Academic literature on the topic 'Acier inoxydable 316'

L’eau non facturée (« non-revenue water », soit NRW) est un problème considérable pour la majorité des métropoles dans le monde. La rareté de l’eau, le coût élevé de l’eau, la croissance démographique, les sécheresses et le dérèglement climatique appellent à des changements dans de nombreuses régions du monde. Les pertes d’eau, de l’ordre de 20 à 35 % pour un grand nombre de villes, contribuent à l’appauvrissement des précieuses ressources en eau. Les pertes sont également coûteuses pour le consommateur à cause des importants efforts déployés pour détecter les fuites d’eau, des réparations nécessaires, de la perte d’énergie nécessaire au pompage et au processus, du traitement des eaux gaspillées à cause des fuites et des coûts ultérieurs comme les affaissements de route et les perturbations de trafic. À cause des fuites, l’empreinte totale de l’infrastructure hydrique d’une ville (de l’apport au stockage, au pompage et au traitement) doit être plus importante (plus que le pourcentage perdu) que ce qui serait nécessaire pour simplement répondre à la demande en eau. Des solutions durables, innovantes et rentables sont ainsi demandées par le secteur mondial de l’eau potable. Les branchements en acier inoxydable de type 316 partiellement ondulé ont d’abord été développés pour fournir une solution face aux pertes d’eau au Japon. Ils permettent d’aider les grandes villes à considérablement réduire le volume d’eau non facturée, ainsi que les coûts de maintenance annuels. Par exemple, Tokyo a réduit ses fuites de 15 % à 3 % après avoir remplacé la quasi-totalité des branchements sur une période de 20 ans.

Dans ce travail, nous avons développé des couches nanométriques biocompatibles à base de titane (TiN et TiO2) sur acier inoxydable 316L, par CAE-PVD (Cathodic Arc Evaporation), qui est un procédé efficace pour la synthèse de revêtements de haute qualité. Nous avons axé notre étude sur une caractérisation mécanique et tribologique des revêtements par des tests d’indentation et des rayures. Les résultats obtenus montrent une morphologie dense et uniforme couplée à des propriétés mécaniques et interfaciales importantes. Les revêtements TiN et TiO2 ont montré une dureté comprise entre 5,9 GPa et 8,23 GPa. La mesure de l’adhérence par des tests de rayure a montré que les deux revêtements ont une qualité d’adhérence légèrement différente. Les couches développées en TiN et TiO2 ont montré des charges de cohésion critiques comprises entre 1,8 N et 3,3 N avec une charge d’adhérence critique de 13,1 N. Les propriétés tribologiques ont été étudiées, en utilisant un test de Scratch multi-passes à charge constante, ce qui a permis de déterminer le coefficient de frottement et le taux d’usure énergétique. Les coefficients de frottement des deux couches étudiées sont du même ordre de grandeur (0,1), mais on peut dire que la résistance au frottement varie d’une couche à l’autre. L’énergie spécifique d’usure était comprise entre 3,09 × 10−5 J/μm3 et 8,36 × 10−5 J/μm3, et elle n’a pas changé après immersion de la couche de TiN pendant 48 h dans une solution de NaCl à 3 %. Le film mince de TiN, connu pour sa biocompatibilité et ses performances biologiques, a montré des propriétés mécaniques et tribologiques qui lui permettent d’être utilisé dans les implants de hanche et de genou.

