Acier inoxydable 321SS (UNS S32100) : Ti-alliage austénitique stabilisé pour un service à température élevée-

Aperçu des notes et équivalents internationaux

Le 321SS est un acier inoxydable austénitique stabilisé au titane-construit sur la base classique à 18 % de chrome et 8 % de nickel. Il a été développé pour prévenir la corrosion intergranulaire dans les assemblages soudés que les nuances 18-8 non stabilisées standard peuvent subir lorsqu'elles sont exposées à des températures dans la plage de précipitation du carbure d'environ 427-816 degrés. L'ajout de titane, normalement au moins cinq fois supérieur à la teneur en carbone et en azote, forme des carbures de titane stables et laisse du chrome disponible pour la protection contre la corrosion. En conséquence, le 321 peut être utilisé à l'état brut de soudure pour de nombreux services chimiques et pétrochimiques où le 304 nécessiterait un recuit de solution après soudage. La qualité est disponible sous forme de plaques, feuilles, bandes, tuyaux, tubes, barres, fils et pièces forgées sous les désignations ci-dessous.

Système de désignation	Nom du grade	Norme de référence
UNS	S32100	ASTMA240, A312, A213, A269
FR	1,4541 (X6CrNiTi18-10)	EN 10088
JIS	SUS321	JIS G4303, G4304
DIN historique	X6CrNiTi18-10	DIN 17440

Composition chimique selon ASTM A240

Les limites suivantes pour UNS S32100 sont tirées de la norme ASTM A240 pour les plaques, feuilles et bandes. Le minimum de titane est exprimé en fonction de la teneur en carbone et en azote, caractéristique déterminante d'une nuance stabilisée.

Élément	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	N	Ti
Limite, %	0,08 maximum	2,00 maximum	0,045 maximum	0,030 maximum	0,75 maximum	17.0-19.0	9.0-12.0	0,10 maximum	5 x (C+N) min, 0,10 min, 0,70 max

Par rapport au 304 ordinaire, les gammes de chrome et de nickel sont similaires mais le titane est délibérément ajouté. Le rapport de stabilisation d'au moins 5 x (C+N) garantit qu'il y a suffisamment de titane pour se combiner avec tout le carbone et l'azote disponibles.

Propriétés mécaniques à température ambiante

Les propriétés typiques de température ambiante minimale-pour les plaques recuites sont spécifiées dans la norme ASTM A240 comme suit.

Propriété	Valeur
Résistance à la traction, MPa	515 minutes
Limite d'élasticité de 0,2 %, MPa	205 minutes
Allongement en 50 mm, %	40 minutes
Dureté Brinell, HBW	217 maximum

Pourquoi la stabilisation du titane est importante

Sensibilisation et dégradation des soudures

Lorsque l'acier inoxydable austénitique non stabilisé est chauffé entre environ 427 degrés et 816 degrés, le carbone se diffuse jusqu'aux joints de grains et réagit avec le chrome pour former des carbures de chrome. La zone appauvrie en chrome - adjacente aux limites perd son film passif et devient sensible aux attaques intergranulaires dans les milieux corrosifs, un phénomène connu sous le nom de dégradation des soudures dans la zone affectée thermiquement - des joints soudés. Dans le 321SS, le titane réagit préférentiellement avec le carbone pour former des carbures de titane stables, de sorte que l'épuisement du chrome ne se produit pas et que le matériau peut être utilisé comme-soudé dans de nombreux services corrosifs.

Capacité de température-élevée

Le 321 offre une bonne résistance à l'oxydation et une bonne résistance au fluage pour un service continu jusqu'à environ 900 degrés, avec un service intermittent jusqu'à environ 870 degrés. La structure stabilisée conserve également une résistance utile dans la plage de 427-816 degrés où le 304 sensibilisé serait en danger. Cette combinaison de stabilisation et de résistance à haute température explique sa longue histoire dans les systèmes d'échappement d'avions, les reformeurs chimiques et les composants de centrales électriques.

