Qu’est-ce que les aciers inoxydables austénitiques et ses types

Qu’est-ce que les aciers inoxydables austénitiques?

L’acier inoxydable est un terme plus large couvrant les aciers inoxydables austénitiques, ferritiques, martensitiques, ferritiques-austénitiques (Duplex) et trempés par précipitation. Chacun de ses types a des propriétés et des applications uniques.

Types d’aciers inoxydables

Les aciers inoxydables sont divisés en 5 types principaux :

  1. Les aciers ferritiques sont à base de chrome avec de petites quantités de carbone, généralement au maximum 0,10 %. Ils ont une microstructure similaire aux aciers au carbone et faiblement alliés. Les aciers inoxydables ferritiques sont limités à des sections relativement minces en raison du manque de ténacité des soudures. Cependant, lorsque le soudage n’est pas nécessaire, ils offrent une large gamme d’applications. Ils ne peuvent pas être durcis par traitement thermique. Les aciers à haute teneur en chrome avec des ajouts de molybdène peuvent être utilisés dans des conditions assez agressives telles que l’eau de mer. Les aciers ferritiques sont également choisis pour leur résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte. Ils ne sont pas aussi formables que les aciers inoxydables austénitiques, mais ils sont magnétiques. Les aciers inoxydables ferritiques ainsi que l’acier inoxydable Duplex sont sujets à une fragilisation de 885 °F à 475 °C.
  2. Les aciers austénitiques sont les plus courants. Leur microstructure stable est obtenue par addition de Nickel, Manganèse et Azote. C’est la même structure que celle des aciers ordinaires à des températures beaucoup plus élevées, c’est-à-dire au-dessus d’une température de transformation inférieure. Cette structure confère à ces aciers leur combinaison caractéristique de soudabilité et de formabilité. Continuez à lire cet article pour des informations détaillées sur les aciers inoxydables austénitiques.
  3. Martensitique – Ces aciers sont similaires aux aciers ferritiques ayant un élément d’alliage primaire tel que le chrome, mais ont des teneurs en carbone élevées pouvant atteindre 1% pour s’adapter à diverses propriétés métallurgiques. Cela permet à l’acier inoxydable martensitique d’être durci et revenu tout comme les aciers au carbone et faiblement alliés. Ils sont utilisés lorsqu’une résistance élevée et une résistance à la corrosion modérée sont requises. Ils ont généralement une soudabilité et une formabilité faibles. Ils sont de nature magnétique et peuvent être différenciés de l’ASS grâce à ces propriétés.
  4. Duplex – Ces aciers ont une microstructure d’environ 50 % ferritique et 50 % austénitique. Cela leur donne une résistance plus élevée que les aciers ferritiques ou austénitiques. Ils résistent à la fissuration par corrosion sous contrainte. Les aciers « lean duplex » sont formulés pour avoir une résistance à la corrosion comparable à celle des aciers austénitiques standard, mais avec une résistance et une résistance améliorées à la fissuration par corrosion sous contrainte. Les aciers Super Duplex ont une résistance et une résistance à toutes les formes de corrosion améliorées par rapport aux aciers austénitiques standard. Ils sont soudables mais nécessitent une attention particulière dans la sélection des consommables de soudage et l’apport de chaleur. Ils ont une formabilité modérée. Ils sont magnétiques mais pas tant que les grades ferritique, martensitique et PH en raison de la phase austénitique à 50 %.
  5. Durcissement par précipitation (PH) – Ces aciers peuvent développer une résistance très élevée en ajoutant des éléments tels que le cuivre, le niobium et l’aluminium à l’acier. Suite à un traitement thermique de « vieillissement » adapté, des particules très fines se forment dans la matrice de l’acier qui confère de la résistance à l’alliage. Ces aciers peuvent être usinés sous des formes assez complexes nécessitant de bonnes tolérances avant le traitement de vieillissement final car il y a une distorsion minimale du traitement final, ce qui les rend adaptés au matériau de l’arbre pour l’aérospatiale, le pétrole et le gaz, etc. La résistance à la corrosion du PH est comparable aux aciers austénitiques standard comme 1.4301 (SS304).