Les travaux de thèse ont permis de consolider et de compléter les connaissances sur les mécanismes de déformation et les évolutions microstructurales à chaud d’un acier inoxydable austénitique 316Nb. Comprendre la variation du comportement microstructural observée sur différentes pièces obtenues par forge libre permettra de pérenniser les connaissances et d’optimiser les gammes de forgeage. Du fait d’une variabilité de l’état de recristallisation, mise en évidence sur des pièces d’essai, et de son impact sur les propriétés mécaniques, des traitements thermomécaniques simplifiés sont réalisés en laboratoire afin de comprendre la genèse de ces différents états métallurgiques. L’influence de la température, du taux et de la vitesse de déformation ainsi que de la vitesse de refroidissement après l’essai (distinction entre les mécanismes dynamiques et post-dynamiques) est tout d’abord étudiée. De multiples passes de déformation, dans des conditions isothermes et anisothermes, sont ensuite appliquées afin de suivre les évolutions post-dynamiques de la microstructure entre les passes. Le rôle du traitement thermique post-déformation sur la microstructure (recristallisation statique) est étudié. Enfin, l’effet de la microstructure initiale, en termes de taille de grains et de composition chimique, notamment la teneur en niobium en solution solide, a été considéré.La recristallisation dynamique ne domine pas l’évolution de la microstructure, de par notamment une restauration dynamique avancée et une taille de grains élevée. Néanmoins, aux hautes températures et pour de faibles taux de déformation, une migration dynamique des joints de grains conduit à la formation progressive de nouveaux grains recristallisés. La recristallisation post-dynamique est très dépendante des conditions de déformation. A composition chimique donnée, la taille de grains (dans la gamme 60 – 250 µm) affecte peu la cinétique de recristallisation dynamique et post-dynamique. L’augmentation de la teneur en niobium de la solution solide entraîne, via sans doute un effet de traînage de soluté et une éventuelle modification de l’énergie de défaut d’empilement à haute température, un retard considérable de l’apparition de la recristallisation. Au cours du traitement thermique post-déformation, l’état de recristallisation final est essentiellement dépendant de la composition chimique (teneur en niobium de la solution solide et présence de ferrite δ résiduelle). Les précipités de niobium générés dans les conditions de déformation usuelles n’ont pas d’influence directe sur la cinétique de recristallisation
Mechanical properties and microstructure of 316Nb austenitic stainless steel may show some variability in hot forging products. This work aimed at improving knowledge about hot deformation mechanisms and microstructural evolution of this steel. Obtaining a homogeneous microstructure requires deep understanding of the hot deformation behaviour and mechanisms. In thick-walled components, both work hardening, dynamic recovery and recrystallization govern hot workability. Static and post-dynamic phenomena can induce further metallurgical evolution during interpass time and cooling. The influence of deformation temperature, strain, strain rate, cooling rate on recrystallization mechanisms has been studied by using hot torsion tests. Multiple-pass tests with isothermal and non-isothermal interpass allowed understanding post-dynamic mechanisms. Static phenomena were investigated using various annealing conditions. The effects of initial microstructural features such as grain size and chemical composition, specifically niobium solute content, on the hot deformation behaviour were eventually considered.The extent of dynamic recovery, coarse initial grain size, solute drag, and pinning of grain boundaries by fine Nb(C,N) particles strongly hinder dynamic recrystallization which does not dominate the metallurgical evolution over the range studied, in contrast to results reported on 316 steel. However, bulging of grain boundaries as a prelude to dynamic recrystallization was observed at low strains and high temperature. Grain boundary serrations progressively lead to the formation of subgrain boundaries, then of new high angle boundaries. A particular dynamic recrystallization mechanism explains progressive elimination of annealing twins. Interaction with dislocations depends on locally activated slip systems and whether they are common to both twin and parent grain. At moderate strain levels, post-dynamic recrystallization occurs by rapid growth of nuclei that depends on deformation temperature, and applied strain and strain rate. For a given chemical composition, neither dynamic nor post-dynamic recrystallization is affected by the initial grain size over the range studied. Increasing the free niobium content promotes solute drag and niobium carbide precipitation, which significantly delay recrystallization. The microstructure after annealing essentially depends on the availability of solute atoms such as niobium and on residual δ-ferrite. Nb(C,N) precipitates formed during hot deformation do not significantly influence recrystallization kinetics

