Acier inoxydable à haute résistance utilisé dans les applications aéronautiques

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Nous appelons généralement une résistance à la traction supérieure à 800 MPa, une limite d'élasticité supérieure à 500 MPa, l'acier inoxydable est un acier inoxydable à haute résistance, une limite d'élasticité supérieure à 1380 MPa, l'acier inoxydable est appelé acier inoxydable à ultra haute résistance. Le développement de l’industrie aéronautique a prouvé que l’amélioration des performances des avions et des moteurs d’avion dépend en grande partie des matériaux métalliques. En raison de la haute résistance, de la ténacité élevée, de la résistance élevée à la fissuration par corrosion sous contrainte et de la bonne résistance aux chocs de l'acier, certains composants structurels clés des avions tels que le train d'atterrissage, les poutres, les joints à haute contrainte, les fixations et autres aciers inoxydables à haute résistance sont toujours utilisés.

L'acier inoxydable à haute résistance comprend principalement l'acier inoxydable à durcissement par précipitation de martensite et l'acier inoxydable à durcissement par précipitation semi-austénitique. La résistance de l'acier inoxydable à durcissement par précipitation martensite est obtenue par transformation de martensite et traitement de durcissement par précipitation, l'avantage est une résistance élevée, en même temps en raison d'une faible teneur en carbone, d'une teneur élevée en chrome, d'une teneur élevée en molybdène et/ou d'une teneur élevée en cuivre, sa résistance à la corrosion n'est généralement pas moins d'acier inoxydable austénitique 18Cr-8Ni ; Coupe libre, bonne capacité de soudage, ne nécessite pas de recuit local après le soudage, le processus de traitement thermique est relativement simple. Le principal inconvénient est que même à l’état recuit, sa structure est toujours de la martensite à faible teneur en carbone, il est donc difficile d’effectuer un écrouissage à froid par déformation profonde. La nuance d'acier typique est 17-4PH et PH13-8Mo, utilisé pour la fabrication de composants de roulements à haute résistance et résistants à la corrosion, tels que des pièces de roulements de moteur, des fixations, etc. fonctionnant à 400 ℃. Le PH13-8Mo est largement utilisé dans les pièces structurelles à température moyenne résistantes à la corrosion des roulements aéronautiques.

L'acier inoxydable semi-austénitique durci par précipitation peut être usiné, déformé à froid et soudé à l'état austénitique, puis la transformation martensite et le durcissement par précipitation peuvent être contrôlés en ajustant le vieillissement pour obtenir différentes résistances et coordination de ténacité. L'acier a une bonne résistance à la corrosion et une bonne résistance thermique, en particulier une bonne résistance à la corrosion sous contrainte, et est particulièrement adapté à la fabrication de pièces utilisées en dessous de 540 ℃. L'inconvénient est que le processus de traitement thermique est complexe, les exigences de contrôle de la température du traitement thermique sont très précises (± 5 ℃) ; La tendance à l'écrouissage de l'acier est importante et de nombreux temps de recuit intermédiaires sont souvent nécessaires pour le travail à froid par déformation profonde. Les notes typiques sont 17-7PH, PH15-7Mo, etc. Ce type d'acier est principalement utilisé dans l'industrie aéronautique pour travailler à 400 ℃ en dessous de la structure porteuse de corrosion, comme toutes sortes de tuyaux, joints de tuyaux, ressorts, fixations, etc.

 

Train d'atterrissage pour avion

Les matériaux utilisés pour la construction des trains d'atterrissage d'avion sont le 30CrMnSiNi2A, 4340, 300M, Aermet100 et d'autres trains d'atterrissage d'avion et les fixations ayant des exigences plus élevées sont principalement en acier inoxydable durci par précipitation, tel que 17-4PH pour LE train d'atterrissage des avions F-15, 15-5pH pour le train d'atterrissage des avions B-767. L'acier PH13-8mo a le potentiel de remplacer le 17-4PH, 15-5PH, 17-7PH, PH15-7Mo et autres aciers en raison de sa meilleure résistance à la corrosion sous contrainte que l'acier inoxydable trempé par précipitation de la même nuance.

