Description du produit
ASTM A790 UNS S31803/S32205 tuyau en acier inoxydable soudé
1. Introduction
Les tuyaux en acier inoxydable soudés ASTM A790 UNS S31803 et S32205 sont en acier inoxydable duplex, caractérisé par une microstructure composée d'environ proportions égales de phases austérite et ferrite. Ces tuyaux sont très recherchés - après dans de nombreuses industries en raison de leur combinaison exceptionnelle de propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion -. La norme ASTM A790, établie par l'American Society for Testing and Materials, définit spécifiquement les exigences pour les tuyaux en acier inoxydable ferritique/austénitique soudés et sans soudure, les modèles S31803 et S32205 étant deux qualités principales de cette norme. Bien qu'ils soient étroitement liés, le S32205 possède une teneur en alliage relativement plus élevée dans certains éléments, ce qui entraîne des différences de performances par rapport au S31803.
2. Composition chimique
La composition chimique de ces alliages est un déterminant clé de leurs propriétés. Le tableau 1 montre les plages de composition chimique types pour les modèles ASTM A790 UNS S31803 et S32205 :
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Élément
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Contenu du S31803 (%)
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Contenu du S32205 (%)
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Chrome (Cr)
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21.0 - 23.0
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22.0 - 23.0
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Nickel (ni)
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4.5 - 6.5
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4.5 - 6.5
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Molybdène (Mo)
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2.5 - 3.5
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3.0 - 3.5
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Azote (N)
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0.08 - 0.20
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0.14 - 0.20
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Carbone (C)
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≤0.030
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≤0.030
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Manganèse (mn)
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≤2.00
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≤2.00
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Silicium (si)
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≤1.00
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≤1.00
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Phosphore (P)
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≤0.030
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≤0.030
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Soufre (S)
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≤0.020
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≤0.020
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Le chrome forme une couche d'oxyde passif sur la surface, fournissant une résistance de base à la corrosion. Le nickel améliore la ténacité et la ductilité de l'acier. Le molybdène améliore encore la résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements riches en chlorure. L'azote contribue à la résistance et à la piqûre. La teneur légèrement plus élevée en molybdène et en azote du S32205 lui confère une performance potentiellement meilleure liée à la corrosion.
3. Propriétés mécaniques
Les propriétés mécaniques des tuyaux soudés ASTM A790 UNS S31803 et S32205 sont parfaitement adaptées à une large gamme d'applications. Le tableau 2 présente les propriétés mécaniques types :
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Propriété
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Valeur pour S31803
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Valeur pour S32205
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Limite d'élasticité (MPa)
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≥ 450
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≥ 450
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Résistance à la traction (MPa)
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620 - 820
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650 - 850
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Allongement (%)
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≥ 25
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≥ 25
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Dureté (HB)
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≤290
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≤290
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Ces deux nuances offrent un rendement et une résistance à la traction élevés, ce qui les rend adaptées aux applications où l'intégrité structurelle sous contrainte est cruciale. La bonne élongation garantit que les tuyaux peuvent résister à un certain degré de déformation sans rupture. La dureté contrôlée fournit un équilibre entre l'usinabilité et la résistance à l'usure. Le S32205, avec sa résistance à la traction légèrement plus élevée, peut être plus adapté aux applications nécessitant des contraintes mécaniques plus sévères.
4. Résistance à la corrosion
4.1 résistance à la corrosion par piqûres et par suceur
Les modèles ASTM A790 UNS S31803 et S32205 présentent une excellente résistance à la corrosion par piqûres et par crevasses. La teneur élevée en chrome, molybdène et azote de l'alliage contribue de façon significative à cette propriété. Dans les environnements riches en chlorure, comme les usines de traitement de l'eau de mer ou de produits chimiques, la capacité de ces alliages à résister à l'initiation et à la croissance des puits est beaucoup meilleure que de nombreuses autres qualités d'acier inoxydable. Le nombre équivalent de résistance à la piqûre (PREN) pour S31803 est généralement calculé comme PREN = %Cr + 3.3 x %Mo+ 16 x %N, généralement autour de 32 - 35. Pour le S32205, avec sa teneur en alliage plus élevée, le PREN est généralement d'environ 34 - 37, ce qui indique un niveau plus élevé de résistance à la piqûre.
4.2 résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte
La microstructure duplex des modèles S31803 et S32205 leur confère une résistance exceptionnelle aux fissures de corrosion sous contrainte (SCC). Contrairement à certains aciers inoxydables austénitiques sujets au SCC dans certains environnements, ces aciers inoxydables duplex peuvent résister à des contraintes de traction élevées dans des milieux corrosifs sans fissuration. Ils sont donc parfaits pour les applications dans l'industrie du pétrole et du gaz, où les pipelines sont souvent exposés à des environnements difficiles avec des liquides haute pression. Le S32205 peut offrir une résistance SCC légèrement supérieure dans des conditions extrêmement difficiles en raison de sa teneur en alliage plus élevée.
4.3 résistance générale à la corrosion
Outre la résistance à la corrosion par piqûres, par crevasses et par contrainte, les normes ASTM A790 UNS S31803 et S32205 présentent également une bonne résistance générale à la corrosion. La couche d'oxyde passif formée par le chrome protège la surface de la corrosion uniforme dans une large gamme d'environnements chimiques, y compris les acides, les alcalis et les solutions neutres. Toutefois, le taux de corrosion peut varier en fonction de la composition et de la concentration spécifiques du milieu corrosif.
