Acier inoxydable double qualité 304/304L, 316/316L

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Les aciers inoxydables austénitiques sont les aciers inoxydables les plus utilisés, représentant environ 75% de la consommation totale d'acier inoxydable. Le développement rapide de l’industrie chimique et pétrochimique a mis en avant des exigences plus élevées en matière de résistance à la corrosion et de résistance de l’acier inoxydable. Par exemple, l'acier inoxydable à double qualité 304/304L signifie qu'il a une teneur en carbone plus faible, inférieure à 0,03%, ce qui correspond aux nuances 304L, tandis que sa limite d'élasticité et sa résistance à la traction sont supérieures à la limite inférieure de l'acier inoxydable 304, l'acier inoxydable peut être défini comme 304/304L acier inoxydable à double qualité, c'est-à-dire que sa composition chimique répond à celle du 304L et ses propriétés mécaniques pour répondre aux exigences de l'acier inoxydable 304. De même, une tôle d'acier inoxydable peut être doublement certifiée 304/304H car elle a une teneur en carbone suffisante pour répondre à l'exigence 304H (minimum 0,040%) et répond également aux exigences de granulométrie et de résistance du 304H, il existe 316/316L et d'autres qualités doubles d'acier inoxydable.

Le plus important est la différence de carbone et la résistance qui en résulte. Le carbone est un élément stabilisant austénitique efficace et peut être considéré comme une impureté ou un élément d’alliage qui améliore la résistance de l’acier inoxydable, notamment à haute température. La teneur en carbone de la plupart des aciers inoxydables austénitiques est inférieure à 0,02% ~ 0,04%. Afin d'avoir une bonne résistance à la corrosion après soudage, la teneur en carbone de l'acier inoxydable à faible teneur en carbone est contrôlée en dessous de 0,030%. Afin d'améliorer la résistance à haute température, la teneur élevée en carbone ou carbone de qualité « H » est maintenue à 0,041 TP3T ou légèrement plus.

Les plus petits atomes de carbone dans la structure cubique à faces centrées se trouvent dans les espaces du réseau entre les plus gros atomes de Cr, Ni et Mo, ce qui limite le mouvement de dislocation, empêche la déformation par ductilité et renforce l'acier inoxydable. Dans des conditions d'augmentation de la température, comme dans le processus de soudage, le carbone a une forte tendance à précipiter le chrome dans la matrice en acier inoxydable avec du carbure riche en chrome, et la deuxième phase a tendance à précipiter au niveau de la limite des grains plutôt qu'au centre du grain, de sorte que le carbure de chrome est facile à former au joint de grain.

Le chrome est un élément nécessaire pour améliorer la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable, mais le carbure de chrome est retiré de la matrice en acier inoxydable, de sorte que la résistance à la corrosion ici est pire que celle du reste de la matrice en acier inoxydable. L'augmentation de la teneur en carbone peut étendre la plage de température, de sorte que le temps de sensibilisation ou de perte de résistance à la corrosion soit raccourci, la réduction de la teneur en carbone peut retarder ou éviter complètement la formation de carbure lors du soudage. Les qualités à faible teneur en carbone telles que 304L et 316L ont une teneur en carbone inférieure à 0,030%, la plupart des qualités d'austénite fortement alliées telles que la teneur en carbone de l'acier inoxydable 6%Mo est inférieure à 0,020%. Pour compenser la diminution de résistance due à la diminution de la teneur en carbone, un autre élément interstitiel, l'azote, est parfois ajouté pour renforcer l'acier inoxydable.

L'acier inoxydable à double qualité possède à la fois la haute résistance de l'acier inoxydable conventionnel et la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable à très faible teneur en carbone. Il peut résoudre le problème des faibles performances des joints de soudage de la plupart des aciers inoxydables austénitiques et a été largement utilisé dans les équipements de stations de réception de GNL à basse température et les pipelines de grand diamètre. Le prix de l’acier inoxydable double qualité est fondamentalement le même que celui de l’acier inoxydable à très faible teneur en carbone. Désormais, plusieurs aciéries chinoises peuvent fournir les nuances destinées au marché mature. Si vous êtes intéressé, veuillez nous contacter.

 

Qu'est-ce que l'acier Super 304H ?