Le roulement d'avion

La société allemande FAG a développé l'acier inoxydable martensite ajouté à l'azote Cronidur30 (0,31%C-0,38%N-15% Cr-L %Mo), qui est produit par le procédé PESR de refusion sous laitier électrolytique sous atmosphère d'azote à haute pression. Il s'agit d'un acier inoxydable à haute température à haute teneur en azote complètement durci, qui est plus résistant à la corrosion que le SUS440. Il ne convient pas aux valeurs DN élevées (D : diamètre intérieur du roulement/mm, N : révolution de l'arbre/arin) en raison de ses caractéristiques de type à durcissement complet, le même Cronidur30 peut satisfaire la contrainte de compression résiduelle et la valeur de ténacité à la rupture de DN4 millions à en même temps grâce à une trempe à haute fréquence. Mais la température de revenu est inférieure à 15O℃, elle ne peut pas résister à l'augmentation de la température des roulements causée par le choc thermique après l'arrêt du moteur.

Composants structurels porteurs d'avions

L'acier inoxydable à haute résistance dans la structure portante des avions est principalement 15-5PH, 17-4PH, PH13-8Mo, etc., y compris le loquet du couvercle de trappe, le boulon haute résistance, le ressort et d'autres pièces. Les avions civils utilisent un tel acier inoxydable à haute résistance pour les longerons d'aile, tel que l'acier 15-5PH pour les longerons d'aile du Boeing 737-600 ; Aile type A340-300 SPAR PH13-8Mo en acier. Le Ph13-8Mo est utilisé pour les pièces nécessitant une résistance et une ténacité élevées, notamment pour les performances transversales, telles que les cadres de fuselage. Plus récemment, Custom465 a été testé en raison de sa ténacité accrue et de sa résistance à la corrosion sous contrainte. Custom465 a été développé par Carpenter sur la base de Custom450 et Custom455 pour la fabrication de guides de volets d'avion, de guides de lattes, de transmissions, de supports moteur, etc. L'acier est actuellement inclus dans les spécifications techniques MMPDS-02, AMS5936 et ASTM A564. L'acier inoxydable HSL180 à haute résistance (0,21C-12,5Cr-1,0Ni-15,5Co-2,0Mo) est utilisé pour fabriquer la structure de l'avion, qui a la même résistance de 1 800 MPa que l'acier faiblement allié tel que le 4340 et la même résistance à la corrosion et la même ténacité. comme l'acier inoxydable durci par précipitation tel que le SUS630.

 

Pourquoi l’acier inoxydable duplex est-il utilisé dans les systèmes d’eau de refroidissement des centrales nucléaires ?

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En tant que source d’énergie propre, l’énergie nucléaire contribue largement à la réduction des émissions de carbone dans le monde. Le système de canalisations d’eau de refroidissement est la clé du fonctionnement sûr d’une centrale nucléaire. Il se compose de milliers de pieds de tuyaux de différents diamètres et tailles. Il fournit un approvisionnement en eau fiable pour le refroidissement des équipements de l’usine. Le système de tuyauterie non sécurisé doit fournir suffisamment d'eau de refroidissement pour refroidir la centrale, tandis que le système de sécurité doit fournir suffisamment d'eau de refroidissement pour mettre le réacteur sous contrôle et l'arrêter en toute sécurité en cas d'urgence.

Ces matériaux de tuyauterie doivent résister à la corrosion de l'eau de refroidissement pendant toute la durée de vie de l'équipement. Selon l'emplacement de l'usine, le type d'eau de refroidissement peut aller de l'eau douce relativement propre à l'eau de mer contaminée. L'expérience a montré qu'à mesure que les systèmes vieillissent, divers problèmes de corrosion et divers degrés de corrosion peuvent survenir, endommageant le système et l'empêchant de fournir l'eau de refroidissement requise.

Les problèmes liés aux canalisations d’eau de refroidissement impliquent souvent des matériaux et leurs interactions avec l’eau de refroidissement. Les fuites dues à l'encrassement (bouchage) et à la corrosion du système sont les problèmes les plus courants, notamment l'accumulation de sédiments, la fixation biologique marine (biofouling), l'accumulation de produits de corrosion et le blocage de corps étrangers. Les fuites sont généralement causées par une corrosion microbienne (MIC), qui est une corrosion très corrosive provoquée par certains micro-organismes présents dans l'eau. Cette forme de corrosion est fréquente dans l'acier au carbone et l'acier inoxydable faiblement allié.

