Étude de la propagation de fissures par fatigue dans des aciers inoxydables austénitiques à bas carbone du type 304L et 316L

Abstract
The fatigue crack growth at room temperature in low carbon austenitic stainless steels 304L and 316L, has been studied. The main results are the following : - Fatigue crack growth rate obey the Paris Law : - Under the same sollicitations, fatigue crack growth rate is higher for 304L steel than for 316L steel. - The influence of the mean stress (R ratio) is quite complex. The effect of the crack length seems to be higher than predicted by the Paris Law. Another formulation : should be better. - By the comparison to the literature, the low carbon austenitic steels (304L) studied here, present a higher crack growth than normal carbon austenitic steels (304). The values of the stress intensity factor variation, leading to a crack growth rate of 10-5 c/cycle at R = 0, are 23 MPa √m for 304L steel and 27-28 for 304 steels. On both materials studied, a threshold of non-propagation after 2 x 106 cycles (ΔK s) has been observed. This threshold is quite low (5 to 10 MPa √m). It depends linearly of the R ratio and is higher for 316 L steel than for 304L steel. - The cracks are generally transcrystalline. However, intergranular cracking has been observed in some few cases at very low crack growth rates near the arrest zones in the ΔKs experiments.

Résumé
On a étudié à la température ambiante la propagation de fissures par fatigue dans les aciers austénitiques du type Z2CN1810 (304L) et Z2CND1712 (316L). Les principaux résultats sont les suivants : - Les vitesses de propagation des fissures par fatigue suivent globalement la loi de Paris - Dans les mêmes conditions de sollicitations, l'acier 304L présente une plus faible résistance à la propagation de fissure par fatigue que l'acier 316L. - L'influence de la contrainte moyenne est complexe. Il semble que la longueur de fissure intervienne d'une manière plus importante que ne le prédit la loi de Paris. Une formulation du type semblerait mieux adaptée. - Par comparaison aux résultats présentés par divers auteurs concernant les aciers à carbone normal (304) on note une vitesse de propagation plus élevée dans les aciers à bas carbone étudiés ici (304L). La variation du facteur d'intensité de contrainte (ΔK0) conduisant à une vitesse de propagation de 10-5 cm cycle -1 est voisine de 23 MPa √m pour le 304 L et 27-28 pour le 304. - On observe pour les 2 matériaux un seuil de non-propagation (après 5 x 106 cycles) par fatigue (ΔKs). Ce seuil est généralement bas (5 à 10 MPa √m). Il dépend d'une manière linéaire-ment décroissante de R et est plus élevé pour l'acier 316L que pour l'acier 304L. - La fissuration est généralement transcristalline. On rencontre cependant des zones de rupture intergranulaire qui correspondent à de très faibles vitesses de propagation c'est-à-dire proches des zones d'arrêt déterminant le ΔK s.