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Avec le développement d'unités ultra-supercritiques, la résistance à haute température des aciers inoxydables austénitiques traditionnels 18-8 (tels que l'acier TP304H) n'a pas pu répondre à leurs besoins avec des paramètres de vapeur de 600 ℃. Pour cette raison, Japan Sumitomo Metal Corporation a développé de nouveaux matériaux pour le pipeline de surface chauffante de la chaudière de l'unité, comme l'acier TP347HFG, l'acier SUPER304H et l'acier HR3C. L'acier Super 304H est un nouveau type de Acier 18-8, principalement utilisé dans la fabrication de surchauffeurs et de réchauffeurs de chaudières ultra-supercritiques dont la température des parois métalliques ne dépasse pas 700 ℃. À l'heure actuelle, Shasqida Mannesmann (anciennement DMV Company) en Allemagne produit également des tubes en acier similaires, avec une nuance DMV 304HCU.

L'acier Super304H est l'acier en réduisant la teneur en Mn, Si, Cr et Ni à base de l'acier TP304H, qui ajoute 2,5% ~ 3,5% Cu et 0,30%~0,60% de Nb et 0,05%~0,12% de N, de sorte que pour produire la phase de précipitation par diffusion et la phase renforcée riche en cuivre en service, il se produit un renforcement par précipitation avec NbC(N), NbCrN et M23C6, ce qui augmente considérablement la contrainte admissible à la température de service, et la contrainte admissible à 600 ~ 650 ℃ est 30% plus élevée que celui de l'acier TP347H. La résistance à l'oxydation à la vapeur de l'acier est comparable à celle de l'acier TP347HFG et nettement meilleure que celle de l'acier TP321H. Il a été répertorié dans le code ASME Case 2328-1, norme ASTM A-213, le numéro est S30432.

 

La composition chimique du Super 304H

C Si Mn P. S Cr Ni N Al B Nb Cu V Mo
0.08 0.21 0.79 0.03 0.001 18.42 8.66 0.11 0.007 0.004 0.5 2.77 0.04 0.35

 

La propriété mécanique du Super 304H

Limite d'élasticité, Mpa Résistance à la traction, Mpa Allongement, %
360/350 640/645 58/60

 

En raison des paramètres de vapeur élevés des unités ultra-supercritiques, la résistance à l’oxydation de l’acier utilisé dans les parties sous pression à haute température des centrales électriques devient très importante. Généralement, la paroi intérieure du tuyau en acier super 304H est grenaillée pour améliorer les performances d'oxydation anti-vapeur. Une couche de grenaillage de 30 µm d'épaisseur a été formée sur la surface intérieure du tube en acier et sa microstructure a été affinée par rapport à celle du tube en acier non grenaillé. Après le test d'oxydation à la vapeur à 650 ℃ et 600 h, l'épaisseur de la couche d'oxyde du tube en acier traité par grenaillage est plus fine et plus dense, et la résistance à l'oxydation à la vapeur du tube en acier est améliorée. Actuellement, plusieurs aciéries de premier plan en Chine ont produit une nuance similaire 10CrL8Ni9NbCu3Bn, spécifiée dans la norme GB 5310-2008, qui est actuellement utilisée dans plusieurs projets d'unités ultra-supercritiques en Chine.

L'acier inoxydable 304 est-il magnétique ?

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Les consommateurs ordinaires ont des malentendus sur l'acier inoxydable, ils pensent que l'acier inoxydable magnétique n'est pas de l'acier inoxydable 304 qualifié. Comme nous le savons, selon la structure à température ambiante, l'acier inoxydable peut être divisé en austénite comme 201, 304, 321, 316, 310, martensite ou ferrique comme 430, 420, 410. Les austénites sont non magnétiques ou faiblement magnétiques. et la martensite ou la ferrite sont magnétiques. 304 est une qualité représentative de l'acier inoxydable austénitique, il a une excellente maniabilité, soudabilité et résistance à la corrosion, représente 60% de la consommation mondiale d'acier inoxydable, généralement, il n'est pas magnétique, mais parfois il est magnétique ou un faible magnétisme causé par la fusion fluctuations de la composition chimique ou du traitement, mais nous ne pouvons pas penser que c'est faux ou de qualité inférieure, quelle en est la raison ?

