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métallographiques

Nomenclature

La série AISI 3xx désigne la catégorie des aciers inoxydables austénitiques. Le AISI 316L 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 316 (0,08 % maximum). Le AISI 316 contient davantage de nickel (10-14 %) et de molybdène (2-3 %), et est une variante de l’acier inoxydable austénitique de base qu’est le AISI 302. Le AISI 316L porte aussi les dénominations UNS S31603, X2CrNiMo17-12-2 et 1.4404.

Méthode d’élaboration

L’état fini à froid suivi d’un recuit complet signifie que la pièce (barres, plaques) a été élaborée selon les trois 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 complet 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.

État métallurgique

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. 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. Cette opération est nécessaire pour reformer la microstructure et augmenter la ductilité de l’alliage.

Remarques sur la composition chimique

L’acier AISI 316L contient au moins 10 % de nickel et près de 1,7 % de manganèse, qui sont des éléments gammagènes permettant à cet alliage d’avoir une structure c.f.c. 100 % austénitique à température ambiante. L’ajout de molybdène (2-3 %) augmente la résistance à la corrosion par piqûration en atmosphère marine. Dans le cas des aciers inoxydables austénitiques, le molybdène n’améliore pas les propriétés mécaniques à température ambiante : les caractéristiques mécaniques du AISI 316L sont les mêmes que celles du AISI 304L.

La faible teneur en carbone du AISI 316L (< 0,03 %) améliore la soudabilité, car elle minimise la précipitation possible de carbures de chrome aux joints de grains lors de l’élévation en température. La précipitation de carbures de chrome amène un appauvrissement en chrome, surtout en bordure des grains, le rendant ainsi susceptible à la corrosion intergranulaire.

Une autre variante, le AISI 316N, contient de l’azote, ce qui permet d’augmenter la limite élastique et la résistance mécanique au détriment de la ductilité et de la formabilité.

Remarques sur la microstructure

Sans attaque chimique, les composés de sulfure de manganèse sont visibles en gris (voir l’onglet Constituants).

L’attaque électrolytique au HNO₃ (60 %) révèle les joints de grains et les carbures aux joints de grains. Ces derniers sont ceux qui doivent être évités durant le soudage en raison de la précipitation de carbures de chrome aux joints de grains.

La taille moyenne des grains austénitiques au centre de l’échantillon est de 22 µm avec une étendue de 58 µm (diamètre minimal de 5 µm et diamètre maximal de 63 µm). Cela correspond à un indice, selon l’ASTM, de G = 8.

La déformation à froid de même que la température de maintien dans l’échantillon lors du recuit étaient uniformes, ce qui a permis une recristallisation complète des grains de la surface jusqu’au cœur de l’échantillon.

Remarques sur les propriétés mécaniques

Cet acier inoxydable est l’un des plus utilisés. Il remplace souvent le AISI 304L, car il possède une meilleure résistance à la corrosion ainsi qu’une meilleure résistance à haute température (> 700 °C).

Compte tenu du contenu plus élevé en nickel (10-14 %), le AISI 316L a un taux de consolidation moins rapide que le AISI 304L, ce qui le rend apte à des déformations à froid plus intense (taux de réduction plus élevé).

L’acier AISI 316L possède une soudabilité moindre que le AISI 301 ou le AISI 304L du fait de sa teneur plus élevée en nickel (vitesse de soudage plus lente pour éviter la fissuration à chaud).

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).

Applications possibles

L’acier AISI 316L est préféré au 304L lorsque la résistance à la corrosion en milieu atmosphérique salin est requise. De même, les très basses températures d’opération (transport de liquides cryogéniques), les températures d’opération supérieures à 700 °C ou encore des taux de déformation supérieurs peuvent nécessiter son usage.

Applications typiques : collecteurs d’échappement, pièces pour fours, tubes d’échangeur de chaleur, pièces pour turbines d’avion, pièces et conduites pour industries de fabrication d’acides (sous certaines limitations), équipements pour les domaines pharmaceutiques, valves et garnitures de pompes, réacteurs métallurgiques, réservoirs, évaporateurs, équipements pour l’industrie des pâtes et papiers et du textile, équipements de procédés chimiques, pièces exposées à une atmosphère marine, implants chirurgicaux, arbres usinés, applications architecturales.

Provenance/Fabrication

Le fabriquant n’a pu être retracé.

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