Acier inoxydable 317L vs 316L : quand l'ajout de molybdène fait la différence en termes de résistance aux piqûres

Acier 316Lest l'acier inoxydable le plus largement utilisé en service corrosif, et pour cause : il se soude facilement, résiste à la corrosion générale et coûte moins cher que la plupart des alliages supérieurs. Mais il existe un mode de défaillance dans lequel le 316L laisse tranquillement les ingénieurs éviter la - corrosion par piqûres dans des environnements riches en chlorures -. L'eau de mer, l'eau de refroidissement saumâtre, le sel de déneigement, les saumures de traitement et même l'humidité côtière peuvent tous provoquer le développement de minuscules fosses profondes dans le 316L qui traversent la paroi métallique et provoquent des fuites - souvent sans avertissement visible.

Le 317L existe exactement pour cette situation. Toute la différence entre le 316L et le 317L se résume à un seul élément : le molybdène. 316L contient 2-3 % de molybdène ; Le 317L en contient 3 à 4 %. Ces 1 % de molybdène supplémentaires, combinés à un peu plus de chrome (18-20 % contre 16-18 %), augmentent la résistance aux piqûres de l'alliage d'environ 25 % - suffisamment pour faire la différence entre un échangeur de chaleur qui dure 3 ans et un qui dure 15 ans. Le « L » dans les deux qualités signifie « faible teneur en carbone » (inférieur ou égal à 0,03 %), donc les deux soudent proprement sans sensibilisation.

Si votre composant 316L voit des ions chlorure (Cl⁻) - des chlorures particulièrement chauds ou acides - et que les piqûres sont le mode de défaillance qui vous inquiète, passez au 317L. La prime de coût de 15 - 30 % vous permet d'obtenir environ 25 % de résistance aux piqûres en plus, ce qui constitue une assurance bon marché contre une défaillance due aux piqûres de chlorure. Si l’environnement ne contient pas de chlorures, le 316L est généralement suffisant et plus économique. En bref : 316L est la valeur par défaut, 317L est la mise à niveau du chlorure.

Composition chimique

316L et 317L partagent la même base austénitique et le même ultra- faible teneur en carbone (inférieur ou égal à 0,03 %), mais diffèrent par trois éléments d'alliage : le molybdène (2-3 % contre 3-4 %), le chrome (16-18 % contre 18-20 %) et le nickel (10-14 % contre 11-15 %). Le molybdène supplémentaire constitue la différence décisive : c'est l'élément qui résiste à la corrosion par piqûres et fissures dans les environnements chlorés. Tout le reste concernant les deux niveaux est essentiellement le même.

Les deux nuances appartiennent à la famille des aciers inoxydables austénitiques de la série 300- et portent le suffixe « L », signifiant « Faible teneur en carbone » (inférieur ou égal à 0,03 %) pour une résistance maximale à la sensibilisation des soudures. Le molybdène est l'élément d'alliage déterminant qui sépare la famille 316/317 du 304 ordinaire. Dans le 316L, la teneur en molybdène varie de 2 % à 3 %. En 317L, elle varie de 3% à 4%. Il s'agit d'un saut significatif : le molybdène est cher et puissant, et passer de ~2,5 % à ~3,5 % de molybdène est ce qui transforme le 316L en un alliage « de qualité marine ».

Pourquoi le molybdène résiste aux piqûres ? - La science en langage simple

Le molybdène résiste aux piqûres car il rend le film protecteur d'oxyde de chrome sur la surface de l'acier plus résistant et plus autoréparable. Lorsqu'un ion chlorure attaque un point faible du film, le molybdène de l'alliage réagit avec l'eau pour former des molybdates, qui réparent le film endommagé. Plus de molybdène=autoréparation plus rapide et plus complète - moins de piqûres qui se transforment en fuites. C’est pourquoi la résistance aux piqûres de l’acier inoxydable dépend presque directement de la teneur en molybdène.

