Acier inox 21-6-9 - AMS 5561 - Nitronic 40 - S21900 - X2CrMnNi21-6-9 - Z4CMN 21-9-6

Introduction générale au 21-6-9

Grâce à sa teneur élevée en chrome, cet acier résiste à l’oxydation et à la corrosion, même dans des conditions agressives comme la corrosion intergranulaire. Son renforcement en manganèse et en azote augmente la résistance et la stabilité de l'austénite et lui confère une excellente ténacité, qu’il conserve jusqu’à des températures proches de celles de l’hélium liquide (-269 °C ou -516 °F).

L’alliage 21-6-9 ne répond pas au traitement thermique de durcissement par trempe, revenu ou vieillissement, contrairement aux aciers martensitiques. D’une part, il ne contient pas suffisamment d’aluminium, de titane ou de cuivre pour permettre un durcissement par vieillissement. D’autre part, son austénite est trop stable à basse température pour que la trempe ou le revenu apporte un gain. En revanche, un travail à froid pour améliorer sa dureté est possible – ou à chaud pour améliorer sa ductilité – sans pour autant détériorer le matériau.

Travail à chaud, travail à froid

L’acier inoxydable 21-6-9 doit être travaillé à chaud dans une plage de température entre 927 °C et 1204 °C (1700–2200 °F). Le maintien d’une température contrôlée est essentiel pour éviter d’endommager la microstructure du matériau.

• Chauffez uniformément l’alliage pour assurer une déformation égale.
• Refroidissez rapidement à température ambiante (à l’eau ou à l’air) pour conserver les propriétés mécaniques.
• Servez tant que c’est chaud.

Le travail à froid comprend le laminage, le dessin et l’estampage à température ambiante. En raison de sa vitesse d’écrouissage élevée, le 21-6-9 nécessite des forces de formage plus élevées que d’autres aciers inoxydables austénitiques (comme le 302, le 304 et le 316). Un recuit intermédiaire est nécessaire pour réduire la dureté de l’acier et faciliter le travail à froid. Ce procédé (travail à froid → recuit → nouveau travail à froid) augmente sensiblement sa limite d’élasticité.

Propriétés mécaniques et chimiques

Lorsqu’il est durci (écroui), le 21-6-9 a une limite d’élasticité d’au moins 827 MPa, ce qui lui assure une durabilité sous des charges importantes. Sa résistance à la traction peut atteindre 1117 MPa. Sa capacité d’allongement est d’au moins 35 % à l’état recuit, et il maintient un allongement d’au moins 20 % à l’état durci.

Cet alliage reste non magnétique, même après un travail à froid sévère, caractéristique importante des Nitronic (contrairement aux aciers 301/304, qui peuvent devenir légèrement magnétiques après écrouissage à cause de la formation de martensite d'écrouissage). L’austénite du 21-6-9 est très stable.

Usinabilité, formabilité

En raison de son taux d’écrouissage élevé, le 21-6-9 est plus difficile à usiner que la plupart des aciers inoxydables austénitiques. À l’instar du type 316, il est recommandé d’utiliser des vitesses lentes, des avances positives et de nombreux fluides de coupe.

Il présente une bonne formabilité et maniabilité à l’état recuit. Cependant, sa limite d’élasticité élevée et sa vitesse d’écrouissage nécessitent plus de forces pendant la formation que pour d’autres aciers comme le 304L. Des techniques telles que la flexion, le dessin et l’étirement peuvent être appliquées, mais un recuit intermédiaire peut être nécessaire pour éviter les fissures et assurer une déformation uniforme.

Soudabilité

Le 21-6-9 est considéré comme ayant une bonne soudabilité. Plusieurs méthodes de soudage peuvent lui être appliquées avec succès :

• Le soudage TIG produit des soudures précises. Un gaz inerte comme l’argon ou l’hélium protège la zone de soudure.
• Le soudage MIG offre des vitesses de dépôt élevées.
• Le SMAW (soudage à électrode enrobée) convient également. Un traitement thermique de recuit complet est recommandé après soudure afin de réduire les contraintes résiduelles et de restaurer la résistance à la corrosion.

Le soudage à l’oxyacétylène doit être évité, au risque d’une accumulation de carbone qui compromettrait les propriétés du matériau.

Applications industrielles

En plus de l’industrie aérospatiale, l’alliage 21-6-9 s’utilise aussi pour des :

• Applications cryogéniques : réservoirs, tuyauterie, vannes et raccords pour récipients de stockage et de transport cryogéniques (GNL, azote liquide, hélium liquide)
• Traitement chimique et pétrochimique : cuves sous pression et réacteurs
• Applications marines : arbres d’hélice pour bateaux et navires
• Automobile (haute performance / spécialisée)
• Nucléaire