UGI® 4313 +QT900 : Acier inoxydable martensitique haute performance pour températures extrêmes

L'acier UGI® 4313 est un acier inoxydable martensitique allié au nickel et à faible teneur en carbone. Il associe d'excellentes propriétés mécaniques, une bonne résilience et une résistance à la corrosion supérieure aux nuances martensitiques conventionnelles à haute teneur en carbone. Son domaine d'utilisation s'étend de -60 °C à +300 °C.

À l'état traité thermiquement (trempe + revenu), la microstructure de l'UGI® 4313 est constituée de martensite revenue. Elle peut contenir des traces de ferrite et d'austénite résiduelle. Selon la température de revenu choisie, l'UGI® 4313 peut contenir jusqu'à environ 15 % d'austénite résiduelle.

L'UGI® 4313 est ferromagnétique (il attire l'aimant), quel que soit son état métallurgique. Toutefois, ses propriétés magnétiques (perméabilité, force coercitive, rémanence et polarisation à saturation) dépendent des conditions de traitement thermique. C'est un candidat idéal pour les applications nécessitant un compromis entre résistance mécanique, résistance à la corrosion et magnétisme, par exemple pour les injecteurs de carburant dans le secteur automobile.

Propriétés

Général

Propriété	Valeur
Densité	7,7 g/cm³

Mécaniques

Propriété	Température	Valeur	Commentaire
Énergie de rupture Charpy (encoche V)	-60 °C	40 J
Énergie de rupture Charpy (encoche V)	20 °C	50 J
Module d'élasticité	20 °C	200 GPa
Module d'élasticité	100 °C	195 GPa
Module d'élasticité	200 °C	185 GPa
Module d'élasticité	300 °C	170 GPa
Module d'élasticité	300 °C	175 GPa
Allongement		12 %	min., diamètre ≤ 160 mm
Résistance à la traction		900 - 1100 MPa	diamètre ≤ 160 mm

Thermiques

Propriété	Valeur	Commentaire
Coefficient de dilatation thermique	10,5 × 10⁻⁶ 1/K	20 à 100 °C
Coefficient de dilatation thermique	10,9 × 10⁻⁶ 1/K	20 à 200 °C
Coefficient de dilatation thermique	11,3 × 10⁻⁶ 1/K	20 à 300 °C
Coefficient de dilatation thermique	11,6 × 10⁻⁶ 1/K	20 à 400 °C
Capacité thermique massique	430 J/(kg·K)

Électriques

Propriété	Valeur
Résistivité électrique	6,0 × 10⁻⁷ Ω·m

Composition chimique (en % masse)

Élément	Valeur	Commentaire
Carbone	0,05	max.
Chrome	12,0 - 14,0
Manganèse	1,5	max.
Molybdène	0,30 - 0,70
Nickel	3,5 - 4,5
Azote	0,02	max.
Phosphore	0,04	max.
Silicium	0,70	max.
Soufre	0,015	max.

Propriétés technologiques

Domaines d'application

L'UGI® 4313 est destiné aux applications suivantes (liste non exhaustive) :

• Raccords, pompes, vannes et compresseurs pour les industries chimique et pétrochimique ;
• Applications aéronautiques, automobiles et motoristes (notamment injection) ;
• Pièces pour turbines de production d'énergie ;
• Instrumentation médicale ;
• Bâtiment, structures ;
• Applications militaires et de défense.

Formage à froid

Tréfilage – Mise en forme : L'UGI® 4313 convient au travail à froid par méthodes conventionnelles.

Propriétés de corrosion

Corrosion par piqûres localisée : La résistance à la corrosion par piqûres dépend largement de la composition de la nuance. Le calcul de l'indice PREN (%Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N) donne une indication de la résistance à la corrosion par piqûres. Avec un PREN moyen calculé de 15, l'UGI® 4313 offre une meilleure résistance à la corrosion que la série AISI 420 (1.4034 ; PREN moyen calculé de 13,5), mais reste moins performant que la série AISI 431 (1.4057 ; PREN moyen calculé de 17).

