316Acier inoxydable Ti / US S31635 / DANS 1.4571

1. Résumé exécutif

316Ti est un acier inoxydable austénitique basé sur la série 300 (316) chimie avec un ajout délibéré de titane pour stabiliser le carbone.

Le titane lie le carbone sous forme de carbures de titane stables, empêcher la précipitation du carbure de chrome aux joints de grains lorsque l'alliage est exposé à des températures comprises dans la plage de sensibilisation.

Le résultat est un alliage avec la résistance à la corrosion de 316 plus une résistance améliorée à la corrosion intergranulaire après une exposition à haute température.

316Ti est communément spécifié pour les composants qui doivent fonctionner ou sont fabriqués dans le ~425–900 °C fenêtre de température (assemblages soudés, composants végétaux exposés à la chaleur) où les qualités à faible teneur en carbone peuvent à elles seules s'avérer insuffisantes.

2. Qu'est-ce que 316Acier inoxydable Ti?

316Ti est un stabilisé au titane, austénitique à molybdène acier inoxydable développé pour améliorer la résistance à la corrosion intergranulaire après soudage ou exposition prolongée à des températures élevées.

En ajoutant du titane dans des proportions contrôlées, le carbone est préférentiellement lié sous forme de carbures de titane stables plutôt que de carbures de chrome.

Ce mécanisme de stabilisation préserve le chrome aux joints de grains et réduit considérablement les risques de sensibilisation dans la plage de température d'environ 425 à 850 °C. (800–1560 °F).

Par conséquent, 316Le Ti est particulièrement adapté aux composants qui seront soudés et mis en service sans recuit de solution après soudage., ou pour les applications impliquant une exposition thermique cyclique ou soutenue.

Il combine la résistance à la corrosion des chlorures des 316 acier inoxydable avec une stabilité structurelle améliorée à des températures élevées. Les identifiants internationaux courants incluent US S31635 et DANS 1.4571.

Désignations standards & Équivalents mondiaux

Variantes clés et qualités associées

• 316De (US S31635 / DANS 1.4571)
  La forme stabilisée au titane de 316 acier inoxydable, destiné aux structures ou composants soudés exposés à des températures intermédiaires et élevées où la résistance à la sensibilisation est critique.
• 316 (US S31600 / DANS 1.4401)
  La nuance de base alliée au molybdène sans stabilisation. Convient lorsqu'un traitement thermique après soudage est réalisable ou lorsque l'exposition thermique est limitée.
• 316L (US S31603 / DANS 1.4404)
  Une alternative bas carbone pour réduire le risque de sensibilisation par le contrôle du carbone plutôt que par la stabilisation. Couramment utilisé dans les appareils sous pression, tuyauterie, et équipements pharmaceutiques.
• 321 (DANS 1.4541)
  Un alliage stabilisé au titane basé sur le 304 chimie de l'acier inoxydable. Utilisé lorsque le molybdène n'est pas nécessaire mais que la stabilisation est quand même nécessaire.
• 347 (Acier inoxydable stabilisé au Nb)
  Utilise du niobium au lieu du titane pour la stabilisation du carbure. Offre une résistance à la corrosion intergranulaire similaire, souvent préféré dans certains codes d'équipements sous pression à haute température.
• 316H / 316LN
  Variantes optimisées pour une résistance à haute température (316H) ou une teneur accrue en azote (316LN). Ces nuances améliorent les performances mécaniques mais ne remplacent pas la stabilisation en titane.

3. Composition chimique typique de l'acier inoxydable 316Ti

Les valeurs sont des plages d'ingénierie représentatives pour le fer forgé, matériau recuit en solution (US S31635 / DANS 1.4571 famille).

4. Microstructure et comportement métallurgique

• Matrice austénitique (γ-Fe): stable à température ambiante grâce au Ni. La microstructure est ductile, non magnétique (à l'état recuit) et écrouissage.
• Mécanisme de stabilisation: Ti réagit pour former des carbures de titane (Tic) ou des carbonitrures qui éliminent le C de la matrice et empêchent la précipitation du Cr₂₃C₆ aux joints de grains lors d'une exposition à ~425–900 °C.
• Fenêtre et limites de sensibilisation: même avec Ti, exposition extrêmement longue dans la plage de sensibilisation ou Ti inapproprié:Le rapport C peut toujours permettre la formation de carbure de chrome ou d'autres intermétalliques. Une bonne pratique de fusion et un contrôle du traitement thermique sont essentiels.
• Phases intermétalliques: exposition prolongée dans certaines plages intermédiaires (surtout 600–900 °C) peut encourager le sigma (un) ou chi (h) formation de phases dans les nuances austénitiques enrichies en Mo/Cr;
  316Le Ti n'est pas à l'abri : les concepteurs doivent éviter de rester longtemps dans ces plages ou spécifier des aciers stabilisés avec une composition et un historique thermomécanique contrôlés..
• Précipitations après service: Les alliages stabilisés au Ti peuvent présenter de fins précipités riches en Ti; ceux-ci sont inoffensifs ou bénéfiques par rapport aux carbures de Cr car ils n'épuisent pas le Cr aux joints de grains.

