Acier inoxydable 347 AISI - X6CrNiNb18-10 - Z6CNNb18-11

Le rôle du niobium et la stabilisation

La particularité de l’AISI 347 réside dans sa stabilisation au niobium (aussi appelé colombium aux États-Unis). Cet ajout répond à une problématique majeure rencontrée sur les aciers non stabilisés (type AISI 304) : la corrosion intergranulaire.

• Le problème résolu : lorsque des aciers classiques sont chauffés entre 500 et 800 °C (par exemple lors du soudage), le carbone réagit avec le chrome pour former des carbures de chrome aux joints de grains. Ce phénomène « pompe » le chrome localement, détruit la couche protectrice et ouvre la voie à la corrosion et aux fissurations.
• Le traitement de stabilisation : pour être efficace, l’acier subit un recuit de stabilisation (généralement vers 885 °C). Ce traitement force la réaction entre le carbone et le niobium. Contrairement aux nuances non stabilisées, le 347 peut ensuite être exposé longuement à des températures critiques (427–816 °C) sans risque de sensibilisation.

Résistance à la corrosion et limites d’utilisation

En corrosion générale, l’alliage 347 offre des performances comparables au 304, avec une excellente tenue dans de nombreux milieux oxydants et atmosphériques. Son atout majeur reste sa résistance à la corrosion intergranulaire après exposition thermique, surpassant largement les nuances non stabilisées.

Limitations : le 347 n’est cependant pas conçu pour les milieux réducteurs ou marins. Il se comporte mal dans les solutions contenant des chlorures (même faiblement concentrées) et dans l’acide sulfurique. Son usage en eau de mer doit être évité, car il est sujet à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse. Pour ces environnements, on privilégiera des nuances au molybdène, comme le 316L, plus résistantes aux attaques localisées.

Travail à chaud (forgeage et laminage)

Le travail à chaud de l’AISI 347 (forgeage, laminage, étirage) exige un contrôle rigoureux des températures, car le matériau combine une bonne ductilité avec une forte résistance à la déformation.

Typiquement, le processus recommandé se déroule ainsi :

• Chauffe : l’acier doit être chauffé uniformément entre 1 150 et 1 200 °C pour le rendre déformable.
• Déformation : elle doit être progressive et s’arrêter lorsque la température du métal descend sous 950 °C, seuil en deçà duquel le matériau devient trop dur et risque de fissurer.
• Refroidissement : grâce à la stabilisation au niobium, le refroidissement lent à travers la zone critique (500–800 °C) ne présente pas de risque de corrosion ultérieure, contrairement au 304. Le refroidissement peut donc se faire à l’air.

Après le travail à chaud, un recuit de mise en solution (chauffage à 1 020–1 100 °C suivi d’une trempe rapide à l’eau ou à l’air forcé) est recommandé pour restaurer une structure austénitique homogène.

Comportement à haute température et propriétés mécaniques

L’AISI 347 est spécifiquement choisi pour sa tenue mécanique à chaud. Il résiste bien à l’oxydation et à la formation de calamine jusqu’à environ 800 °C. Au-delà, bien que l’oxydation devienne un facteur limitant, il conserve une résistance mécanique supérieure aux inox courants.

Pour les services durables à des températures proches de 900 °C, on privilégie la version « H », 347H. Celle-ci impose une teneur en carbone plus élevée (0,04–0,10 %) pour maximiser la résistance au fluage et à la rupture sous contrainte.

Évolution des caractéristiques mécaniques

À température ambiante (20 °C), à l’état recuit, l’alliage présente typiquement une résistance à la traction (Rm) de 640 MPa et une limite d’élasticité (Rp0,2) de 250 MPa. Le tableau ci-dessous illustre l’évolution de ces valeurs avec la température :

Note : on observe une chute marquée des propriétés mécaniques au-delà de 500 °C. À 816 °C, la résistance à la traction ne représente plus qu’environ un quart de sa valeur initiale, ce qui constitue généralement la limite haute d’utilisation structurelle.

Applications industrielles

Il est adapté aux récipients sous pression fonctionnant à haute température, par exemple : chaudières et échangeurs de chaleur.

Industrie aérospatiale : composants exposés à des cycles thermiques. Il est utilisé dans les systèmes de turbines à gaz (récupérateurs, conduites, pièces de combusteur), en raison de sa stabilité à haute température et sous pression. Il est également utilisé dans les systèmes d’échappement d’avions, notamment les collecteurs à anneaux.

Industrie pétrochimique : équipements de traitement à haute température dans les secteurs pétrolier et gazier, tels que les unités de craquage, les réacteurs et les colonnes de distillation.

Industrie de production d’électricité : tuyauteries de vapeur, écrans thermiques et composants de systèmes de turbines (récupérateurs, conduites, etc.).