304 est un acier inoxydable métastable, est une structure austénitique unique après état de recuit, sans magnétique. La ségrégation de la composition de fusion ou un traitement thermique inapproprié produira une petite quantité de structure martensite ou ferrite, donc avec un faible magnétique. De plus, après la déformation par traitement à froid (telle que l'emboutissage, l'étirement, le laminage, etc.), une partie de la structure austénitique a également subi un changement de phase (mutagenèse générale en martensite) et magnétique.

Par exemple, dans le même lot de bandes d'acier, le diamètre extérieur d'un tuyau en acier de 76 mm n'a pas de valeur magnétique évidente, tandis que le diamètre extérieur d'un tuyau en acier de 9,5 mm a une valeur magnétique évidente. Les propriétés magnétiques du tube carré rectangulaire sont plus évidentes car la déformation par flexion à froid est supérieure à celle du tube rond, notamment dans la partie cintrée.

La plupart des éviers d’eau sont en acier inoxydable 304. De nombreux consommateurs jugent qu’il est en acier inoxydable de qualité 304 selon que le réservoir d’eau est magnétique ou non. À l'heure actuelle, il existe de nombreux types de technologies de traitement pour l'évier, telles que le formage par soudage, le formage par traction intégrale, etc., si le formage par soudage en matériau 304 est utilisé, est généralement recuit après le traitement de la plaque, ne sera pas magnétique ou faiblement magnétique (car du traitement de surface de l'évier); L'un des moulages d'étirage du réservoir d'eau doit subir plusieurs étirements, recuit général puis étirement (le recuit augmente le coût, et 304 n'est pas nécessaire de recuire à nouveau), il sera magnétique, c'est un phénomène très normal.

Lorsque le soufflet en acier inoxydable est utilisé dans un échangeur de chaleur à calandre

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L'échangeur de chaleur à tube à soufflet est une mise à niveau basée sur un échangeur de chaleur à tube droit (brillant). La conception de la crête et du creux de la vague hérite des avantages de l'échangeur de chaleur tubulaire tels que la durabilité et la sécurité, et surmonte en même temps les défauts tels qu'une faible capacité de transfert de chaleur et une mise à l'échelle facile. Le principe est d'améliorer le coefficient de transfert de chaleur total afin de réduire la surface de transfert de chaleur requise, ce qui peut économiser des matériaux et réduire le poids sous le même effet de transfert de chaleur.

Parce que le corps du soufflet est traité par pression à froid de tuyau brillant billette, on pense généralement que le corps du soufflet peut être renforcé après formage. L'expérience de stabilité de la pression externe montre que l'instabilité du tube ondulé d'échange thermique sous pression externe se produit d'abord dans la section de tuyau droit, et le tube ondulé ne sera instable que si la pression externe continue d'augmenter. Cela indique que la stabilité de la section ondulée est meilleure que celle de la section droite et que la pression critique de la section ondulée est supérieure à celle de la section droite.

Les expériences montrent que l'ondulation de la déformation par flambage s'est produite dans le creux de la vague, en particulier le creux local d'une seule vague, généralement pas plus de deux creux d'instabilité en même temps, cela montre que la stabilité de la crête de la vague est meilleure que le creux mais peut parfois aussi apparaître à l'opposé, dans le processus de marquage par pressage à froid, l'épaisseur de l'auge et de la paroi de la section droite est constante, le froid après que le tube soit en réalité plus court.

L'existence de pics et de creux d'ondes dans les soufflets augmente l'effet de convection d'échange thermique radial dans les tubes, comme le montre la figure ci-dessous :

La convection radiale a une grande influence sur le coefficient de transfert de chaleur total, qui est la raison fondamentale du faible prix et de la légèreté de l'échangeur de chaleur à soufflet et à plaques à double tube. La zone d'échange thermique du tube la surface du corps du soufflet et du tube droit est grande pour la même longueur, mais ce changement est bien inférieur à la contribution du changement de la valeur du coefficient. On voit clairement que la vitesse d'écoulement du tube droit (léger) est considérablement réduite lorsqu'il est proche de la paroi du tube.