L'acier inoxydable résiste à la corrosion grâce à un film invisible-d'oxyde de chrome (Cr₂O₃) auto-cicatrisant qui se forme à sa surface en présence d'oxygène. Ce film n'a que quelques nanomètres d'épaisseur - des milliers de fois plus fin qu'un cheveu humain - et c'est pourtant ce qui rend l'acier inoxydable « inoxydable ». Le problème est que les ions chlorure sont des brise-film agressifs. Un ion chlorure peut percer le film d'oxyde au niveau d'un point microscopique faible (une inclusion de sulfure, une rayure, un joint de grain) et attaquer le métal nu situé en dessous.

Une fois qu'une fosse démarre, elle s'auto-accélère : l'intérieur de la fosse devient acide et privé d'oxygène, ce qui empêche le film de se reformer, tandis que le métal environnant reste passif. Cela crée une minuscule cellule galvanique - une batterie miniature - où l'intérieur de la fosse est l'anode (qui se corrode rapidement) et la surface environnante est la cathode (protégée). Le résultat est un trou étroit et profond qui peut traverser toute l’épaisseur de la paroi tandis que le reste de la surface semble intact. Les piqûres sont dangereuses précisément parce qu'elles sont localisées : un tuyau peut perdre 0,01 % de son poids total à cause de la corrosion, mais s'effondrer complètement à partir d'une seule piqûre traversant-la paroi.

Le molybdène interrompt ce processus. Le molybdène contenu dans l'alliage se dissout dans la solution de la fosse et aide à re-passiver la surface métallique, formant des composés de molybdate qui bloquent l'attaque et permettent au film d'oxyde de se reformer-. Une teneur plus élevée en molybdène signifie que l'alliage peut réparer les dommages du film plus rapidement que les chlorures ne peuvent le briser. C'est pourquoi le 317L, avec ~3,5 % de molybdène, résiste nettement mieux aux piqûres que le 316L avec ~2,5 %.

PREN - Le nombre qui quantifie la résistance aux piqûres

Le PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) est la méthode standard pour classer les aciers inoxydables en fonction de leur résistance aux piqûres : PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L a un PREN d'environ 24-26 ; Le 317L a un PREN d'environ 29-31. Cet écart de 5 points représente une amélioration réelle et mesurable de la résistance aux piqûres de chlorure - et il est presque entièrement dû aux 1 % de molybdène supplémentaire.

La formule PREN est un outil de dépistage rapide et non une garantie. Il vous indique, en un seul chiffre, si une qualité est un candidat raisonnable pour un environnement chloré donné. En règle générale : un PREN inférieur à 20 ne convient pas à toute exposition significative au chlorure ; PREN 20-30 gère les chlorures légers à modérés (eau saumâtre, légères éclaboussures d'eau de mer) ; PREN 30-40 gère les chlorures agressifs (immersion dans l'eau de mer, saumures chaudes) ; Un PREN supérieur à 40 est requis pour les services sévères (eau de mer chaude, eau de Javel, chlorures acides). Remarquez où se situent les 316L et 317L : le 316L se situe près du bas de la bande "modérée", tandis que le 317L atteint le sommet de celle-ci - une avancée significative, bien que toujours en dessous des véritables alliages de qualité eau de mer.

Résistance à la corrosion

Dans les environnements contenant du chlorure-, le 317L est nettement plus résistant aux piqûres et à la corrosion caverneuse que le 316L. La température critique de piqûre (CPT) du 317L est d'environ 25-35 degrés, contre 15-20 degrés pour le 316L - ce qui signifie que le 317L peut tolérer des solutions de chlorure 10 à 15 degrés plus chaudes avant le début des piqûres. Pour la corrosion caverneuse, l'écart est similaire : le 317L survit dans des conditions de chlorure qui corroderaient rapidement le 316L, en particulier sous les joints, les dépôts et les fixations.

La corrosion par piqûres est une attaque localisée qui produit de petits trous profonds dans une surface autrement lisse. La corrosion caverneuse est sa proche cousine : attaque qui se produit dans les espaces restreints - sous les joints, les rondelles, les têtes de boulons, les éclaboussures de soudure, la croissance marine ou les dépôts accumulés - où l'environnement devient stagnant, l'oxygène-appauvri et acidifié. La corrosion caverneuse est généralement plus agressive que la piqûre car la géométrie des fissures emprisonne les chlorures et les acides tout en excluant l'oxygène nécessaire à la réparation du film protecteur.