L'acier inoxydable a longtemps été considéré comme une option viable pour la construction de nouveaux systèmes de canalisations d'approvisionnement en eau et pour la réparation ou le remplacement des systèmes existants en acier au carbone. L'acier inoxydable couramment utilisé dans les solutions de mise à niveau de tuyauterie est l'acier inoxydable 304L, 316L ou 6%-Mo. L'acier inoxydable 316L et 6% Mo présente de grandes différences de performances et de prix. Si le fluide de refroidissement est de l'eau non traitée, qui est très corrosive et comporte un risque de corrosion microbienne, le 304L et le 316L ne sont pas des choix appropriés. En conséquence, les centrales nucléaires ont dû passer à l’acier inoxydable 6%-Mo ou accepter les coûts de maintenance élevés des systèmes en acier au carbone. Certaines centrales nucléaires utilisent encore des tuyaux de revêtement en acier au carbone en raison de leur coût initial inférieur. Selon ASTM A240, les systèmes de tuyauterie d'alimentation en eau industrielle sont souvent fabriqués en acier inoxydable ci-dessous :

Notes UNS C N Cr Ni Mo Cu
304L S30403 0.03 / 18.0-20.0 8.0-12.0 / /
316L S31603 0.03 / 16.0-18.0 10.0-14.0 2.0-3.0 /
6%Mo N08367 0.03 0.18-0.25 20.0-22.0 23.0-25.0 6.0-7.0 0.75
2205 S32205 0.03 0.14-0.2 22.0-23.0 4.5-6.5 3.0-3.5 /

L'acier inoxydable duplex 2205 s'est avéré être un excellent choix. La centrale nucléaire de Catawba de Duke Power, en Caroline du Sud, est la première centrale nucléaire à utiliser de l'acier inoxydable biphasé 2205 (UNS S32205) dans ses systèmes. Cette nuance contient environ 3,21 TP3T de molybdène et présente une résistance à la corrosion améliorée et une résistance à la corrosion microbienne nettement meilleure que les aciers inoxydables 304L et 316L.

La tuyauterie de revêtement en acier au carbone sur la partie aérienne du système de tuyauterie transportant l'eau d'alimentation vers la tour de refroidissement du condenseur principal a été remplacée par une tuyauterie duplex en acier inoxydable 2205.

Le nouveau remplaçant 2205 Un tuyau duplex en acier inoxydable a été installé en 2002. Le tuyau mesure 60 mètres de long, 76,2 cm et 91,4 cm de diamètre, et l'épaisseur de paroi du tuyau est de 0,95 cm. Le système est spécifié conformément à la norme ASME B31.1 Power Piping, qui est l'un des codes de gestion pour l'utilisation sûre des systèmes de tuyauterie des centrales électriques et est largement utilisé dans le monde. Après 500 jours de service, le système a été minutieusement inspecté. Aucune calamine ou corrosion n’a été constatée lors de l’inspection. L'acier inoxydable duplex 2205 s'est très bien comporté. La tuyauterie en acier inoxydable 2205 fonctionne bien depuis plus d'une décennie depuis son installation. Fort de cette expérience, Duke Power a utilisé 2205 tuyaux duplex en acier inoxydable dans d'autres parties de son système.

Interne du tuyau 2205 après 500 jours d'utilisation.

 

Les concepteurs de systèmes d'eau de centrale nucléaire disposent désormais d'une option supplémentaire lorsqu'il s'agit de choisir des matériaux de tuyauterie pour l'eau de refroidissement résistante à la corrosion. L'application réussie de l'acier inoxydable duplex 2205 peut réduire les coûts de maintenance, réduire les temps d'arrêt et garantir la sécurité de fonctionnement des centrales nucléaires.

Qu'est-ce que le DSS ?

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DSS, l'abréviation d'acier inoxydable Duplex, est une classification d'aciers inoxydables composée de deux aciers, celui du centre étant soit austénitisé, soit ferrique. Ceux-ci sont également appelés aciers duplex car leur structure chimique comporte deux phases distinctes, toutes deux généralement représentées respectivement par la martensite. Ces aciers sont très utiles dans les applications nécessitant une ténacité extrême puisque les deux phases peuvent être appliquées ensemble à des températures et des pressions élevées. L'acier inoxydable duplex est capable d'obtenir une dureté suffisante dans ses phases austénitique et martensite grâce à la présence de quantités importantes d'austénite résiduelle. Les qualités DSS couramment utilisées sont S31803, S32750 et SS32550.

