316Ti vs 316L : stabilisé ou acier inoxydable austénitique à faible teneur en carbone pour les structures soudées

Le 316L est la valeur par défaut correcte pour la plupart des fabrications soudées à des températures ambiantes et modérées, car sa teneur en carbone ultra-faible (0,030 % maximum) empêche déjà la sensibilisation lors du soudage standard à une seule- et à plusieurs-passes.316Ti (UNS S31635)ne gagne sa place que dans un service soutenu à température élevée-(environ 425-815 degrés / 800-1 500 degrés F), comme les systèmes d'échappement, les chaudières et certains codes européens d'appareils sous pression, où sa stabilisation en titane résiste mieux aux précipitations de carbure que la faible teneur en carbone seule lors d'une longue exposition à des températures élevées.

Que sont l’acier inoxydable 316Ti et 316L ?

Le 316Ti (UNS S31635) est une version stabilisée au titane-de l'acier inoxydable de type 316, tandis que le 316L (UNS S31603) est la version à ultra-faible-carbone du même alliage de base -. Les deux existent pour résoudre le même problème, la corrosion intergranulaire après soudage, mais par deux voies métallurgiques différentes.

Modèle standardAcier inoxydable 316est sujet à la sensibilisation : pendant le soudage, le métal à proximité de la soudure (la zone affectée par la chaleur, ou HAZ) refroidit lentement dans la plage de 425 à 815 degrés (800 à 1 500 degrés F), permettant au chrome de se combiner avec le carbone et de précipiter sous forme de carbures de chrome aux joints de grains.

Cela épuise localement le chrome, laissant les régions limites des grains vulnérables à la corrosion intergranulaire.. 316L résout ce problème en éliminant simplement la majeure partie du carbone, de sorte qu'il ne reste plus grand-chose à précipiter.. 316Ti le résout différemment : il ajoute du titane, qui se lie préférentiellement au carbone pour former des carbures de titane, laissant le chrome libre pour maintenir la couche passive même si des niveaux de carbone ordinaires (supérieurs) sont toujours présents.

Sources : spécifications standard ASTM A240/A240M, ASTM A312/A312M, ASTM A276/A276M.

Comment le 316Ti et le 316L se comparent-ils en termes de composition chimique ?

Le 316Ti et le 316L partagent des gammes de chrome, de nickel et de molybdène presque identiques ; la différence déterminante est que le 316Ti permet plus du double de la teneur en carbone du 316L, car c'est son ajout de titane, et non sa faible teneur en carbone, qui contrôle la sensibilisation.

Source : Exigences de composition ASTM A240/A240M pour UNS S31635 et UNS S31603.

Le minimum de titane n’est pas un pourcentage fixe ; elle est directement liée à la teneur en carbone et en azote que la chaleur contient réellement, exprimée sous forme de taux de stabilisation.

Qu'est-ce que le rapport de stabilisation du Ti et pourquoi contrôle-t-il la résistance de l'IGC ?

L'exigence de stabilisation ASTM A240 pour le 316Ti est Ti supérieur ou égal à 5 ​​x (%C + %N), ce qui garantit qu'une quantité suffisante de titane est présente pour se lier à chaque atome de carbone et d'azote disponible avant que le chrome puisse - ce rapport, et non le pourcentage de titane brut, est ce qui détermine si une chaleur donnée est correctement stabilisée.

En pratique, cela signifie qu'un certificat d'usine pour le 316Ti doit être vérifié par rapport à la teneur réelle en carbone et en azote de cette chaleur spécifique, et pas seulement par rapport au plafond maximum de 0,70 % de titane. Une chaleur avec du carbone vers le maximum de 0,08 % nécessite proportionnellement plus de titane pour rester complètement stabilisé qu'une chaleur avec du carbone proche de 0,03 %. EETA fournit le 316Ti avec des rapports de tests complets (MTR) afin que le taux de stabilisation puisse être vérifié chaleur par chaleur.

Comment le 316Ti et le 316L résistent-ils à la sensibilisation à différentes températures ?

Le 316L résiste de manière adéquate à la sensibilisation dans la plage de température traversée par la plupart des soudures structurelles et de procédé, mais le 316Ti maintient cette résistance pendant une exposition beaucoup plus longue à des températures élevées -, c'est pourquoi il est spécifié pour un service continu à température élevée - plutôt que pour le soudage seul.