L'échangeur de chaleur à calandre avec soufflet peut faire en sorte que la vitesse et la direction du fluide changent constamment pour former des turbulences par rapport à un échangeur à tube droit, ce qui permet d'échanger de la chaleur avec la paroi, l'effet de limite qui affecte le transfert de chaleur n'existera plus. Le coefficient de transfert de chaleur total peut être augmenté de 2 à 3 fois, et le fonctionnement réel peut même atteindre 5 fois, et le poids est léger, ce qui explique pourquoi le prix de l'échangeur de chaleur à soufflet est inférieur à celui de l'échangeur de chaleur à tube droit. échangeur. Selon les calculs et l'expérience pratique, le coefficient de transfert thermique total d'un soufflet de 1 mm d'épaisseur est 10% inférieur à celui d'un soufflet de 0,5 mm d'épaisseur. Les données de fonctionnement de centaines d'échangeurs de chaleur à soufflet montrent que l'épaisseur de paroi (presque entièrement 0,5 mm) est la principale raison du fonctionnement de 10 à 14 ans sans réparation ni dommage majeurs.

De plus, l’échangeur de chaleur à soufflet peut résister efficacement à l’impact d’un coup de bélier. La coque de l'échangeur de chaleur à plaques à double tube est reliée à un joint de dilatation. S’il subit l’impact d’un coup de bélier, le joint de dilatation sera mal placé. Cela arrive aussi bien aux échangeurs de chaleur à soufflet qu'aux échangeurs de chaleur à tubes droits, et la déformation de la coque peut provoquer une torsion du tube. C'est parce que le soufflet a plus de marge d'expansion, que la marge élastique de déformation est grande lorsqu'il subit une déformation, c'est-à-dire que la capacité à résister à l'instabilité est forte dans ce cas. Mais dans tous les cas, lors du processus d'installation, pour éviter l'apparition de coups de bélier, vous pouvez utiliser une vanne d'angle, un interrupteur de temporisation et d'autres mesures.

Avantages de l'échangeur de chaleur à soufflet en acier inoxydable

  • Efficacité élevée du transfert de chaleur

La conception spéciale de la crête et du creux du soufflet permet au fluide de s'écouler en raison de la mutation continue de la section intérieure et extérieure du tube pour former une forte turbulence. Même dans le cas d'un très faible débit, le fluide peut former une forte perturbation à l'intérieur et à l'extérieur du tube, ce qui améliore grandement le coefficient de transfert thermique du tube d'échange thermique. Le coefficient de transfert de chaleur est 2 à 3 fois supérieur à celui de l'échangeur de chaleur à tubes traditionnel.

  • Pas de mise à l'échelle ni de blocage

Le milieu à l'intérieur et à l'extérieur du soufflet est toujours dans un état très turbulent, ce qui rend les particules solides dans le milieu difficiles à déposer du tartre ; D'autre part, affecté par la différence de température du milieu produira une trace de déformation par expansion axiale, la courbure changera fréquemment, le tube d'échange de saleté et de chaleur produira une force de traction importante, même s'il y a du tartre, le calme se brisera donc s'éteint automatiquement, de sorte que l'échangeur de chaleur ait toujours maintenu une meilleure performance de transfert de chaleur durable.

  • Rémunération automatique

La structure et la forme spéciales du soufflet peuvent réduire efficacement la contrainte thermique en cas de chauffage sans ajouter de joints de dilatation, simplifiant ainsi la structure des produits et améliorant la fiabilité des produits.

  • Longue durée de vie

La capacité d'expansion axiale est améliorée, ce qui réduit efficacement la contrainte de différence de température et peut s'adapter à la grande différence de température et au changement de pression, de sorte qu'il n'y aura aucune fuite causée par la rupture de l'embouchure du tuyau. La connexion entre le déflecteur et le soufflet prolonge la durée de vie de l'échangeur thermique.

 

Acier inoxydable 304 VS acier inoxydable 403

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Les nuances 304 et 430 sont des matériaux en acier inoxydable couramment utilisés. L'acier inoxydable 304 est un type général d'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel, la densité de 7,93 g/cm3, également connu sous le nom d'acier inoxydable 18/8, est la série 300 d'acier inoxydable qui est l'acier le plus couramment utilisé. Il peut résister à une température élevée de 800 ℃, a de bonnes performances de traitement et une bonne ténacité, largement utilisé dans les exigences de bonnes performances globales (résistance à la corrosion et moulage) d'équipements et de pièces. Le 304L est une version à faible teneur en carbone du 304, qui ne nécessite pas de recuit après soudage, il est donc largement utilisé pour les pièces de calibre épais (environ 5 mm et plus). La teneur plus élevée en carbone du 304H peut être utilisée à des températures élevées. La structure austénitique recuite confère également à ces qualités une excellente ténacité, même à basse température de congélation.