L’objectif de la présente thèse a été de développer des procédés de modifications de surface de l’acier inoxydable 316, pour en améliorer les performances à long terme en milieu biologique, en vue d’une application pour les stents coronariens. Deux types de modifications de surface successifs ont été menés sur l’acier; des pré traitements et des recouvrements. Les premiers ont eu pour but de modifier la composition chimique, la rugosité et la topographie des surfaces métalliques, afin de les préparer au dépôt des seconds, lesquels auront pour fonction d’isoler totalement le métal du milieu biologique. Les pré traitements de polissage mécanique et électrochimique, de dégraissage par ultrasons, d’immersion en solutions alcalines et acides et de décapage par plasma froid, ont été testés. Les modifications de surfaces induites ont été caractérisées par Spectroscopie de Photoélectrons induits par Rayons X (XPS), par Microscopie à Force Atomique (MFA) et par Microscopie Électronique à Balayage (MEB). La combinaison optimisée des traitements par ultrasons, polissage électrochimique, attaque acide et décapage par plasma froid a abouti à l’obtention de surfaces lisses, homogènes, sans défauts, décontaminées et quasi exemptes d’oxyde métallique considéré fragile mécaniquement. Le pré traitement d’électropolissage a fait tout particulièrement l’objet d’une étude approfondie. Les recouvrements amorphes, fluorocarbonés et partiellement hydrogénés, fortement hydrophobes, lisses et sans défauts ont été déposés sur de substrats métalliques pré traités en optimisant les paramètres de fonctionnement du réacteur à plasma froid radio fréquence. Des dépositions ont également été effectuées sur des substrats non pré traités dans les conditions optimales de polymérisation. Elles ont alors conduit à la formation de films poreux, composés de sphères nanométriques distribuées de manière hétérogène, de structure également amorphe et partiellement hydrogénée. L’importance de l’étape des pré traitements a ainsi été démontrée, celle ci influençant principalement la morphologie des recouvrements. Finalement, l’imperméabilité des recouvrements obtenus sur des substrats pré traités ont été validées dans des conditions pseudo physiologiques similaires à celles présentes dans les artères coronariennes.
The aim of this study was to develop various surface modification procedures for 316 stainless steel to improve its long term performances as endovascular stents. The strategy behind this work was divided into two parts: surface pre treatments and surface coatings. Chemical composition, roughness and topography of the metallic surfaces were modified by the surface pre treatments in order to prepare the substrates for the post deposited coatings that would form an impermeable barrier completely isolating the metallic device from body fluids. Surface pre treatments of the metallic surfaces consist of mechanical and electrochemical polishing, ultrasonic cleaning, dipping in alkaline and acidic solutions, and plasma etching. The aim was to obtain a smooth and homogeneous surface of the substrate as well as to remove any fragile interlayer, particularly the metallic oxide and the contamination layers. Characterization of the modified surfaces was performed by X ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Optimized surface properties were obtained by combining ultrasonic cleaning, electrochemical polishing, acid dipping and plasma etching. Of the above mentioned methods, emphasis was placed on the electrochemical polishing procedure. Ultra thin fluorocarbon films were deposited on pre treated stainless steel surfaces by radio frequency glow discharge plasma, after modulating plasma deposition parameters in order to promote the polymerization process. Films were then partially hydrogenated, amorphous, highly hydrophobic, smooth and pinhole free. Depositions under optimal polymerization conditions were also performed on as received substrates and lead to the formation of partially hydrogenated, porous fluorocarbon coatings that consisted of heterogeneously distributed nanospherical particles. Thus, pre treatments prior to deposition were essential, demonstrated by their strong influence on the morphology of the plasma polymer films. Finally, plasma polymer films were validated with respect to impermeability in a medium reproducing the physiological conditions in the coronary arteries.

