Acier inoxydable 302 AISI - Z12CN18-09

Forces et faiblesses de la composition chimique de l’AISI 302

L’AISI 302 est un alliage principalement composé de chrome et de nickel, avec une teneur en carbone relativement élevée (0,15 % max) pour un acier austénitique. Si elle permet d'atteindre une haute résistance mécanique par écrouissage, cette teneur en carbone, bien que limitée par rapport à un acier outil, reste suffisamment élevée pour risquer la formation de carbures ; l’alliage devient donc vulnérable à la corrosion intergranulaire. On l’a dit, c’est la raison pour laquelle le 304 – très bas carbone – a été développé et a supplanté le 302 pour les constructions soudées.

Sa teneur maximale en manganèse (2,0 %) accroît la résistance de l’acier, améliore sa résistance à l’usure et agit comme désoxydant lors de la fabrication. Le chrome (17,0 % à 19,0 %) forme une couche d’oxyde protectrice qui augmente la résistance à la corrosion.

Cependant, cette résistance varie selon les milieux : il résiste mal à l’eau de mer, qui peut entraîner des piqûres de corrosion, en raison de l'absence de molybdène – caractéristique que possède au contraire l’AISI 316. Il offre toutefois une bonne résistance à la chaleur, jusqu’à 925 °C en service continu et 870 °C en intermittent. La résistance à la corrosion peut être améliorée par polissage, on évite ainsi les micro-crevasses, zones « d’accroche » des agents corrosifs. Mais elle peut diminuer en cas de formage à froid : l’écrouissage du 302 peut induire une transformation de phase locale et une partie de l’austénite se transformer en martensite, moins résistante à la corrosion. Il introduit aussi des contraintes résiduelles, zones favorisant la corrosion sous contrainte.

Utiliser le 302 : Traitements thermique, usinage et formage

L’AISI 302 appartient à la famille des aciers austénitiques ; il ne peut donc pas être durci par trempe, car il ne forme pas de martensite par refroidissement. Toutefois, il peut être recuit entre 1010 °C et 1120 °C, suivi d’un refroidissement rapide. Ce dernier est impératif pour préserver la résistance à la corrosion en évitant la précipitation de carbures. La méthode dépend de l'épaisseur de la pièce : un refroidissement à l'air est suffisant pour les sections minces, tandis qu'une trempe à l'eau est nécessaire pour les sections plus épaisses afin de garantir une vitesse de refroidissement suffisante à cœur.

Avec un taux d’écrouissage élevé, il convient au formage (pliage, emboutissage...) et à la frappe à froid. Attention cependant : le matériau s’écrouit fortement, ce qui entraîne une augmentation de la dureté, mais aussi une diminution de la résistance à la corrosion.

En raison de son taux élevé d’écrouissage et de sa faible conductivité thermique (environ 16,2 W/m·K à 100 °C) empêchant la chaleur de se dissiper lors de la coupe, le 302 a une usinabilité médiocre. Il n’est donc pas utilisé pour le décolletage contrairement à l’AISI 303 qui, lui, contient du soufre pour fragmenter les copeaux, ce qui améliore énormément l'usinabilité.

Propriétés mécaniques

L’acier inoxydable AISI 302 présente une résistance à la traction élevée après écrouissage, notamment grâce à sa teneur légèrement plus élevée en carbone que l’AISI 304. Elle varie entre 515 MPa et 2200 MPa, selon l’état de traitement (recuit ou écroui), et peut être encore plus élevée dans le cas de fils de très petit diamètre. Son allongement à la rupture varie d'environ 60 % à l'état recuit, dans lequel il est très ductile, à seulement quelques pourcents à l'état le plus écroui ; sa dureté se situe entre 150 HB (recuit) et 400 HB (écroui).

Soudabilité et forgeage

En raison de sa teneur en carbone relativement élevée, le 302 se sensibilise lors du soudage, ce qui entraîne la précipitation des carbures de chrome, la disparition de la structure écrouie, et une vulnérabilité à la corrosion intergranulaire dans la zone affectée thermiquement. Sa soudabilité est donc médiocre, voire mauvaise pour les applications où la résistance à la corrosion est importante.

Pour tenter de contrebalancer ces défauts, il est recommandé d'utiliser un métal d'apport à très bas carbone (comme le 308L) pour diluer le carbone dans le bain de fusion. Enfin, un recuit de mise en solution est conseillé comme traitement post-soudage pour redissoudre les carbures.

Le forgeage libre et le matriçage sont possibles pour cet acier, qui offre également une bonne malléabilité. Le matériau doit d’abord être chauffé lentement jusqu’à une température d’environ 1150 °C à 1200 °C, plage à laquelle il est entièrement austénitique et très ductile. Le forgeage peut ensuite s’effectuer entre 1200 °C et 900 °C pour éviter les risques de fissuration, avec un refroidissement rapide à l’eau (pièces épaisses) ou à l’air (pièces minces).

Applications industrielles d’un acier à ressort

L’acier inoxydable AISI 302 est utilisé dans les industries aéronautiques, automobiles et de l'électroménager. Il est appelé « acier à ressorts » de par ses propriétés mécaniques adaptées à ce type d’application, qui est aussi la plus courante. On le retrouve donc dans :

• Ressorts de compression : conçus pour être comprimés, comme les ressorts hélicoïdaux dans les suspensions ou les amortisseurs.
• Ressorts de traction : conçus pour être étirés, typiquement les ressorts hélicoïdaux équipés de crochets pour des systèmes de rappel.
• Ressorts de torsion : qui travaillent en rotation, comme ceux que l'on trouve dans les pinces à linge ou les mécanismes de charnière.
• Ressorts plats : comme les rondelles élastiques (Belleville) ou les clips de fixation.
• Mais aussi des fixations, agrafes et autres pièces non-critiques