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métallographiques

Nomenclature

La série AISI 3xx désigne la catégorie des aciers inoxydables austénitiques. Le AISI 347 est donc un acier inoxydable austénitique, une variante de l’acier inoxydable austénitique de base (AISI 304), mais contenant du niobium et/ou du tantale comme stabilisants. Il est normé par l’ASTM A276. Les autres dénominations possibles sont X6CrNiNn18-10, 1.4550, Z6CNNb18-10, 347H et UNS S34700.

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. Finition à froid (par étirage) avec ou sans refroidissement afin de prévenir une augmentation de la température durant l’écrouissage;
3. Recuit complet effectué à 1065 °C afin de former de nouveaux grains fins austénitiques. 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. Les carbures de niobium/tantale qui se formeront durant ce recuit ne réduisent pas la résistance à la corrosion (principalement sous contraintes). Après un maintien dans le domaine austénitique, la pièce est trempée à l’eau.

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 plus fins. Cette opération est nécessaire pour reformer la microstructure.

Remarques sur la composition chimique

L’acier inoxydable AISI 347 a été développé pour améliorer la résistance à la corrosion intergranulaire de l’alliage plus commun qu’est le AISI 304 (et AISI 304L). L’ajout de niobium et/ou de tantale à une teneur correspondant à 5 fois la teneur en carbone permet de former préférentiellement des carbures de niobium/tantale stables plutôt que des carbures de chrome. En effet, les aciers austénitiques sont sensibles à la précipitation de carbures de chrome aux joints de grains dans la plage d’utilisation de 425 °C à 890 °C. La « stabilisation au niobium/tantale » signifie en pratique une réduction du risque du phénomène de corrosion intergranulaire, puisque la formation de carbures de chrome diminuerait alors localement la teneur en chrome, éliminant partiellement le caractère « inoxydable » (12 % de chrome minimum).

Remarques sur la microstructure

L’attaque électrolytique au HNO₃ (60 % HNO₃) révèle les joints de grains, et la matrice austénitique apparaît en blanc. L’attaque à l’acide oxalique (10 %) dévoile les macles* de recuit à l’intérieur de certains grains austénitiques.

Plusieurs précipités sont observables, dont certains îlots de phase σ (sigma) aux triples joints de grains austénitiques (voir l’onglet Constituants). Cette phase provient d’une transformation allotropique de l’austénite lors de sa remontée à 1065 °C. Cette phase σ diminue la résistance à la corrosion, la soudabilité et la ductilité de l’alliage.

De petits précipités de carbure de niobium (NbC) sont présents.

La taille moyenne des grains austénitiques au centre de l’échantillon est de 9,5 µm, ce qui correspond à un indice, selon l’ASTM E112, de G = 10,5.

*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

Cet alliage a été traité thermiquement afin de lui donner une structure à grains fins lui conférant des propriétés mécaniques tout en lui permettant de conserver une bonne ténacité et une bonne ductilité.

Sa résistance mécanique de 654 MPa, sa limite élastique de 440 MPa, sa dureté de 95 HRB et son allongement à la rupture de 52,7 % surpassent la norme ASTM A276.

Cet alliage offre un excellent compromis entre résistance et ductilité. Il répond bien à l’emboutissage profond, au pliage et au formage.

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’alliage AISI 347 est surtout utilisé comme métal d’apport pour des pièces devant être soudées sans possibilité de traitement thermique (recuit) à la suite du soudage.

L’alliage est particulièrement adapté lorsque l’application requiert une faible susceptibilité à la corrosion intergranulaire en service entre 425 °C et 899 °C.

À l’état recuit, le AISI 347 possède une résistance à la corrosion supérieure au AISI 321 dans un environnement fortement oxydant. Le AISI 347 supporte davantage les pointes de température élevée par rapport au AISI 321.

Applications typiques : collecteurs de gaz d’échappement pour avions, joints d’expansion, pièces d’usines de produits chimiques, pièces de turboréacteurs, tubes et surchauffeurs de chaudières, échangeurs de chaleur, tuyauterie de raffinerie, assemblages mécanosoudés divers.

Provenance/Fabrication

La barre de 13/16 pouce a été produite par Talley Metals (division de Carpenter Company), Caroline du Sud, États-Unis.

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