Les deux modes de rupture sont caractérisés par une température critique : en dessous de la CPT (température critique de piqûre) ou CCT (température critique de crevasse), l'alliage résiste aux attaques ; au-dessus, l'attaque s'initie et se propage. Ces températures sont mesurées par des tests standardisés (ASTM G48) dans une solution de chlorure ferrique. Le CPT du 316L se situe généralement autour de 15 à 20 degrés, tandis que le 317L teste autour de 25 à 35 degrés. Cette différence de 10 à 15 degrés est très significative dans la pratique : c'est la différence entre un échangeur de chaleur qui survit à l'eau de mer tropicale et un autre qui se pique en quelques mois.

Acide sulfurique et phosphorique - L'autre avantage du 317L

Au-delà des piqûres, le 317L surpasse également le 316L dans les acides réducteurs -, en particulier l'acide sulfurique et phosphorique -, car sa teneur plus élevée en molybdène, chrome et nickel améliore la résistance aux conditions réductrices (manques d'oxygène-) trouvées à l'intérieur de ces acides. C'est pourquoi le 317L est le matériau traditionnel pour les évaporateurs d'acide phosphorique, le traitement des acides gras et la manipulation de l'acide sulfurique dans les industries chimiques et alimentaires.

C'est un point important que de nombreux ingénieurs négligent : le 317L n'est pas seulement un "316L plus résistant aux piqûres-" -, il est également plus résistant à certains acides. L'acide sulfurique (H₂SO₄) et l'acide phosphorique (H₃PO₄) sont des acides réducteurs, ce qui signifie qu'ils attaquent le métal là où l'oxygène est rare - à l'intérieur de l'acide lui-même - plutôt qu'à la surface riche en oxygène -. Les teneurs plus élevées en chrome (18-20 %), en molybdène (3-4 %) et en nickel (11-15 %) dans le 317L lui confèrent une meilleure résistance à ces conditions réductrices que le 316L.

L’exemple classique est la production et l’évaporation d’acide phosphorique. L'acide phosphorique de procédé humide-contient des chlorures et des fluorures qui piqueraient le 316L. Le 317L est donc le matériau standard pour les tubes d'évaporateur, les réchauffeurs et les pompes de ce service. De même, dans le traitement des acides gras (huiles comestibles, savons, détergents), le 317L résiste mieux aux conditions acides chaudes que le 316L. Si votre application implique de l'acide sulfurique ou phosphorique - même à des concentrations modestes, - 317L est le choix le plus sûr.

Corrosion générale

Pour une corrosion générale (uniforme) dans des environnements non-chlorés, non-acides - exposition atmosphérique, eau douce, acides organiques doux dans les aliments - 316L et 317L fonctionnent essentiellement de la même manière, car la résistance générale à la corrosion est régie principalement par la teneur en chrome, qui est proche dans les deux qualités. La prime pour le 317L ne vous rapporte rien dans ces environnements doux, c'est pourquoi le 316L reste la valeur par défaut économique pour les services corrosifs à usage général-.

C’est le contrepoint crucial à l’avantage du 317L : il n’est pas universellement meilleur. Dans des environnements sans chlorures ni acides réducteurs, le molybdène supplémentaire contenu dans le 317L est gaspillé et vous payez 15-30 % de plus pour une résistance à la corrosion que vous n'utiliserez jamais. Pour la transformation des aliments sans saumure, les équipements pharmaceutiques, les applications architecturales et la manipulation chimique générale sans chlorure, le 316L est le choix correct et économique. La compétence en matière de sélection des matériaux consiste à savoir quand la menace du chlorure ou de l’acide est suffisamment réelle pour justifier la mise à niveau du 317L.

Propriétés mécaniques

Le 317L est légèrement plus résistant que le 316L à température ambiante : sa résistance à la traction minimale est de 515 MPa (75 ksi) contre 485 MPa (70 ksi) pour le 316L, et sa limite d'élasticité minimale est de 205 MPa (30 ksi) contre 170 MPa (25 ksi). Cet avantage de résistance de 6-20 % provient de la teneur plus élevée en chrome, molybdène et azote - mais il s'agit d'un facteur mineur et non d'une raison pour choisir le 317L. La décision d'utiliser le 317L est motivée par la résistance à la corrosion et non par la résistance.