La résistance à la corrosion par piqûres de l'UGI® 4313 est donc satisfaisante dans les environnements modérément agressifs, c'est-à-dire contenant moins de 100 ppm d'ions chlorure. Elle est améliorée par un état de surface à faible rugosité, obtenu par exemple par électropolissage.

Usinabilité générale

L'UGI® 4313 peut être usiné aussi bien à l'état recuit (A) qu'à l'état trempé et revenu (QT). L'état recuit, du fait de ses faibles propriétés mécaniques, est plus sujet au collage des copeaux sur les outils, ce qui peut accélérer l'usure et dégrader l'état de surface après usinage. Les états trempés et revenus (QT) provoquent une usure d'autant plus rapide que leurs propriétés mécaniques sont élevées. Ainsi, la condition QT700 offre la meilleure usinabilité des 4 conditions disponibles.

L'usinabilité de l'UGI® 4313 est similaire à celle des nuances martensitiques contenant du nickel de type UGI® 4418. Notre service technique est à votre disposition pour toute demande sur ce sujet.

Traitement thermique

Recuit : Recuit entre 600 °C et 650 °C avec refroidissement à l'air ou au four, à effectuer après transformation martensitique.

Trempe : La trempe doit être réalisée en maintenant une température entre 900 °C et 1150 °C, suivie d'un refroidissement à l'air ou à l'huile.

Revenu : Le choix de la température de revenu post-trempe dépend des propriétés mécaniques recherchées. Les températures recommandées par la norme EN 10088-3 sont :

• +QT700 : double revenu entre 650 °C et 700 °C et entre 600 °C et 620 °C ;
• +QT780 : revenu unique entre 550 °C et 620 °C ;
• +QT900 : revenu unique entre 520 °C et 580 °C.

Formage à chaud

Un chauffage entre 1150 °C et 1200 °C est recommandé. Le travail à chaud (forgeage) de l'UGI® 4313 doit de préférence être effectué dans la plage de température entre 1200 °C et 900 °C, suivi d'un refroidissement à l'air. Le comportement de la nuance UGI® 4313 lors du forgeage est similaire à celui d'une nuance austénitique de type 1.4301.

Après travail à chaud, un traitement thermique complet, consistant en une austénitisation, une trempe puis un revenu, est recommandé.

Produits disponibles

Produit	Forme	Finition	Tolérance	Dimensions (mm)
Barres laminées ébavurées	Rond		12 à 13	22 à 115
Barres travaillées à froid par tréfilage, tournage et rectification	Rond		6 à 11	2 à 115
Fil machine	Rond	Décapés		5 à 32

Autres options : contacter le fournisseur.

Soudage

L'UGI® 4313 peut être soudé par les procédés à l'arc (GMAW, GTAW, SMAW, etc.) et par la plupart des autres procédés (points, rouleau, laser, etc.). Grâce à sa faible teneur en carbone et au nickel qu'il contient, l'UGI® 4313 est plus facile à souder que la plupart des aciers inoxydables martensitiques.

La martensite pauvre en carbone, combinée à l'austénite résiduelle finement dispersée, confère aux zones affectées thermiquement (ZAT) de l'UGI® 4313 une bonne résilience à l'état soudé. L'UGI® 4313 est donc relativement insensible à la fissuration à froid et le préchauffage des pièces n'est normalement pas requis, sauf pour des pièces très épaisses ou de forme engendrant de fortes concentrations de contraintes après refroidissement (dans ce cas, un préchauffage entre 100 °C et 200 °C est recommandé).

Pour le soudage avec métal d'apport, si le métal fondu (MF) n'exige pas des propriétés mécaniques équivalentes à celles de l'UGI® 4313, il est possible d'utiliser un fil d'apport austénitique tel que l'UGIWELD™ 316LM. Dans ce cas, un traitement thermique post-soudage n'est généralement pas nécessaire.

Si le MF doit garantir des propriétés mécaniques identiques à celles de l'UGI® 4313, un fil d'apport homogène peut être utilisé. Un revenu post-soudage à 540-580 °C est alors recommandé. En soudage MIG avec fil homogène, choisir un gaz de protection faiblement oxydant tel que Ar + 1-2 % CO₂ pour éviter un taux d'oxygène trop élevé dans le MF, assurant ainsi une bonne résilience de ces MF.