Cette etude concerne l'analyse des proprietes mecaniques de l'acier inoxydable 316 ln elabore par compression isostatique a chaud (cic), en relation avec la microstructure. La presence de precipites submicroniques aux frontieres entre particules de poudre (ppb : prior particle boundary) est reliee au processus d'endommagement specifique a ce materiau. L'optimisation du procede de cic pour l'alliage 316 ln a ete realisee a partir de lopins de petite dimension mise en forme avec des parametres de consolidation variables. Pour les lopins consolides avec un temps de palier variable, les essais de resilience ont montre qu'un temps de palier minimum de 3 heures est necessaire pour atteindre une cohesion satisfaisante. La resilience passe de 115 j/cm 2 pour un temps de palier de 1 heure a environ 180 j/cm 2 pour les temps de palier superieur a 3 heures. Des essais de resilience a differentes temperatures ont egalement montre que l'acier 316 ln elabore par cic se differencie d'une nuance de fonderie par une resilience qui chute avec la temperature. Cette chute de resilience lorsque la temperature diminue s'accompagne d'une transition entre un mode d'endommagement ductile homogene et un mode ductile localise aux ppb. L'analyse chimique au met des precipites aux ppb montre que ceux-ci sont en majorite des oxydes mixtes de chrome et de manganese. L'observation au met de repliques extractives revele que l'interaction entre les grains recristallises et les precipites aux ppb joue un role preponderant vis a vis de la cohesion du materiau dense. L'influence de la precipitation aux ppb sur l'endommagement est analysee a partir d'essais de traction sur des eprouvettes axisymetriques entaillees (ae). A 20\c, l'endommagement se caracterise par la presence en volume d'une population de micro-fissures localisees aux ppb. Apres un calcul mecanique par elements finis des eprouvettes ae, un modele d'endommagement decouple est applique au cas de l'acier 316 ln cic (modele de thomason). Lorsque l'eprouvette atteint la deformation a rupture experimentale, le calcul par elements finis montre une multiplication rapide des micro-fissures au centre de l'eprouvette.

L'objectif de cette recherche est de definir les conditions dans lesquelles une fissuration par corrosion sous contrainte (csc) de l'alliage inoxydable 316l peut survenir dans un milieu constitue par de l'acide borique (h#3bo#3) en presence de chlorures a des temperatures de 100c a 200c, en utilisant differentes methodes d'etude de la corrosion sous contrainte. Les mecanismes mis en jeu au cours de l'amorcage et de la propagation des fissures ont ete etudies en fonction des parametres suivants: concentrations en acide borique, en chlorures et en oxygene ph, contrainte et vitesse de deformation. Une grande attention a ete consacree a l'etude de la chimie des solutions acide borique en presence de chlorures

Cette étude concerne l'influence des traitements de surface sur la tenue à la corrosion sous contrainte de l'acier inoxydable AlSi 304. Les modificaiton de surface sont obtenues par implantation ionique de particules réactives (molybdène, azote), d'espèces inertes (krypton, néon) et par dépôt d'un acier inoxydable AlSi 316 en phase vapeur assisté par implantation d'ions argon. Différentes caractérisations, à la fois microstructurales et analytiques sont effectuées afin d'identifier les transformations de phases et les défauts créés par ces traitements ainsi que la répartition des éléments implantés et du dépôt dans le substrat. Le comportement électrochimique et la tenue à la corrosion sous contrainte de l'acier de référence et des aciers traités sont étudiés. Les résultats obtenus montrent un effet bénéfique de l'implantation de molybdène ou d'azote. Par contre l'implantation de particules inertes n'améliore ni le comportement électrochimique ni la résistance à la corrosion sous contrainte de l'acier. Les améliorations du comportement de l'acier résultent de l'effet électrochimique, des modifications structurales et de la présence des contraintes résiduelles de compression en surface introduites par implantation. Le dépôt d'acier 316 sur l'acier 304 conduit à des améliorations considérables de la résistance à la corrosion sous contrainte. Les modifications obtenues sont d'autant plus importantes que l'adhérence du dépôt est améliorée
This study concerns the influence of surface treatments on the resistance to stress corrosion of stainless steel AlSi 304 Surface modificaiton are obtained by ion implantation of reactive particles (molybdenum, nitrogen) inert species (krypton neon) and by depositing a stainless steel AlSi 316 vapor assisted by argon ion implantation. .