Le chrome 430 à faible teneur en carbone est l'un des aciers inoxydables ferritiques les plus courants, a une bonne résistance à la corrosion, également connu sous le nom de 18/0 ou 18-0, et fait partie de la série 400 d'aciers inoxydables. Il peut être légèrement renforcé par écrouissage, mais la ténacité à basse température est médiocre et ne peut généralement pas être durci par traitement thermique. Sa conductivité thermique est meilleure que l'austénite, le coefficient de dilatation thermique est plus petit que l'austénite, la fatigue de résistance à la chaleur, l'ajout d'un élément stabilisant en titane fait que la partie du joint de soudure de la propriété mécanique est bonne, peut être utilisée pour la décoration de bâtiments, les pièces de brûleurs à combustible , appareils électroménagers, pièces d'appareils électroménagers. Le 430F est un type d'acier avec des performances de coupe libre sur l'acier 430, principalement utilisé pour les tours automatiques, les boulons et écrous, etc. 430LX ajoute du Ti ou du Nb dans l'acier 430, réduit la teneur en C et améliore les performances de traitement et les performances de soudage. Il est principalement utilisé pour les réservoirs d'eau chaude, les systèmes de chauffage d'eau, les appareils sanitaires, les appareils électroménagers durables, les volants de vélo, etc.

 

Selon ASTM A240-Spécifications pour les plaques, feuilles et bandes d'acier inoxydable au chrome et au chrome-nickel pour récipients sous pression et à usage général, l'acier inoxydable 430 doit contenir moins de 0,12% de carbone, entre 16 et 18% de chrome et moins de 0,75% de nickel, la différence entre 304 et 430 comme indiqué dans le tableau ci-dessous :

Comparaison de la composition chimique 

UNS C Mn P. S Si Cr Ni Mo
S30400 0.07 2.00 0.045 0.03 0.75 17.5-19.5 8.0-10.5 /
S43000 0.12 1,00 0.04 0.03 1.00 16.0-18.0 0.75 /

 

Comparaison des propriétés mécaniques

Notes Limite d'élasticité, Mpa Résistance à la traction, Mpa Allongement en 2 /50mm, min, % Dureté, HBW
304 205 515 40 183
403 205 450 22 201

 

En résumé, ils diffèrent principalement par les éléments suivants :

  • Résistance à la corrosion: La résistance à la corrosion de l'acier inoxydable 304 est meilleure que celle de 430. Parce que l'acier inoxydable 430 contient du chrome 16.00-18.00%, ne contient fondamentalement pas de nickel, l'acier inoxydable 304 contient plus de chrome et de nickel ;
  • La stabilité: L'acier inoxydable 430 est sous forme de ferrite, l'acier inoxydable 304 est austénite, plus stable que l'acier inoxydable 430 ;
  • Dureté: La ténacité de l'acier inoxydable 304 est supérieure à celle de l'acier inoxydable 430 ;
  • Conductivité thermique: La conductivité thermique de l'acier inoxydable ferrite 430 est celle de l'acier inoxydable 304 ;
  • Propriétés mécaniques: Les propriétés mécaniques des joints de soudure de l'acier inoxydable 430 sont meilleures que celles de l'acier inoxydable 304 en raison de l'ajout d'un élément chimique stable, le titane.

Comment l’azote affecte-t-il l’acier inoxydable 316LN ?

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316LN est la version d'ajout d'azote basée sur Acier 316L (0,06% ~ 0,08%), de sorte qu'il présente les mêmes caractéristiques que le 316L, a été utilisé dans la fabrication de composants structurels à haute température dans les réacteurs surgénérateurs rapides (FBRS). La réduction de la teneur en carbone réduit considérablement la susceptibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte due au soudage dans des environnements corrosifs ultérieurs. Le fluage, la fatigue à faible cycle et l'interaction fluage-fatigue sont les considérations les plus importantes pour les composants FBRS. La résistance à haute température de Acier inoxydable 316L peut être amélioré en acier inoxydable 316 en alliant 0,06% ~ 0,08% N. L'influence d'une teneur en azote supérieure à 0,08% sur les propriétés mécaniques de l'acier inoxydable 316L à haute température sera discutée dans cet article.

