Tube sans soudure en acier inoxydable 310S pour applications à haute température

Introduction aux tubes en acier inoxydable 310S

Les tubes en acier inoxydable 310S sont un acier inoxydable austénitique à haute teneur en alliage spécialement conçu pour une résistance exceptionnelle à l'oxydation (calamine) et à la corrosion à des températures élevées. Il s'agit de la version à faible teneur en carbone de l'alliage 310 de base, ce qui améliore considérablement son adéquation aux applications à haute température en minimisant la précipitation de carbures pendant le soudage ou l'exposition dans la plage de température critique (800°F - 1500°F / 427°C - 816°C).

Paramètres clés et composition chimique :

• Grades courants : UNS S31008, AISI 310S, EN 1.4845

• Composition chimique (pourcentage en poids typique) :

  • Carbone (C) : ≤ 0,08 % (faible teneur en carbone pour une meilleure soudabilité et une stabilité à haute température)

  • Chrome (Cr) : 24,0 - 26,0 % (offre une résistance primaire à l'oxydation)

  • Nickel (Ni) : 19,0 - 22,0 % (stabilise la structure austénitique, améliore la ductilité et la résistance à la corrosion)

  • Manganèse (Mn) : ≤ 2,00 %

  • Silicium (Si) : ≤ 1,50 %

  • Phosphore (P) : ≤ 0,045 %

  • Soufre (S) : ≤ 0,030 %

  • Fer (Fe) : Reste

• Densité : 7,98 g/cm³ (0,288 lb/in³)

• Point de fusion : ~1400°C - 1450°C (2550°F - 2640°F)

• Température de service continue : Jusqu'à 1150°C (2100°F) dans des atmosphères oxydantes. Utilisation intermittente jusqu'à 1035°C (1900°F).

• Dilatation thermique : Relativement élevée (comparable à d'autres austénitiques comme le 304), ~16-18 μm/m·°C (20-100°C).

• Conductivité thermique : ~14 W/m·K (à 100°C).

• Résistivité électrique : ~0,85 μΩ·m.

• Propriétés magnétiques : Essentiellement non magnétique (structure austénitique).

Normes et spécifications courantes :

Les tubes 310S sont fabriqués pour répondre à diverses normes internationales en fonction des dimensions, des tolérances, des tests et de l'utilisation prévue. Les principales normes comprennent :

• ASTM (American Society for Testing and Materials) :

  • A213/A213M : Spécification pour les tubes de chaudière, de surchauffeur et d'échangeur de chaleur en acier allié ferritique et austénitique sans soudure.

  • A269/A269M : Spécification pour les tubes en acier inoxydable austénitique sans soudure et soudés pour service général.

  • A312/A312M : Spécification pour les tuyaux en acier inoxydable austénitique sans soudure, soudés et fortement écrouis. (Couvre souvent les diamètres/tuyaux plus grands).

  • A789/A789M : Spécification pour les tubes en acier inoxydable ferritique/austénitique sans soudure et soudés pour service général.

• ASME (American Society of Mechanical Engineers) : SA213, SA269, SA312, SA789 (Souvent identiques aux spécifications ASTM mais adoptées pour une utilisation dans le code des chaudières et des appareils à pression).

• EN (Norme européenne) :

  • EN 10216-5 : Tubes en acier sans soudure pour applications sous pression - Conditions techniques de livraison - Partie 5 : Tubes en acier inoxydable.

  • EN 10296-2 : Tubes en acier circulaires soudés pour applications mécaniques et générales - Conditions techniques de livraison - Partie 2 : Acier inoxydable.

• DIN (Deutsches Institut für Normung) : DIN 17458 (Tubes circulaires sans soudure), DIN 17456 (Tubes circulaires soudés).

• JIS (Japanese Industrial Standards) : JIS G 3463 (Tubes de chaudière et d'échangeur de chaleur en acier inoxydable), JIS G 3459 (Tuyaux en acier inoxydable).

• GOST (Normes russes) : GOST 9941 (Tubes sans soudure déformés à chaud), GOST 11068 (Tubes soudés).

Principaux avantages :

1. Résistance à l'oxydation à haute température exceptionnelle : La forte teneur en chrome (Cr) et en nickel (Ni) forme une couche d'oxyde de chrome (Cr₂O₃) stable et protectrice, empêchant toute oxydation supplémentaire, même dans des conditions de chauffage cyclique sévères jusqu'à 1150°C (2100°F).