Le comportement de sensibilisation décrit ici suit le mécanisme établi de précipitation du carbure de chrome - (méthodes d'essai ASTM A262) appliqué aux qualités austénitiques stabilisées par rapport à celles à faible teneur en carbone -.

Quel métal d'apport de soudage doit être utilisé pour le 316Ti et le 316L ?

Les soudures 316Ti et 316L sont presque toujours réalisées avec du métal d'apport ER316L ou E316L, car le titane ne peut pas être transféré de manière fiable à travers un arc de soudage -, ce qui signifie que l'avantage de stabilisation du 316Ti protège le métal de base et la zone affectée par la chaleur-, mais le dépôt de soudure lui-même repose généralement sur une faible teneur en carbone, exactement comme une soudure 316L.

C’est un point souvent négligé dans le choix des matériaux. Le titane s'oxyde préférentiellement et est en grande partie perdu dans les scories et les éclaboussures lorsqu'il est transféré à travers un arc de soudage. Un métal d'apport correspondant au titane - n'est donc pas une pratique commerciale standard. Implications pratiques :

Spécifiez le mastic ER316L (GTAW/GMAW) ou E316L-16/17 (SMAW) pour les métaux de base 316Ti et 316L, à moins qu'une spécification de projet n'exige un mastic stabilisé correspondant pour une raison spécifique.

Étant donné que le métal fondu est effectivement à faible-carbone, quelle que soit la qualité du métal de base-, les performances de corrosion du dépôt de soudure lui-même sont régies par la chimie de type 316L-dans les deux cas.

L'avantage de stabilisation du 316Ti est réalisé dans le métal de base non affecté et dans la ZAT externe, où l'équilibre carbone-titane-d'origine est préservé.

Un nettoyage après-soudure (décapage et passivation selon ASTM A967) reste nécessaire pour les deux qualités afin d'éliminer la teinte thermique et de restaurer la couche passive au niveau de la soudure.

Comment les propriétés mécaniques du 316Ti et du 316L se comparent-elles ?

Le 316Ti a une limite d'élasticité et une résistance à la traction minimales légèrement plus élevées que le 316L à l'état recuit, et il conserve mieux sa résistance à des températures élevées et soutenues, tandis que les deux qualités partagent le même allongement minimum.

Source : exigences minimales en matière de propriétés mécaniques ASTM A240/A240M pour UNS S31635 et UNS S31603, température ambiante, état recuit.

Le 316Ti et le 316L diffèrent-ils en termes de résistance générale aux piqûres et à la corrosion caverneuse ?

Le No - 316Ti et le 316L ont essentiellement la même résistance générale aux piqûres et à la corrosion caverneuse, car le titane n'est pas un terme dans la formule PREN et les deux qualités partagent les mêmes plages de chrome, de molybdène et d'azote ; toute la distinction entre eux réside dans la résistance à la corrosion intergranulaire après soudage ou exposition à la chaleur, et non dans la résistance aux piqûres de chlorure.

Quelles industries et applications favorisent chaque qualité ?

Le 316L domine les travaux généraux de fabrication soudée, alimentaires, pharmaceutiques et architecturaux à températures ambiantes et modérées, tandis que le 316Ti est principalement spécifié pour les équipements à température élevée - et dans les régions ou codes ayant une préférence historique pour les qualités stabilisées.

Comment le coût et la disponibilité se comparent-ils entre le 316Ti et le 316L ?

Le 316Ti n'entraîne généralement qu'un modeste surcoût par rapport au 316L, généralement de l'ordre de 5 à 15 % environ, mais sa disponibilité pratique est beaucoup plus inégale au niveau régional - 316Le L est stocké pratiquement partout, tandis que le 316Ti est plus courant en Europe et peut comporter des délais de livraison plus longs ou des commandes minimales- ailleurs.

Inducteur de coût de l'alliage : le titane est un ajout stabilisant les coûts relativement faible, de sorte que la prime en matière première-pour le 316Ti par rapport au 316L est beaucoup plus faible que, par exemple, la prime d'une nuance super-austénitique à 6 % de molybdène par rapport au 316L.

Stockage régional : le 316Ti est traditionnellement plus courant sur le marché européen (ce qui reflète sa longue histoire dans les spécifications DIN/EN), tandis que le 316L est l'acier inoxydable par défaut stocké dans la plupart des chaînes d'approvisionnement nord-américaines et asiatiques.