Formabilité et maniabilité

Les deux nuances sont entièrement austénitiques et hautement formables, soudables et ductiles.. 317Le L est légèrement plus difficile à travailler à froid-que le 316L en raison de sa teneur en alliage plus élevée (il fonctionne-durcit un peu plus rapidement), mais la différence est mineure dans la pratique. Pour l'usinage, les deux nuances sont similaires, même si la teneur plus élevée en alliage du 317L réduit légèrement l'usinabilité. Aucune des deux qualités n'est durcissable par traitement thermique -, elles sont durcies uniquement par travail à froid.

Remarque pratique pour les fabricants : comme le 317L contient plus de molybdène, de chrome et de nickel, il durcit un peu plus rapidement que le 316L lors du formage à froid et de l'usinage. Cela signifie que des changements d'outils légèrement plus fréquents et des rayons de courbure légèrement plus grands peuvent être nécessaires. Cependant, pour l'écrasante majorité des applications, - tuyaux, raccords, brides, plaques et tôles - 317L se fabrique essentiellement avec la même facilité que le 316L en utilisant les pratiques standard en acier inoxydable.

[Source] ASTM A240/A240M - Spécification standard pour le chrome et le chrome-plaques, feuilles et bandes d'acier inoxydable au nickel.

Soudage - Les deux soudent proprement, mais correspondent au métal d'apport

Les 316L et 317L sont des qualités L-avec moins ou égal à 0,03 % de carbone, de sorte que les deux se soudent proprement sans traitement thermique post-et résistent à la sensibilisation à l'état brut de soudure-. La règle clé est la sélection du métal d'apport : pour un joint 317L, utilisez le mastic ER317L (AWS A5.9) afin que le métal soudé corresponde à la teneur plus élevée en molybdène du métal de base. L'utilisation d'un mastic 316L dans un joint 317L crée une zone de soudure PREN inférieure -, un point faible potentiel de piqûre dans le service de chlorure.

Le piège en métal d'apport

Lors du soudage du 317L - ou de l'assemblage du 316L au 317L -, utilisez le métal d'apport ER317L. Le métal soudé doit contenir au moins autant de molybdène que le métal de base plus résistant à la corrosion-. Si vous soudez du 317L avec du mastic ER316L, le cordon de soudure devient le point faible de la corrosion et se piquera avant le 317L environnant -, ce qui va à l'encontre de l'objectif même de la spécification du 317L.

Il s’agit d’une erreur courante et coûteuse dans le domaine. Un fabricant habitué au soudage du 316L peut automatiquement recourir au mastic ER316L. Lorsque le joint est en réalité du 317L (ou du 316L-à-317L), le métal de soudure déposé se retrouve avec seulement ~2,5 % de molybdène, tandis que le métal de base en contient environ 3,5 %. Dans un environnement chloré, le cordon de soudure - avec son PREN inférieur - devient le premier endroit à piquer. Le résultat est une soudure qui se rompt par corrosion préférentielle exactement là où le 317L, moyennant un supplément de prix, était censé assurer la protection. Spécifiez et vérifiez toujours le mastic ER317L pour les travaux 317L.

[Source] Spécification AWS A5.9/A5.9M - pour les électrodes et baguettes de soudage nues en acier inoxydable.

Foire aux questions

Q : Quelle est la différence entre le 316L et le 317L ?

R : La différence réside dans la teneur en molybdène et en chrome . 316 L contient 2 à 3 % de molybdène et 16 à 18 % de chrome ; Le 317L contient 3 à 4 % de molybdène et 18 à 20 % de chrome. Les deux contiennent moins ou égal à 0,03 % de carbone. Le molybdène supplémentaire contenu dans le 317L lui confère environ 25 % de résistance en plus aux piqûres et à la corrosion caverneuse dans les environnements chlorés, ainsi qu'une meilleure résistance aux acides réducteurs comme l'acide sulfurique et phosphorique.