5. Propriétés mécaniques — Acier inoxydable 316Ti

Les chiffres ci-dessous sont représentant valeurs pour le 316Ti corroyé fournies dans le recuit en solution / recuit condition.

Les valeurs réelles dépendent de la forme du produit (feuille, plaque, tuyau, bar), épaisseur, traitement des fournisseurs et lot de chaleur.

6. Physique & propriétés thermiques et comportement à haute température

• Conductivité thermique: relativement faible (≈ 14–16 W·m⁻¹·K⁻¹ à 20 °C).
• Coefficient de dilatation thermique: ~16–17 ×10⁻⁶ K⁻¹ (20–100 ° C) — supérieur aux aciers ferritiques.
• Plage de fusion: similaire à 316 (solide ~1375 °C).
• Fenêtre de température de service: 316Ti est sélectionné spécifiquement pour exposition à température intermédiaire (environ. 400–900 ° C) où la stabilisation empêche les attaques intergranulaires.
  Cependant, une exposition prolongée dans la fenêtre de 600 à 900 °C peut entraîner la formation d'une phase sigma et une réduction de la ténacité. Évitez une exposition continue à ces températures à moins que les données métallurgiques confirment la sécurité..
• Ramper: pour charges soutenues à haute température, 316Le Ti n'est pas un alliage résistant au fluage; utiliser des qualités haute température (par ex., 316H, 309/310, ou alliages de nickel).

7. Comportement à la corrosion — points forts et limites

Points forts

• Résistance à la corrosion intergranulaire après exposition thermique dans la plage de sensibilisation, à condition que Ti:C et Ti:Les ratios C disponibles et le traitement thermique sont corrects.
• Bonne résistance à la corrosion générale dans de nombreux milieux oxydants et réducteurs; Mo contribue à une résistance aux piqûres et aux crevasses similaire à 316.
• Préféré pour les structures soudées qui verra un service intermittent à haute température ou où le recuit de solution après soudage n'est pas pratique.

Limites

• Piqûres & corrosion caverneuse dans des environnements riches en chlorures: 316Ti a une résistance aux piqûres similaire à 316; pour un service intensif à l'eau de mer ou au chlorure chaud, envisagez des alliages duplex ou à PREN supérieur.
• Chlorure SCC: pas immunisé – le CSC peut survenir dans le chlorure + contrainte de traction + environnements de température; des alliages duplex ou des super-austénitiques peuvent être nécessaires là où le risque de SCC est élevé.
• Phase Sigma et intermétalliques: un long séjour à certaines températures élevées peut provoquer des phases fragilisantes indépendantes de la stabilisation du Ti - conception permettant d'éviter ces historiques thermiques ou ces tests.
• Contaminants industriels: comme tous les aciers inoxydables, produits chimiques agressifs (acides forts, solvants chlorés à haute T) peut attaquer; effectuer des contrôles de compatibilité.

8. Traitement & Caractéristiques de fabrication

316Microstructure austénitique de Ti + Les précipités TiC permettent une excellente transformabilité, avec des ajustements mineurs nécessaires pour les effets du titane:

Performances de soudage (Avantage clé)

316Ti conserve une soudabilité supérieure, compatible avec GMAW (MOI), GTAW (TIG), SMAW (bâton), et FCAW – avec l’avantage crucial de l’absence de traitement thermique après soudage (Pwht) requis pour la résistance IGC:

• Préchauffage: Non requis pour les sections ≤25 mm d'épaisseur; rubriques >25 mm peut préchauffer entre 80 et 150 °C pour réduire le risque de fissuration de la ZAT.
• Consommables de soudage: Utiliser ER316Ti (GTAW/GMAW) ou E316Ti-16 (SMAW) pour correspondre à la teneur en titane et assurer la stabilisation du métal soudé.
• Pwht: Recuit de détente en option (600–650°C pendant 1 à 2 heures) pour composants à parois épaisses, mais pas obligatoire pour la résistance à la corrosion (contrairement à 316, qui nécessite PWHT pour la protection IGC après soudage).
• Performances des joints soudés: Résistance à la traction ≥460 MPa, allongement ≥35%, et réussit le test ASTM A262 IGC – résistance à la corrosion du métal soudé équivalente à celle du métal de base.

