Guide de sélection des tubes en acier inoxydable ASTM A312

Imaginez un système de tuyauterie dans des conditions de chaleur extrême ou corrosives comme le système vasculaire d'un corps humain. Tout comme les vaisseaux sanguins fragiles peuvent entraîner des conséquences catastrophiques, le choix du mauvais matériau pour les applications de tuyauterie critiques peut entraîner des défaillances du système. Le tuyau en acier inoxydable ASTM A312 pourrait bien être la solution que vous recherchez.

L'ASTM A312 est une spécification standard développée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) qui couvre les tuyaux en acier inoxydable austénitique sans soudure, soudés à joint droit et fortement travaillés à froid. Conçue spécifiquement pour les environnements à haute température et généralement corrosifs, cette spécification comprend certains des grades les plus couramment utilisés tels que l'acier inoxydable 304/304L et 316/316L. Cet article fournira une analyse détaillée de la norme ASTM A312, en examinant sa composition chimique et ses propriétés mécaniques pour guider votre processus de sélection des matériaux.

Les tuyaux en acier inoxydable jouent un rôle vital dans les applications à haute température en raison de leur exceptionnelle résistance à la corrosion. Alors que les industries exigent de plus en plus de matériaux capables de résister à des conditions de fonctionnement difficiles, l'acier inoxydable est apparu comme une évolution de l'acier au carbone standard. En ajoutant des éléments d'alliage tels que le nickel et le chrome au fer de base, l'acier inoxydable améliore considérablement sa résistance aux environnements corrosifs.

Avant d'explorer les différents grades d'acier inoxydable, il est important de comprendre les types courants disponibles sur le marché et leurs classifications.

Généralement, tout alliage d'acier avec une teneur en chrome d'au moins 10,5 % peut être considéré comme de "l'acier inoxydable". Cependant, selon la combinaison spécifique d'éléments d'alliage (tels que le nickel, le chrome, le molybdène, le titane, le cuivre, l'azote, etc.), il existe de nombreux grades différents disponibles, chacun ayant des propriétés structurelles, chimiques et mécaniques distinctes.

La caractéristique la plus notable de l'acier inoxydable est son exceptionnelle résistance à la corrosion, qui est attribuée à la couche protectrice d'oxyde de chrome qui se forme à sa surface. Cette couche d'oxyde réagit avec l'oxygène pour créer une barrière microscopique qui empêche efficacement la corrosion. De plus, par rapport à l'acier au carbone, les alliages d'acier inoxydable présentent une meilleure ténacité dans les applications à basse température, une résistance et une dureté plus élevées, une ductilité supérieure et des coûts de maintenance inférieurs.

Les aciers inoxydables peuvent être largement classés dans les séries suivantes en fonction de leur structure métallurgique :

C'est le type d'acier inoxydable le plus courant. L'ajout d'éléments tels que le nickel, le manganèse et l'azote confère à l'acier inoxydable austénitique une excellente soudabilité et formabilité. En augmentant la teneur en chrome, en molybdène et en azote, sa résistance à la corrosion peut être encore améliorée. Cependant, les aciers austénitiques de base sont sensibles à la fissuration par corrosion sous contrainte (une teneur plus élevée en nickel est requise pour améliorer la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte). Les aciers inoxydables austénitiques ne peuvent pas être durcis par traitement thermique, mais peuvent être travaillés à froid à des niveaux de résistance très élevés tout en conservant une ténacité et une ductilité considérables.

Bien que les aciers austénitiques soient généralement non magnétiques, ils peuvent présenter un certain degré de magnétisme en fonction de la composition réelle de l'alliage et de l'étendue du travail à froid appliqué pendant la production. Les aciers inoxydables austénitiques sont divisés en série 200 (alliages chrome-manganèse-nickel) et en série 300 (alliages chrome-nickel, tels que 304, 309, 316, 321, 347, etc.). L'acier inoxydable de nuance 304 est l'acier inoxydable austénitique le plus courant, adapté à la plupart des environnements corrosifs. Toute autre nuance de la série 300 peut améliorer les propriétés de base du SS304.

Les aciers inoxydables martensitiques sont similaires aux aciers ferritiques en ce qu'ils ont tous deux une teneur en chrome importante, mais les aciers martensitiques ont une teneur en carbone plus élevée, jusqu'à 1 %. La teneur élevée en carbone permet aux aciers martensitiques d'être durcis et trempés comme les aciers alliés au carbone et au chrome standard (bien qu'ils présentent généralement une soudabilité et une ductilité inférieures). Ce type d'acier inoxydable convient aux applications nécessitant une résistance élevée et une résistance modérée à la corrosion. Contrairement aux aciers inoxydables austénitiques standard, les aciers martensitiques sont magnétiques. Les nuances d'acier martensitique courantes comprennent 410, 420 et 440C.

Les aciers inoxydables ferritiques ont une teneur en chrome importante mais une faible teneur en carbone (généralement inférieure à 0,1 %). Le nom de cet acier inoxydable dérive de sa structure métallurgique, qui ressemble beaucoup à celle des aciers au carbone et faiblement alliés. Ces aciers ont un large éventail d'applications, mais ne conviennent pas aux surfaces minces en raison de leur faible résistance au soudage et de leur formabilité limitée (les aciers ferritiques présentent une formabilité et une ductilité inférieures). Les aciers inoxydables ferritiques ne peuvent pas être durcis par traitement thermique. En ajoutant du molybdène à l'acier ferritique, le matériau peut être utilisé dans des applications très corrosives telles que les usines de dessalement et les environnements d'eau de mer. Ces aciers démontrent également une excellente résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte. Comme les aciers martensitiques, les aciers inoxydables ferritiques sont magnétiques. Les nuances d'acier ferritique les plus courantes sont 430 (17 % de chrome) et 409 (11 % de chrome), largement utilisées dans l'industrie automobile.

Les aciers à durcissement par précipitation (PH) atteignent une résistance exceptionnelle grâce à l'ajout d'éléments tels que le cuivre, le niobium et l'aluminium. Ces aciers peuvent être transformés en formes très spécifiques avec des tolérances élevées avant de subir un durcissement final par vieillissement. Cela diffère du durcissement et de la trempe traditionnels des aciers martensitiques, qui sont sujets à la déformation pendant le traitement. La résistance à la corrosion des aciers à durcissement par précipitation est comparable à celle des aciers austénitiques standard tels que le SS304. L'acier inoxydable à durcissement par précipitation le plus courant est le 17-4PH, qui contient 17 % de chrome et 4 % de nickel.

Les dimensions des tuyaux en acier inoxydable standard sont définies par la spécification ANSI ASME B36.19. Les tuyaux en acier inoxydable sans soudure sont disponibles dans des tailles allant de 1/8" à 24", tandis que les tuyaux en acier inoxydable soudés sont fabriqués dans des tailles allant de 2" à 36" (tuyaux ASTM A312, qui sont des tuyaux en acier inoxydable austénitique au chrome-nickel soudés à la fusion électrique, ou tuyaux laminés).