Délai : spécifier 316Ti en dehors de ses principales régions de stockage peut entraîner des-délais de commande plutôt que-livraison départ stock - confirmer la disponibilité avant de s'engager sur un calendrier.

Tendance de substitution : étant donné que les qualités L-modernes couvrent la plupart des conditions de service qui nécessitaient autrefois une stabilisation, de nombreuses spécifications ont évolué vers le 316L par défaut, réservant le 316Ti aux cas spécifiques de températures élevées-où cela est encore clairement justifié.

Quand devriez-vous choisir le 316Ti plutôt que le 316L ?

Choisissez 316Ti lorsque le composant bénéficiera d'un service soutenu dans la plage de sensibilisation de 425-815 degrés, lorsqu'un code directeur ou une spécification client exige une qualité stabilisée, ou lorsqu'il correspond à un système 316Ti existant ; choisissez le 316L pour essentiellement tout le reste, y compris la fabrication soudée standard à température ambiante et à température modérée.

• Le composant fonctionne en continu ou de manière répétée dans la plage de 425 à 815 degrés (800 à 1 500 degrés F) → 316Ti
• Le code de conception en vigueur, les spécifications du client ou la norme d'usine existante nécessitent une nuance stabilisée → 316Ti
• Remplacement ou extension d'un système 316Ti existant (échappement, chaudière, échangeur thermique) → 316Ti, pour cohérence matière
• Structures, réservoirs et tuyauteries soudés à température ambiante standard-à-modérée- → 316 L
• Application alimentaire, pharmaceutique ou architecturale sans exposition à des températures-élevées → 316L
• Le calendrier du projet dépend de la -disponibilité des stocks en Amérique du Nord ou en Asie → 316L, à moins que le délai de livraison du 316Ti ne soit confirmé comme étant acceptable.

Si le problème à l'origine de la question est la corrosion par le chlorure ou l'eau de mer plutôt que la sensibilisation à haute-température, aucune des deux qualités n'est le bon point de départ - une qualité PREN supérieure-comme le 254SMO ou un acier inoxydable duplex doit être évaluée à la place.

Foire aux questions

Q : Le 316Ti est-il plus résistant que le 316L ?

R : Oui, modestement :. 316Le Ti a une limite d'élasticité minimale de 205 MPa contre 170 MPa pour le 316L, et une résistance à la traction minimale de 515 MPa contre 485 MPa, selon la norme ASTM A240. Les deux partagent le même allongement minimum de 40 %.

Q : Puis-je souder du 316Ti avec un métal d'apport en titane-pour correspondre exactement au métal de base ?

R : Dans la pratique commerciale standard, non. Le titane s'oxyde préférentiellement et ne se transfère pas de manière fiable à travers un arc de soudage, c'est pourquoi le mastic ER316L ou E316L est utilisé pour les soudures 316Ti et 316L. Le dépôt de soudure lui-même est donc régi par une chimie à faible -carbone, quel que soit le métal de base qui est assemblé.

Q : Le 316Ti est-il identique à l’acier inoxydable 321 ?

R : Non. Les deux sont des nuances austénitiques stabilisées, mais le 321 est stabilisé sans niobium- et est basé sur la famille 18Cr-8Ni (type 304) sans molybdène, tandis que le 316Ti est basé sur la famille de type 316 contenant du molybdène avec stabilisation au titane. 316Ti a donc une résistance à la corrosion par piqûre et caverneuse significativement meilleure que 321 en raison de sa teneur en molybdène.

Q : Le 316L a-t-il parfois besoin d'une qualité stabilisée ?

R : Oui, en particulier pour un service à température élevée et soutenue-dans la plage de sensibilisation de 425-815 degrés, ou lorsqu'un code ou une spécification en vigueur exige un niveau stabilisé. Pour la fabrication soudée standard à température ambiante et à température modérée, la faible teneur en carbone du 316L est normalement suffisante à elle seule.

Q : Le 316Ti et le 316L sont-ils interchangeables pour le service à l'eau de mer ou au chlorure ?

R : En effet, oui, car le titane n'améliore pas la résistance aux piqûres ou à la corrosion caverneuse -, les deux qualités partagent essentiellement le même PREN. Ce n’est pas non plus le choix préféré en cas d’exposition agressive aux chlorures ou à l’eau de mer complète ; une qualité de molybdène supérieure-telle que 254SMO est la voie de mise à niveau appropriée pour ce service.