Formation & Fabrication

• Formage à froid: Une excellente ductilité permet un emboutissage profond, flexion, et rouler. Rayon de courbure minimum: 1× épaisseur pour le pliage à froid (≤12 mm d'épaisseur), identique au 316L – les précipités TiC n’altèrent pas la formabilité.
• Formage à chaud: Effectué à 1 100–1 250 °C, suivie d'une trempe à l'eau pour conserver la microstructure austénitique et la distribution du TiC. Évite la plage de 450 à 900 °C pendant le refroidissement pour éviter une sensibilisation accidentelle.
• Usinage: Usinabilité modérée (noté 55 à 60 % contre. AISI 1018 acier) – Les précipités de TiC sont plus durs que l’austénite, provoquant une usure des outils légèrement plus importante que le 316L.
  Vitesse de coupe recommandée: 90–140 m/je (outils en carbure) avec liquide de coupe pour réduire l'accumulation de chaleur.

Traitement thermique

• Recuit de solution: Traitement thermique primaire (1050–1150 ° C, tenir 30 à 60 minutes, extinction de l'eau) – dissout les carbures résiduels (le cas échéant), affine les grains, et assure une distribution uniforme du TiC. Critique pour maximiser la résistance à la corrosion et la ténacité.
• Recuit de soulagement du stress: 600–650°C pendant 1 à 2 heures, refroidissement par air – réduit les contraintes résiduelles de 60 à 70 % sans affecter la stabilité du TiC ou la résistance à la corrosion.
• Évitez le recuit excessif: Températures >1200°C peut provoquer un grossissement du TiC et une croissance des grains, réduisant la résistance à haute température – limiter la température de recuit de mise en solution à ≤1150°C.

Traitement de surface

• Décapage & passivation: Traitement post-fabrication (ASTMA380) pour éliminer le tartre d'oxyde et restaurer le film passif de Cr₂O₃ – les précipités de TiC n'interfèrent pas avec la passivation.
• Polissage: Permet d'obtenir des finitions de surface allant de Ra 0,02 à 6,3 μm. Le polissage mécanique ou électrolytique améliore l’hygiène et la résistance à la corrosion, adapté aux applications médicales et alimentaires.
• Revêtement: Rarement requis en raison de la résistance inhérente à la corrosion; la galvanisation ou le revêtement époxy peuvent être utilisés pour les environnements extrêmement riches en chlorures (par ex., plates-formes marines offshore).

9. Applications typiques de l'acier inoxydable 316Ti

316La combinaison unique de Ti de stabilité à haute température, Résistance IGC, et sa résistance à la corrosion le rendent idéal pour les environnements exigeants où le 316L ou 316 peut échouer:

Chimique & Industrie pétrochimique (35% de la demande)

• Applications principales: Réacteurs chimiques à haute température, échangeurs de chaleur, colonnes de distillation, et tuyauterie pour la manipulation des chlorures, acides, et solvants organiques.
• Avantage clé: Résiste à l'IGC lors de soudages répétés (par ex., réparations d'entretien) et fonctionnement à haute température (jusqu'à 850°C) – utilisé dans les craqueurs d’éthylène et les usines d’acide sulfurique.

Aérospatial

• Applications principales: Systèmes d'échappement pour avions, composants de la turbine, et pièces de moteur de fusée.
• Avantage clé: Résistance à l'oxydation à haute température (≤900°C) et propriétés non magnétiques – compatibles avec les systèmes avioniques et radar.

Énergie nucléaire

• Applications principales: Composants du système de refroidissement du réacteur nucléaire, générateurs de vapeur, et gaine de combustible (pièces structurelles non radioactives).
• Avantage clé: Résistance IGC à haute température, eau à haute pression (280°C, 15 MPa) et le respect des normes de sûreté nucléaire (par ex., ASME III III).

Fabrication de fours à haute température

• Applications principales: Revêtements de four, tubes rayonnants, et éléments chauffants pour fours industriels (traitement thermique, frittage).
• Avantage clé: Conserve la solidité et la résistance à la corrosion entre 800 et 900 °C, avec une durée de vie 2 à 3 fois supérieure à celle du 316L en fonctionnement continu à haute température.