Acier inoxydable austénitique

Cet article portait sur les aciers 18/8 ou 18Cr-8Ni généralement appelés aciers inoxydables austénitiques. Ils ont une résistance à la traction équivalente à celle des aciers doux, environ 210 Mpa (30 ksi) de limite d’élasticité minimale à température ambiante. Ils résistent au durcissement par transformation thermique et offrent de très bonnes propriétés d’impact inférieur à zéro et une soudabilité. Ils peuvent être durcis par travail à froid et leur résistance peut être améliorée.

types d'acier inoxydable

Types d’acier inoxydable austénitique

Les aciers inoxydables austénitiques sont classés comme :

  1. série 200 et 
  2. Alliages de la série 300 par l’American Iron and Steel Institute (AISI). 

La série 200 à haute teneur en carbone, manganèse et azote se compare à la série 300 et à faible teneur en Ni pour compenser ces éléments. Série 200 utilisée dans des applications spéciales, par exemple l’application exige une résistance au grippage (le grippage est une forme d’usure causée par l’adhérence entre les surfaces de glissement, par exemple l’usure des filetages des boulons).

Dans les aciers inoxydables austénitiques, le nickel est le principal élément favorisant la stabilité de la structure austénitique à température ambiante (généralement supérieure à 8%) entre autres en C, N et Cu qui agissent également comme stabilisants austénitiques. Le carbone fournit également une résistance au fluage améliorée à température élevée. De l’azote est ajouté à certaines qualités comme renforçateur de résistance principalement à des températures ambiantes et cryogéniques. Les types d’azote ajouté sont désignés par le suffixe N, par exemple 304LN. Le manganèse augmente la solubilité de l’azote dans la phase austénitique en raison de ce N plus élevé est ajouté au grade ayant un % de Mn plus élevé, en particulier dans la série 200. D’autres grades ASS portent le suffixe L (valeur nominale de 0,03 % en poids C) ou H (jusqu’à 0,1 % en poids C) qui signifient respectivement à faible teneur en carbone ou à haute teneur en carbone.Le grade 316 remplace environ 2 % de molybdène (Mo) par une quantité presque égale de Cr pour améliorer la résistance à la corrosion par piqûres. Certaines qualités contiennent une quantité plus élevée de silicium et/ou d’aluminium avec du carbone pour maintenir respectivement la résistance et la résistance à l’oxydation et/ou à la carburation.

Les qualités stabilisées d’ASS telles que 321 et 347, contiennent une petite quantité de Ti et de Nb, qui ont une plus grande affinité de formation de carbure (type MC) pour le carbone par rapport au Cr à température élevée, empêchant ainsi la précipitation du carbure de Cr (M23C6). Les aciers inoxydables austénitiques contenant jusqu’à 1% de Ti et Nb réduisent efficacement la teneur en carbone de la matrice empêchant ainsi la formation de types M23C6. Cela réduit également l’effet de sensibilisation dans l’ASS et empêche ainsi la corrosion intergranulaire (IGC).

 Les aciers inoxydables austénitiques étant des types ductiles, présentent un allongement significatif lors d’un essai de traction. La présence de Cr en tant qu’éléments hautement oxydants fournit une couche de surface protectrice pour la résistance à la corrosion et à l’oxydation ultérieure. Ils ne sont pas un choix approprié dans certains environnements courants tels que l’eau de mer, les milieux contenant du chlorure ou dans des environnements hautement caustiques en raison de leur sensibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte (SSC). 

La résistance à la corrosion peut être améliorée en ajoutant du chrome, du molybdène et de l’azote. Les aciers inoxydables austénitiques ne peuvent pas être durcis par traitement thermique mais ont la propriété utile de pouvoir être écrouis à des niveaux de résistance élevés tout en conservant un niveau utile de ductilité et de ténacité. Les nuances standard d’aciers austénitiques sont vulnérables à la fissuration par corrosion sous contrainte. Les aciers austénitiques à plus haute teneur en nickel ont une résistance accrue à la fissuration par corrosion sous contrainte. Les aciers inoxydables austénitiques sont nominalement non magnétiques mais présentent généralement une certaine réponse magnétique en fonction de la composition et de l’écrouissage de l’acier.