The influence of a phosphorus addition on the precipitation process in type 316 Ti Stainless Steel, during heat treatments at 600-800°C, was analysed by various investigation methods. The occurence of the precipitated phases was detected by X-ray diffraction analysis of bulk-extracted residue; the stability range of these various precipitated phases was determined as a function of aging time/temperature. It was observed by optical metallography that, the presence of phosphorus in adequate amount in this material ( ͌ 1500 ppn) contributed to promote a fine and uniform intragranular precipitation of the M₂ ₃ C6 ₆ and TiC carbides, during the aging treatment; precipitate-free zones were also found close to grain boundaries. The nature and nucleation sites of the precipitated phases were specified on the other hand by transmission electron microscopy examinations on thin foils. Thus, the following observations have been made:-secondary TiC (F. C. C) precipitates are formed essentially at dislocations in the matrix and surrounding primary TiN (F. C. C) precipitates;- M₂ ₃ C ₆ (F. C. C) carbide precipates were mainly found at grain boundaries at lower aging temperatures ( ͌ 600°C) or at grain boundaries and inside Y (F. C. C) grain a higher aging temperatures (650-800°C);- precipitations of Laves phase n (H. C. P) - Fe₂M0 type and that of M3P (tetragonal) phosphides occured in the austenitic matrix;- intermetallic x-phase (B. C. C) particles are often formed at grain boundaries:- σ-phase (tetragonal) precipites were frequently located at grain boundaries and grain boundary junctions. In other respects, the alloys behaviour for recrystallization process was followed by optical metallography and by transmission electron microscopy (TEM) whereas phosphorus effect on the ductility behaviour of type 316Ti Stainless Steel was studied by scanning electron microscopy (SEM) on samples previously enriched in hydrogen from molten salt baths. The traction fractographic examination of these specimens showed a ductile intragranular cracking mode
L’influence du phosphore sur les processus de précipitation développés au sein d’aciers inoxydables du type AISI 316 Ti, à la faveur de traitements thermiques effectués à des températures comprises entre 600 et 800°c, a été analysée en mettant en œuvre diverses méthodes d’étude. Nous avons mis en évidence, par diffraction des rayons X à partir des résidus d’extraction électronique, la présence des phases des phases formées et nous avons déterminé, en fonction du temps et de la température de traitement le domaine d’existence de différents types de précipités susceptibles d’apparaître. Ces observations par miscrocopie optique ont révélé que la présence de phosphore en quantité suffisante (1500 ppm) au sein de ce matériau contribuait à favoriser, au cours du revenu, la précipitation intracristalline uniforme et fine de carbures des types M₂ ₃ C ₆ et TIC. De plus, des zones dénudées jouxtant les joints de grains peuvent être mise en évidence. D’autre part, la nature et les sites de germination des précipités formés ont été clairement déterminés par les examens en microscopie électronique en transmission sur lames minces. Nous avons ainsi observé que :-les précipités secondaires de TIC (C. F. C. ) se formaient essentiellement sur les dislocations dans la matrice et autour des précipités primaires de TiN (C. F. C) ; -les carbures du type M₂ ₃ C ₆ (C. F. C. ) se localisent surtout aux joints de grains quand on opère à température relativement faible (=600°C) ; ces précipités se forment aussi bien aux joints qu’à l’intérieur des grains ϒ (C. F. C) lorsque la température de traitement est élevée (650-800°C) ;-la précipitation de la phase ƞ (HC) –type Fe₂Mo et celle des phosphures du type M ₃ C ₆ P (Q. C) se développent dans la matrice austénitique ; -la phase intermétallique x (C. C) se forme le plus souvent aux joints de grains. Par ailleurs, la restauration et la recristallisation de ces alliages initialement à l’état écroui (20%) ont été étudiés par micrographies optique et électronique (MET) tandis que l’influence du phosphore sur la ductilité de ces aciers inoxydables du type 316 Ti a été analysée par microscopie électronique à balayage (MEB) sur éprouvettes préalablement chargées en hydrogène au bain de sels fondus. Les faciès de rupture de ces échantillons observés après traction sont du type intragranulaire ductile