Soudage, fabrication et traitement thermique

Le 321SS est soudable par tous les procédés conventionnels, notamment TIG, MIG, MMA et SAW. La composition stabilisée permet généralement un service comme-soudé sans traitement thermique post-soudage, bien que des sections lourdes ou des milieux très agressifs puissent toujours justifier un recuit de mise en solution complet. Le métal d'apport recommandé est généralement un type stabilisé au niobium- tel que ER347 ou une charge stabilisée correspondante, selon le code en vigueur. Pour le formage, l'alliage -durcit à un rythme modéré et peut être laminé à froid, embouti et filé en utilisant la pratique austénitique standard. Le recuit en solution standard est effectué à une température proche de 925-1 100 degrés, suivi d'un refroidissement rapide dans l'air ou l'eau, qui rétablit la pleine résistance à la corrosion après un travail à chaud.

Applications typiques

Équipement de traitement chimique soudé fonctionnant dans la plage de températures de précipitation des carbures

Échangeurs de chaleur, tubes de reformage et pièces de four dans les usines pétrochimiques

Collecteurs d'échappement et composants de moteurs d'avions

Équipements de transformation des aliments et de produits laitiers nécessitant l’intégrité des soudures

Composants de production d'électricité exposés à des températures élevées

Foire aux questions

1. Pourquoi du titane est-il ajouté à l’acier inoxydable 321 ?

Le titane est un puissant formateur de carbure. Il se combine avec le carbone pour former des carbures de titane lors du soudage ou d'une exposition à des températures élevées, empêchant ainsi la précipitation du carbure de chrome aux joints de grains. Cela préserve la résistance à la corrosion dans la zone affectée par la chaleur et empêche les attaques intergranulaires, également appelées dégradations des soudures.

2. Quelle est la différence entre le 321 et le 316Ti ?

Les deux sont des nuances austénitiques stabilisées au titane-. La principale différence est le molybdène : le 316Ti contient 2-3 % de Mo, ce qui améliore considérablement la résistance aux piqûres et à la corrosion caverneuse dans les environnements chlorés.. 321 est basé sur la composition 18-8 sans molybdène. Le 316Ti est donc préféré là où la corrosion localisée du chlorure est un risque, tandis que le 321 est souvent sélectionné pour sa résistance à haute température et son économie dans des milieux moins corrosifs.

3. Le 321 peut-il être utilisé à des températures cryogéniques ?

En tant que nuance entièrement austénitique, le 321 conserve une bonne résistance aux chocs à des températures inférieures à -et a été utilisé dans les équipements cryogéniques. Cependant, les concepteurs préfèrent généralement les austénitiques non stabilisés de qualité L-ou renforcés à l'azote-tels que le 304L ou le 316L pour les applications à très basse température, car ils sont largement couverts par les codes de conception cryogéniques. 321 et sont plus appréciés dans la plage de températures élevées-au-dessus d'environ 400 degrés.

4. Qu’est-ce que la dégradation des soudures et comment la stabilisation l’empêche-t-elle ?

La dégradation des soudures est une corrosion intergranulaire localisée dans la zone affectée thermiquement-d'un joint soudé, provoquée par la précipitation du carbure de chrome et l'épuisement du chrome aux joints de grains lorsque l'acier est maintenu dans la plage de 427-816 degrés pendant le soudage. Dans le 321, le titane récupère le carbone, de sorte que les carbures de chrome ne peuvent pas se former et la zone affectée thermiquement conserve sa résistance à la corrosion.

5. Quel traitement thermique est appliqué au 321SS ?

Le traitement standard est un recuit en solution proche de 925-1 100 degrés suivi d'un refroidissement rapide dans l'air ou l'eau, qui dissout tous les précipités et rétablit la pleine résistance à la corrosion. Pour les qualités stabilisées, un recuit de stabilisation proche de 870-900 degrés est parfois spécifié après le soudage lorsque le composant est destiné à être utilisé à une température supérieure à 427 degrés.