Médical & Industrie pharmaceutique

• Applications principales: Dispositifs médicaux stérilisables, équipement de traitement pharmaceutique, et composants de salle blanche.
• Avantage clé: Résistance IGC après autoclavage répété (121°C, 15 psi) et conformité avec la FDA 21 Partie CFR 177 – aucun risque de contamination induite par la corrosion.

Marin & Industrie offshore

• Applications principales: Tuyauterie de plateforme offshore, usines de dessalement d'eau de mer, et composants sous-marins.
• Avantage clé: Résiste à la corrosion de l'eau de mer et au SCC, avec conformité NACE MR0175 pour le service acide (Fluides de puits contenant du H₂S).

10. Avantages & Limites

Principaux avantages de l'acier inoxydable 316Ti

• Résistance IGC supérieure: La stabilisation du titane élimine la précipitation du Cr₂₃C₆, ce qui le rend idéal pour les scénarios de soudage à haute température ou répétés – surpassant le 316L/316H.
• Performances améliorées à haute température: Conserve la force, dureté, et résistance à l'oxydation jusqu'à 900°C, 50–100°C supérieur à 316L.
• Excellente soudabilité: Pas de PWHT obligatoire pour la résistance à la corrosion, réduisant les coûts de fabrication et les délais de livraison.
• Large résistance à la corrosion: Hérite de la résistance du 316 aux chlorures, acides, et service aigre, avec limites de température étendues pour la conformité NACE.
• Raffinement des grains: Les précipités de TiC inhibent la croissance des grains, améliorant les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle.

Principales limites de l'acier inoxydable 316Ti

• Coût plus élevé: 15–20% plus cher que le 316L (en raison de l'ajout de titane), augmentation des coûts des matériaux pour les applications non critiques à grande échelle.
• Usinabilité réduite: Les précipités de TiC provoquent plus d'usure des outils que le 316L, nécessitant des outils spécialisés ou des vitesses de coupe plus lentes – augmentant les coûts d'usinage d'environ 10 à 15 %.
• Risque de grossissement du TiC: Une exposition prolongée à >900°C provoque un grossissement du TiC, réduisant la résistance et la ténacité à haute température.
• Résistance limitée aux très hautes températures: Ne convient pas pour un service continu au-dessus de 900°C – utilisez des aciers inoxydables super austénitiques (par ex., 254 Nous) ou alliages à base de nickel (par ex., Inconel 600) plutôt.
• Résistance inférieure à celle des aciers inoxydables duplex: Résistance à la traction (485–590 MPa) est inférieur aux qualités duplex (par ex., 2205: 600–800 MPA), nécessitant des sections plus épaisses pour les charges structurelles.

11. Analyse comparative — 316Ti vs 316L vs 321 vs recto-verso 2205

12. Conclusion

316Ti est une variante pragmatique stabilisée du 316 famille, conçu pour préserver la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable austénitique dans les composants soudés et exposés à la chaleur.

Lorsque la teneur en titane et le traitement thermique sont bien contrôlés, 316Le Ti empêche l'épuisement du chrome intergranulaire et constitue un choix robuste pour les composants d'usine soudés, heat-exposed assemblies and moderate chloride environments where post-weld annealing cannot be guaranteed.

Proper procurement, MTR verification, welding procedure control and periodic inspection are essential to realize the alloy’s advantages.

 

FAQ

Quelle est la différence entre 316Ti et 316L?

316Ti is titanium-stabilized (Ti added to form TiC), while 316L is low-carbon (L = low C).

Both routes reduce sensitization risk; 316Ti is specifically selected when components will see intermediate-temperature exposure and post-weld anneal is impractical.

Le titane rend-il le 316Ti plus résistant à la corrosion que le 316L?

Titanium’s role is to prevent intergranular corrosion after thermal exposure; 316Ti’s bulk pitting resistance is similar to 316/316L (Mo in all gives comparable localized corrosion resistance).

For harsher chloride environments, duplex or higher-PREN alloys are preferred.

Ai-je besoin de différents métaux d'apport pour souder le 316Ti?

Not necessarily—matching filler alloys (par ex., ER316L/ER316Ti where available) sont utilisés.

Veiller à ce que la chimie des charges et la procédure de soudage maintiennent la stabilisation dans la ZAT et le métal soudé.; consulter les codes de soudage et les directives métallurgiques pour les pièces critiques.