Q : Quand dois-je utiliser du 317L au lieu du 316L ?

R : Utilisez le 317L lorsque l'environnement contient des chlorures (eau de mer, eau saumâtre, saumures, eau de Javel) ou des acides réducteurs (acides sulfurique, phosphorique, gras) qui provoqueraient des piqûres ou une corrosion du 316L. Applications typiques : épurateurs de désulfuration des gaz de combustion, évaporateurs d'acide phosphorique, traitement des acides gras, blanchiment des pâtes et papiers et échangeurs de chaleur eau de mer/eau saumâtre. Si l’environnement ne contient ni chlorures ni acides réducteurs, le 316L est suffisant et moins cher.

Q : Le 317L est-il plus cher que le 316L ?

R : Oui, le 317L coûte généralement 15-30 % de plus que le 316L, car il contient plus de molybdène, de chrome et de nickel -, tous des éléments d'alliage coûteux. La prime est justifiée lorsqu’elle évite une défaillance par corrosion par piqûre, qui coûterait bien plus cher que la mise à niveau du matériau. Dans les environnements sans chlorure, la prime est gaspillée et le 316L constitue le meilleur rapport qualité-prix.

Q : Qu’est-ce que le PREN ?

R : PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) est une formule qui estime la résistance aux piqûres : PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Plus c'est haut, mieux c'est. 316L a un PREN de ~24-26 ; 317L en a ~ 29-31. À titre indicatif, un PREN supérieur à 32 est nécessaire pour le service à l'eau de mer et supérieur à 40 pour un service sévère au chlorure.. 317L, à ~ 30, est un pas significatif au-dessus du 316L, mais toujours en dessous des véritables alliages de qualité eau de mer comme le 904L et le super duplex.

Q : Le 317L peut-il être soudé ?

R : Oui, le 317L se soude facilement et, comme le 316L, ne nécessite aucun traitement thermique après-soudage en raison de sa teneur en carbone inférieure ou égale à 0,03 %. La règle clé est d'utiliser du métal d'apport ER317L (AWS A5.9) afin que le métal soudé corresponde à la teneur plus élevée en molybdène du métal de base. L'utilisation d'un mastic 316L dans un joint 317L crée un cordon de soudure PREN inférieur qui piquera avant le métal environnant en service de chlorure.

Q : Le 317L est-il bon pour l’eau de mer ?

A: 317L is better than 316L in seawater, but it is not the ultimate seawater material. For continuous seawater immersion at ambient temperature, 317L performs reasonably well. For warm seawater (>30 degrés), eau de mer à débit élevé-ou conditions de crevasses, envisagez des alliages plus élevés : 904L, 254 SMO (S31254), super duplex 2507 ou 6Mo super austénitiques. 316L n'est généralement pas recommandé pour l'immersion dans l'eau de mer car il provoquera des piqûres.

Q : 316L contre 317L contre 904L - comment choisir ?

R : Utilisez le 316L pour un service corrosif général sans chlorures ni acides réducteurs (alimentaire, pharmaceutique, architectural). Utilisez 317 L pour un service modéré de chlorure ou d'acide réducteur - (eau saumâtre, FGD, acide phosphorique). Utilisez le 904L pour un service de chlorure agressif (immersion dans l'eau de mer, chlorures chauds) où le 317L n'est pas tout à fait suffisant. Chaque niveau ajoute du molybdène et de la résistance à la corrosion, mais coûte également -, choisissez la qualité la plus basse qui répond à vos exigences en matière de corrosion.

Q : Comment puis-je vérifier que je reçois du 317L et non du 316L ?

R : Vérifiez le rapport de test des matériaux (MTR) : le 317L doit contenir 3,00 -4,00 % de molybdène, 18,0 à 20,0 % de chrome et 11,0 à 15,0 % de nickel. Le XRF portable (PMI) peut distinguer le 317L du 316L car il détecte la teneur plus élevée en molybdène - contrairement au carbone, le molybdène est détectable par XRF. Cela rend la vérification sur le terrain du 317L relativement simple. Demandez un certificat EN 10204 Type 3.1 pour confirmer la chimie.