 

Composition chimique de l'acier inoxydable 316LN

fourneau N C Mn Cr Mo Ni Si S P. Fe
Normes 0.06-0.22 0.02-0.03 1.6-2.0 17-18 2.3-2.5 12.0-12.5 ≤0,5 ≤0,01 ≤0,03 –
1 0.07 0.027 1,7 17.53 2.49 12.2 0.22 0.0055 0.013 –
2 0.11 0.033 1.78 17.63 2.51 12.27 0.21 0.0055 0.015 –
3 0.14 0.025 1.74 17.57 2.53 12.15 0.20 0.0041 0.017 –
4 0.22 0.028 1.70 17.57 2.54 12.36 0.20 0.0055 0.018 –

Ces quatre lots d'acier inoxydable 316LN avec une teneur en azote de 0,07%, 0,11%, 0,14% et 0,22% et une teneur en carbone de 0,03%, ont été testés pour étudier les effets de l'azote sur la traction, le fluage, la fatigue à faible cycle et le fluage. -propriétés de fatigue de l'acier inoxydable 316LN. Le but de cette expérience est de trouver la teneur optimale en azote pour obtenir la meilleure combinaison de propriétés de traction, de fluage et de fatigue à faible cycle. Les résultats expérimentaux montrent que l’azote peut améliorer la résistance à la traction, au fluage et à la fatigue des aciers inoxydables austénitiques. Les raisons de l'augmentation de la résistance comprennent l'amélioration de la solution, la réduction de l'énergie des défauts d'empilement (SFE), le durcissement par précipitation, la formation de composites (solutés interstitiels), la ségrégation atomique et le durcissement ordonné. En raison de leurs différentes propriétés d’échange électronique, l’azote dissous dans l’acier inoxydable austénitique a un volume d’expansion plus important que le carbone.

En plus de l'interaction élastique entre l'azote et la dislocation, l'interaction électrostatique des dislocations interstitielles influence également la résistance. Les noyaux de dislocation se caractérisent par l’absence d’électrons libres, ce qui signifie qu’ils ont une charge positive. Les atomes d'azote dans les aciers inoxydables austénitiques sont chargés négativement en raison de la position des électrons libres à proximité des atomes d'azote et de l'interaction électrostatique entre les dislocations et les atomes d'azote.

L'énergie de liaison effective entre l'atome d'azote et la dislocation augmente avec l'augmentation de la teneur en azote dans l'acier austénitique, mais la corrélation n'est pas évidente pour le carbone. Dans les aciers austénitiques, l'azote interstitiel interagit avec les éléments substituants et tend à former des compositions atomiques de substituants interstitiels. Le composé se lie facilement aux éléments à gauche de Fe dans le tableau périodique, tels que Mn, Cr, Ti et V. Il existe une forte corrélation entre les propriétés de liaison interatomique (c'est-à-dire l'orientation par rapport à la désorientation) et la proximité des éléments adjacents. atomes dans un système d’alliage à plusieurs composants. La liaison entre les atomes métalliques facilite l’ordre à courte portée, c’est-à-dire la liaison d’atomes de différents éléments. La polarisation interatomique facilite l'échange d'électrons covalents, la liaison entre atomes d'un même élément. Le carbone favorise l'agrégation des atomes de substitution dans la solution solide à base de fer, tandis que l'azote facilite l'ordonnancement à courte distance.

En général, la limite d'élasticité (YS) et la résistance à la traction ultime (UTS) de 316L L'acier inoxydable est considérablement amélioré par l'alliage d'azote 0,07% ~ 0,22%. L'augmentation de la résistance a été observée dans tous les tests dans la plage de températures de 300 ~ 1 123 K. Un vieillissement dynamique sous contrainte a été observé dans une plage de température limitée. La plage de température du vieillissement sous contrainte dynamique (DSA) diminue avec l'augmentation de la teneur en azote.