2. Excellente résistance à la carburation : Fonctionne bien dans les atmosphères de carburation par rapport aux aciers inoxydables moins alliés.

3. Bonne résistance à la sulfuration : Offre une résistance raisonnable aux atmosphères contenant du soufre à des températures élevées.

4. Bonne résistance au fluage et à la rupture : Maintient mieux sa résistance que les nuances austénitiques standard (comme 304/316) à des températures élevées soutenues.

5. Résistance à la corrosion : Excellente résistance générale à la corrosion dans de nombreux environnements aqueux (similaire à 304/304L), et résistance supérieure à la corrosion par piqûres/crevasses par rapport au 304 en raison d'une teneur plus élevée en Cr et Ni. Résiste bien à l'acide nitrique.

6. Faible teneur en carbone (310S) : Minimise la sensibilisation (précipitation de carbure de chrome aux joints de grains) pendant le soudage ou l'exposition à haute température, empêchant la corrosion intergranulaire et maintenant la ductilité. C'est la principale différence par rapport au 310.

7. Formabilité et soudabilité : Bonne formabilité et soudabilité (en utilisant des procédures austénitiques standard comme TIG, MIG, SAW), bien que sa résistance élevée puisse nécessiter plus de force pour le formage. Le recuit après soudage n'est généralement pas nécessaire en raison de la faible teneur en carbone.

Emballage typique :

L'emballage vise à protéger la surface des tubes contre les dommages, les rayures et la corrosion pendant la manipulation, le stockage et le transport. Les méthodes courantes comprennent :

1. Faisceaux : Les tubes sont solidement attachés ensemble (bandes en plastique ou en acier) en faisceaux.

2. Protection des extrémités : Des capuchons d'extrémité en plastique ou en métal sont souvent montés pour protéger les extrémités des tubes et les filetages (le cas échéant).

3. Emballage : Les faisceaux peuvent être emballés dans :

   • Papier imperméable / Papier VCI : Protège contre l'humidité et offre une protection physique de base. Le papier VCI (inhibiteur de corrosion par vapeur) libère des vapeurs inhibant la corrosion.

   • Film rétractable en plastique / Film de polyéthylène : Fournit une barrière contre l'humidité et une bonne protection physique.

   • Toile de jute / Toile de jute : Parfois utilisé sur l'emballage pour une résistance supplémentaire à l'abrasion (moins courant maintenant).

4. Caisses en bois / Palettes : Les faisceaux sont placés sur des palettes en bois robustes ou enfermés dans des caisses en bois pour les charges lourdes, le stockage à long terme ou les transports exigeants (en particulier le fret maritime). Le bois doit souvent être conforme à la norme ISPM 15 pour l'expédition internationale.

5. Identification : Chaque faisceau ou caisse est clairement étiqueté avec la nuance de matériau (310S), la taille, la longueur, le numéro de lot, la quantité, la norme, le fabricant et d'autres informations pertinentes sur la commande.

Applications principales :

Les tubes 310S excellent dans les environnements impliquant des températures élevées et des atmosphères corrosives :

1. Composants de four : Tubes radiants, moufles, cornues, tubes de combustion, puits thermométriques, buses de brûleur, convoyeurs de four, couvercles de recuit.

2. Échangeurs de chaleur et chaudières : Tubes pour surchauffeurs, réchauffeurs, systèmes de récupération de chaleur et autres composants en service à haute température et corrosif (en particulier lorsque la résistance à l'oxydation est primordiale).

3. Traitement chimique et pétrochimique : Tubes dans les réacteurs, les reformeurs, les craqueurs et les systèmes de tuyauterie manipulant des gaz chauds corrosifs, des acides (comme l'acide nitrique) et des catalyseurs.

4. Production d'énergie : Tubes de chaudière, tubes de surchauffeur et autres composants à haute température dans les centrales électriques à combustibles fossiles et de valorisation énergétique des déchets.

5. Équipement de traitement thermique : Fixations, paniers, plateaux et éléments internes de four exposés à des températures élevées répétées.

6. Aérospatiale : Certains composants d'échappement et pièces de moteur à haute température.

7. Transformation des aliments : Équipement nécessitant une stérilisation à haute température et une bonne résistance à la corrosion.

8. Fours et incinérateurs : Composants structurels et tubes exposés à la chaleur élevée et aux gaz de combustion.