Aciers inoxydables à durcissement par précipitation 630 (17-4 PH) vs 631 (17-7 PH) : résistance polyvalente par rapport à celle de qualité aérospatiale

Introduction : la résistance au-delà du recuit

630 (17-4 PH, UNS S17400, EN 1.4542) et 631 (17-7 PH, UNS S17700, EN 1.4568) sont des aciers inoxydables martensitiques à durcissement par précipitation. Les deux sont fournis dans un état de recuit doux, puis durcis par un traitement de vieillissement à basse température qui précipite de fines particules intermétalliques. Le résultat est un acier inoxydable avec des limites d'élasticité comprises entre 1 000 et 1 500 MPa. Les deux qualités diffèrent par le système d'alliage, la réponse au traitement thermique et les marchés visés : le 630 est le cheval de bataille industriel général, tandis que le 631 atteint une résistance plus élevée pour les applications aérospatiales.

Composition chimique comparée (ASTM A693)

Élément (% en poids)	630 (17-4PH)	631 (17-7 PH)
Carbone (C)	0.07 max	0.09 max
Manganèse (Mn)	1.00 max	1.00 max
Phosphore (P)	0.040 max	0.040 max
Soufre (S)	0.030 max	0.030 max
Silicium (Si)	1.00 max	1.00 max
Chrome (Cr)	15.00 - 17.50	16.00 - 18.00
Nickel (Ni)	3.00 - 5.00	6.50 - 7.75
Cuivre (Cu)	3.00 - 5.00	-
Niobium + Tantale (Nb+Ta)	0.15 - 0.45	-
Aluminium (Al)	-	0.75 - 1.50
Fer (Fe)	Équilibre	Équilibre

Traitement thermique et résistance résultante

Condition	Traitement	Traction (min)	Rendement (min)	Dureté
630 H900	Recuit en solution ~1040 C, âge 482 C / 1 h	1310 MPa	1170 MPa	~40 HRC
630 H1150	Âge 621 C / 4 h	930 MPa	725 MPa	~33 HRC
631 TH1050	Recuit en solution ~ 1 065 °C, âge 510 °C	1450 MPa	1310 MPa	~44 HRC
631 RH950	Réfrigération + âge 510 C	1620 MPa	1520 MPa	~48 HRC

Les valeurs suivent ASTM A564. Pour le 630, le vieillissement à 482 C donne une résistance maximale et le vieillissement à 621 C donne une meilleure ténacité. Pour le 631, la voie TH1050 combine une transformation à haute température avec un vieillissement à 510 C, et la voie RH950 ajoute un traitement sous zéro pour les résistances les plus élevées.

Applications

630 est utilisé pour les outils de fond de pétrole et de gaz, les arbres de pompe, les tiges de valve, les fixations, les engrenages, les composants de turbine et les instruments chirurgicaux orthopédiques, où une résistance élevée, une résistance à la corrosion modérée et une économie sont équilibrées.

Résistance à la corrosion et limites

Les deux qualités offrent une résistance à la corrosion comprise entre les niveaux 304 et 430 dans de nombreux environnements, mais aucune n'est destinée au service marin ou aux chlorures forts ; des piqûres et une corrosion sous contrainte peuvent se produire. Pour les conceptions dominées par la corrosion, une nuance austénitique au molybdène telle que le 316L est la réponse standard.

Compromis en matière de coût et de fabrication

Le 630 est environ 15 à 20 % moins cher que le 631 sur une base matérielle et est plus facile à usiner et à souder, ce qui en fait la qualité de durcissement par précipitation par défaut pour les composants industriels.. 631 a une formabilité plus faible et nécessite une fabrication plus spécialisée, ce qui est accepté dans l'aérospatiale où son rapport résistance/poids et ses performances cryogéniques justifient le coût.

Lignes directrices de sélection

Donnez la priorité au 630 pour les pièces industrielles à haute résistance où l'économie et l'usinabilité sont importantes. Sélectionnez le 631 là où une résistance, une fatigue et une ténacité cryogénique de qualité aérospatiale sont requises. Pour les environnements chlorés ou d’eau de mer, utilisez une nuance résistante à la corrosion au lieu de l’acier PH.

FAQ

1. Que signifie PH dans 17-4 PH ?

PH signifie durcissement par précipitation. L'acier est durci par vieillissement, qui précipite de fines particules qui renforcent la matrice martensitique, plutôt que par trempe et revenu uniquement.

2. Quel est l'équivalent EN du 17-4 PH et du 17-7 PH ?

17-4 PH est EN 1.4542 (X5CrNiCuNb16-4). 17-7 PH est EN 1.4568 (X7CrNiAl17-7). Les numéros UNS sont respectivement S17400 et S17700.

3. Les modèles 630 et 631 peuvent-ils être soudés ?

Oui, à l'état recuit ou vieilli. Après le soudage, un recuit complet et un nouveau vieillissement restaurent les propriétés requises dans la zone affectée thermiquement.

4. Pourquoi le 631 est-il utilisé dans l'aérospatiale ?

Son système de précipitation à base d'aluminium offre des limites d'élasticité supérieures à 1 300 MPa avec une bonne fatigue et une bonne ténacité cryogénique, à un coût de densité inférieur à celui de nombreux alliages concurrents à ultra haute résistance.

5. Quelle qualité est la meilleure pour l’eau de mer ?

Ni l'un ni l'autre. Les deux sont sensibles aux piqûres et à la fissuration par corrosion sous contrainte en service avec du chlorure. Précisez 316L ou un grade duplex pour l’eau de mer.

6. Comment la condition finale est-elle identifiée sur un certificat ?

La condition est indiquée avec la température de vieillissement, par exemple 630 H900 ou 631 TH1050, ainsi que la désignation UNS S17400 ou S17700 et la spécification directrice telle que ASTM A564.