5. Processus de soudage
Pour les tuyaux en acier inoxydable soudés ASTM A790 UNS S31803/S32205, les méthodes de soudage suivantes sont couramment utilisées :
5.1 soudage par résistance électrique (ERW)
- Procédé : dans le procédé ERW, les tôles ou les bobines en acier inoxydable sont d'abord formées en forme tubulaire. Un courant électrique est ensuite appliqué aux bords du tube, générant de la chaleur pour fondre et fusionner les bords. Cette méthode est relativement rapide et rentable pour produire des tuyaux soudés à soudure à soudure droite.
- Considérations : lors du soudage des S31803 et S32205 à l'aide de ERW, il est essentiel de contrôler précisément les paramètres de soudage pour s'assurer que la qualité de la soudure répond aux exigences élevées de résistance à la corrosion et de propriété mécanique de ces aciers inoxydables duplex. La zone affectée par la chaleur (HAZ) doit être soigneusement surveillée pour éviter tout effet négatif sur la microstructure et les propriétés de l'alliage.
5.2 soudage à l'arc
- Procédé : le soudage à l'arc, tel que le soudage à l'arc au tungstène-gaz (GTAW) ou le soudage à l'arc au gaz (GMAW), utilise un arc électrique pour faire fondre le métal d'apport et le métal de base au niveau du joint. Pour les modèles S31803 et S32205, des métaux de remplissage appropriés avec des compositions chimiques similaires sont sélectionnés pour garantir de bonnes propriétés de soudure.
- Avantages : le soudage à l'arc offre une plus grande flexibilité dans le soudage de géométries complexes et de matériaux plus épais. Il permet également de mieux contrôler l'entrée de chaleur, ce qui est bénéfique pour maintenir l'intégrité de la microstructure duplex dans la zone de soudure. Toutefois, il est généralement plus long - et peut exiger des opérateurs plus qualifiés par rapport à ERW.
Après le soudage, les tuyaux subissent généralement un traitement thermique pour soulager les contraintes de soudage et optimiser la microstructure et les propriétés de la zone de soudure. Cela permet de rétablir la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques des tuyaux aux niveaux souhaités.
6. Applications
En raison de leurs excellentes propriétés, les tuyaux en acier inoxydable soudés ASTM A790 UNS S31803/S32205 sont largement utilisés dans divers secteurs :
6.1 Industrie du pétrole et du gaz
- Conduites sous-marines : la haute résistance, la résistance à la corrosion et la résistance SCC les rendent adaptés au transport de pétrole et de gaz dans des environnements sous-marins, où les conduites sont exposées à l'eau de mer et aux liquides sous haute pression. Le S32205 peut être plus préféré dans les applications sous-marines plus profondes en raison de ses meilleures propriétés de corrosion et mécaniques.
- Équipement de raffinerie : utilisé dans les unités de raffinerie telles que les échangeurs thermiques, les réacteurs et les colonnes de distillation, qui sont souvent en contact avec des produits chimiques corrosifs et des flux de procédé à haute température.
6.2 Industrie de la transformation chimique
- Réacteurs et réservoirs : les tubes S31803/S32205 sont utilisés dans la construction de réacteurs et de réservoirs de stockage pour la manipulation de produits chimiques corrosifs, tels que les acides, les alcalis et les solvants organiques. Le choix entre les deux catégories peut dépendre de la nature corrosive spécifique des produits chimiques et de la résistance mécanique requise de l'équipement.
- Systèmes de tuyauterie : dans les usines chimiques, les tuyaux sont utilisés pour transporter divers fluides de procédé, garantissant ainsi une durée de vie et une fiabilité à long terme.
6.3 dessalement et traitement de l'eau
- Tuyaux d'arrivée et de refoulement d'eau de mer : dans les usines de dessalement, ces tuyaux sont utilisés pour l'admission d'eau de mer et le refoulement de saumure. Leur résistance à la corrosion de l'eau de mer et leur capacité à résister à la contrainte mécanique du débit d'eau en font un choix privilégié. Le S32205 peut offrir une durée de vie plus longue dans cette application en raison de sa meilleure résistance à la corrosion.
- Équipement de traitement de l'eau : dans les usines de traitement des eaux usées, les tuyaux sont utilisés dans les systèmes de traitement et de transport des effluents, car ils résistent à la corrosion causée par divers agents chimiques et biologiques présents dans les eaux usées.
6.4 Marine et construction navale
- Structures de coque : utilisées dans la construction de coques de navires et d'autres structures marines, assurant la résistance à la corrosion de l'eau de mer et assurant l'intégrité structurale du navire.
- Équipements marins : tels que les systèmes de refroidissement de l'eau de mer, où les tuyaux doivent résister aux effets corrosifs de l'eau de mer et maintenir un transfert thermique efficace.
7. Conclusion
Les tuyaux en acier inoxydable soudés ASTM A790 UNS S31803/S32205 sont des matériaux de haute performance avec d'excellentes propriétés chimiques, mécaniques et résistantes à la corrosion. Leur microstructure duplex et leurs compositions d'alliage spécifiques leur permettent de répondre aux exigences des diverses industries. Bien que les modèles S31803 et S32205 présentent de nombreuses similitudes, leurs différences mineures dans la composition chimique entraînent des variations de performances, ce qui permet aux utilisateurs de sélectionner la nuance la plus appropriée en fonction des besoins spécifiques de l'application. Les industries continuent d'évoluer et exigent des matériaux plus performants, les tuyaux en acier inoxydable soudés ASTM A790 UNS S31803/S32205 sont susceptibles de maintenir leur popularité et de trouver encore plus d'applications à l'avenir.
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