Ces travaux de thèse concernent la problématique des liaisons bimétalliques acier austénitique/acier martensitique. Cette action de recherche se focalise sur une liaison acier austénitique 316L (X2 CrNiMo 18-12-02) / acier martensitique Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1). L’objectif est de comprendre la problématique métallurgique liée à l’assemblage de ces deux types de nuance et d’évaluer les possibilités de réaliser par métallurgie des poudres et par fabrication additive des transitions aciers austénitiques/aciers martensitiques. Une soudure obtenue par faisceau d’électrons sert de liaison de référence pour cette étude qui se focalise sur l’intérêt de la métallurgie des poudres pour réaliser une transition entre deux aciers. Des matériaux à gradient de composition chimique ont été consolidés par CIC et par SPS et montrent de très bonnes propriétés mécaniques et une excellente jonction entre les deux types de nuances. Par fabrication additive (DED-LB ou PBF-LB), nous obtenons aussi de très bonnes liaisons entre les deux aciers mais les microstructures sont beaucoup plus complexes. On observe curieusement que plus la vitesse de refroidissement du procédé est importante et plus la présence de ferrite dans l’acier martensitique est importante. Différents calculs basés sur la germination et la croissance de la phase austénitique ont permis de proposer un scénario cohérent pour expliquer les fractions de phases présentes dans les matériaux. La zone de transition entre les deux aciers présente, elle, de fortes variations de duretés. Ces variations sont expliquées par les changements de composition chimique, entrainant des modifications dans les températures de changement de phases, et les cycles thermiques particuliers vus lors de la fabrication. D’un point de vue technologique, les matériaux obtenus par fabrication additive présentent en traction des performances très semblables à ce que l’on obtient par soudage par faisceau d’électrons. Il est montré que la fabrication additive permet aussi de piloter le gradient de composition entre un acier martensitique et un acier austénitique
This PhD work concerns the problem of bimetallic austenitic/martensitic steel connections. This research action focuses on a 316L austenitic steel (X2 CrNiMo 18-12-02) / Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1) martensitic steel connection. The objective is to understand the metallurgical problems related to the assembly of these two steels and to evaluate the possibilities of using powder metallurgy and additive manufacturing to produce austenitic/martensitic steel transitions. A weld obtained by electron beam is used as a reference for this study which focuses on the interest of powder metallurgy to achieve a transition between two steels. Materials with a chemical composition gradient have been consolidated by HIP and SPS and show very good mechanical properties and an excellent junction between the two steels. By additive manufacturing (DED-LB or PBF-LB), we also obtain very good bonds between the two steels, but the microstructures are much more complex. Curiously, we observe that the higher the cooling rate, the higher the ferrite fraction in the martensitic steel. Different calculations based on the nucleation and growth of the austenitic phase have made it possible to propose a coherent scenario to explain the phase fractions present in the materials. The transition zone between the two steels shows strong variations in hardness. These variations are explained by changes in chemical composition, leading to modifications in phase change temperatures, and the particular thermal cycles seen during building. From a technological point of view, materials obtained by additive manufacturing have tensile performances very similar to those obtained by electron beam welding. It is shown that additive manufacturing also makes it possible to control the composition gradient between a martensitic and an austenitic steel

Les liaisons bimetalliques soudees concernees par cette etude interessent les assemblages par soudage des tubulures de cuve en acier faiblement allie 16mnd5 et des tuyauteries en acier austenitique 316 du circuit rep. Certaines de ces liaisons presentent en peau externe des defauts intergranulaires en premiere couche de beurrage qui n'apparaissent que lorsque la structure de cette premiere couche est purement austenitique. Les materiaux assembles ayant des coefficients de dilatation tres differents, nous avons suppose que la fatigue thermique pouvait etre responsable de la presence de ces defauts. Aussi, afin de tester cette hypothese et estimer le degre de nocivite de la structure austenitique, nous avons etudie une liaison bimetallique presentant une structure austenitique en premiere couche et avons simule la fatigue thermique par de la fatigue oligocyclique a 320c. Nous nous sommes attaches a decrire les transformations metallurgiques induites par le caractere heterogene de l'assemblage. De nombreuses discontinuites ont ainsi pu etre mises en evidence au niveau de l'interface metal de base/premiere couche de beurrage : discontinuites chimiques, microstructurales et cristallographiques. Une analyse des conditions de solidification imposees par le caractere heterogene de la liaison a ete proposee permettant de rendre compte des phenomenes observes. D'un point de vue mecanique, il semble que ces heterogeneites aient peu d'influence sur la tenue en fatigue de la liaison. Quel que soit le mode de sollicitation envisage, nous ne recreons pas les decohesions intergranulaires observees sur site. Une modelisation par elements finis a ete menee pour determiner la repartition de la deformation plastique cumulee et expliquer la presence d'une zone sans bandes de glissements apparentes au niveau de l'interface, cote beurrage.