de recristalliser les grains austénitiques et de réaugmenter la ductilité en formant de nouveaux grains d’austénites et ainsi réduire la taille des grains. Cette opération est nécessaire pour reformer la microstructure et augmenter la ductilité de l’alliage. L’état fini à froid (cold finish) signifie qu’un étirage à froid a été appliqué sur cet acier pour en augmenter les propriétés mécaniques et améliorer l’état de surface.

Remarques sur la composition chimique

L’acier AISI 304L contient au moins 8 % de nickel et près de 1,75 % de manganèse, qui sont des éléments gammagènes permettant à cet alliage d’avoir une structure c.f.c. 100 % austénitique à température ambiante. La faible teneur en carbone du AISI 304L (< 0,03 %) améliore la soudabilité, car elle minimise la précipitation de carbures de chrome aux joints de grains. Cette précipitation amène un appauvrissement en chrome, surtout en bordure des grains, le rendant ainsi susceptible à la corrosion intergranulaire.

Remarques sur la microstructure

Sans attaque chimique, les composés de sulfure de manganèse sont visibles (grisâtres).

L’attaque électrolytique au HNO₃ (60 % HNO₃) révèle les joints de grains alors que la matrice austénitique demeure « blanche ».

L’attaque à l’acide oxalique 10 % dévoile des macles* de recuit. L’ajout d’un filtre Nomarski DIC (differential interference contrast) rend visibles les différences de relief causées par les macles.

La taille des grains austénitiques entre le centre et le bord de l’échantillon est très hétérogène. Des îlots constitués de grains austénitiques très fins (de l’ordre de 5 à 10 µm de diamètre) sont présents. Ces îlots entourent des grains de taille supérieure (de l’ordre de 40 à 80 µm de diamètre).

La limite élastique mesurée sur cet échantillon de AISI 304L est supérieure d’environ 150 MPa à celle de AISI 321 pour une taille de grains similaire (une taille ASTM E112 correspondant à un « G » de 8,5). Ainsi, la finition à froid appliquée ne se répercute pas sur la diminution de la taille moyenne des grains austénitiques comme on pourrait s’y attendre.

La présence de nombreuses macles dans les grains de même que des stries peut indiquer qu’il y a eu accumulation de travail à froid sous la forme de dislocations cumulées. Le microscope optique ne permet toutefois pas d’identifier celles-ci.

*Les macles (twins) sont des défauts d’empilement atomique dit « jumeaux » causés, dans ce cas précis, par la déformation à froid intense (plus de 50 % de réduction). En effet, durant la déformation à froid, certaines plages austénitiques (c.f.c.) peuvent se transformer en martensite (c.c.) sous l’effet d’un écrouissage prononcé. Durant la chauffe (recuit), les grains austénitiques vont se reformer, laissant au passage des macles provenant de l’ancienne interface entre les zones austénitiques et martensitiques créées lors de l’écrouissage à froid.

Remarques sur les propriétés mécaniques

L’acier inoxydable AISI 304L est très ductile, peut être travaillé à froid et facilement mis en forme par formage, pliage et emboutissage profond. Ses propriétés mécaniques s’améliorent grandement par le travail à froid, il peut devoir subir un traitement de recristallisation durant sa mise en forme afin de permettre la poursuite de la déformation exigée.

Ses propriétés mécaniques ne peuvent pas être améliorées par un traitement thermique tel qu’une trempe.

Préparation métallographique

1. Meulage sur papier 220 grains (2 min.), 320 grains (2 min.), 500 grains (1 min.), 800 grains (1 min.);
2. Polissage avec particules diamantées : MD-Largo 6 µm (5 min.), MD-DAC 3 µm (6 min.), MD-CHEM avec OP-U Non-Dry ou OP-S Non-Dry (1 min.) (finition optionnelle).

Fiches d’alliages associés

• Ac-29 Acier inoxydable AISI 321 Fini à froid et recuit

Applications possibles

L’acier inoxydable AISI 304L est l’acier inoxydable le plus utilisé et il a supplanté le AISI 304. Il est très polyvalent et considéré comme ayant une très bonne soudabilité. L’alliage AISI 304L possède une bonne usinabilité, une excellente résistance à la corrosion (généralisée et intergranulaire) et une formabilité exceptionnelle. Ses propriétés mécaniques rivalisent avec celles de plusieurs aciers à bas carbone.

Cet acier est utilisé à partir d’éléments de structures de toutes sortes : barres, tiges, produit creux, billettes, tubes, tuyaux, plaques et feuilles laminées à froid ou à chaud.

Applications typiques : objets ou accessoires intérieurs ornementaux, équipements de production laitière, échangeurs de chaleur, hottes d’évacuation, comptoirs de cuisine, chaudronnerie, valves et accessoires pour la manutention de produits chimiques, toutes applications architecturales.

Provenance/Fabrication

L’acier et la barre de 1 pouce ont été produits par Outokumpu, Royaume-Uni.

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