Les nuances d'acier inoxydable duplex

Taper UNS Suède Allemand France Japon
Alliage bas UN23 (SAF2304) SS232 (SAF2304) W.Nr.1.4362 UR35N DP11
Alliage moyen UNS S31500

UNS S31803

 SS2376(3RE60)

SS2377(SAF2205)

 W.Nr.1.4417

W.Nr.1.4462

 UR45N DP1

DP8
Haut alliage UNS S32900

UNS S31260

 SS2324(10RE51) W.Nr.1.4460

W.Nr.1.4501

   329J1

329J2L
Super duplex UNS S32750

UNS S32550

 SS2328 (SAF2507) W.Nr.1.4410

W.Nr.1.4507

 UR47N+

UR52N+

  

 

Outre l’alliage lui-même, la teneur en nickel est un autre facteur important qui contribue à sa résistance à la corrosion. Le nickel se trouve généralement en pourcentages plus élevés dans la plupart des alliages, ce qui en fait un composant extrêmement utile. Comparé au nickel, qui est souvent utilisé dans les alliages hautes performances en raison de sa conductivité électrique et de sa capacité à former des alliages de bonne qualité, le nickel n'est pas aussi fréquemment utilisé dans la fabrication d'acier inoxydable duplex de haute qualité. L’un des aspects les plus intéressants des alliages de nickel est leur capacité de résistance à la corrosion, ce qui en fait la meilleure alternative aux matériaux à hautes performances. Lorsqu'il est mélangé à l'acier, le nickel produit un alliage plus stable, ce qui peut augmenter la capacité d'usure et la résistance mécanique de l'alliage.

Une autre propriété importante de cet alliage est sa haute résistance à la dilatation thermique. Il présente un niveau élevé de résistance à la dilatation thermique malgré la capacité de résistance à la dilatation des aciers inoxydables austénitiques, en raison de ses propriétés mécaniques supérieures. Cette propriété lui confère une excellente capacité de protection contre la corrosion, notamment lors du cycle de trempe/détachage. L’excellente résistance à la corrosion de l’acier inoxydable duplex lui permet de résister à une large gamme de produits chimiques. Il présente également des niveaux élevés de résistance aux huiles, graisses et autres liquides à viscosité élevée.

Outre les caractéristiques ci-dessus, l’acier inoxydable duplex est également populaire en raison de sa haute résistance et de sa durabilité. Sa haute résistance allant jusqu'à 300 kg est rendue possible grâce à sa capacité à utiliser des rouleaux de mandrin bidirectionnels. Il est composé d'une fibre de carbone dure enroulée en bandes entrelacées des deux côtés et transformées en barre avec un mandrin. Une autre caractéristique qui en fait un excellent alliage est que sa surface est complètement lisse, sans stries.

L’un des facteurs les plus importants qui contribuent à la durabilité des aciers inoxydables duplex est leur faible taux de résistance à la corrosion par piqûre. Ces aciers présentent un faible taux de formation de grains cristallins à l'intérieur de l'alliage chaud. Ils peuvent être utilisés pour construire des structures de grande et de petite taille dans différentes industries. En raison de leur résistance aux grains cristallins, ils sont très appréciés par l’industrie de la construction.

Les propriétés mécaniques de l’acier inoxydable duplex offrent un certain nombre d’avantages qui en font un excellent choix pour une large gamme d’applications. Ces propriétés permettent à ces aciers d'être utilisés pour diverses applications, notamment la construction de composants d'ingénierie de précision, les échangeurs de chaleur et la fabrication de tôles. Certaines autres propriétés importantes de ce type d’alliage comprennent une tolérance élevée à la chaleur, une faible densité et une excellente résistance à la corrosion. Ils offrent également un certain nombre de propriétés mécaniques qui contribuent aux propriétés globales de l'alliage. Ceux-ci incluent une dureté, une ténacité, une résistance chimique et une résistance au fluage extrêmes.

Nuances d'acier inoxydable austénitique au nickel

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Le nickel est connu pour être un élément d'alliage coûteux et est essentiel dans certaines applications où la résistance à la corrosion sous contrainte et la structure austénitique sont requises. Par exemple, la résistance au fluage est importante dans les environnements à haute température, où les matériaux austénitiques aciers inoxydables sont nécessaires. Semblable aux aciers inoxydables austénitiques traditionnels, la frontière double est une caractéristique importante des aciers inoxydables austénitiques riches en nickel en raison de l'énergie de défaut d'empilement plus faible. Les aciers inoxydables austénitiques sont sujets à la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC). Cependant, la résistance à la corrosion sous contrainte est grandement améliorée lorsque la teneur en nickel dépasse 20%. L'effet du nickel sur l'intensité de contrainte du seuil de corrosion sous contrainte (105℃, solution aqueuse de NaCl 22%) dans les alliages Fe-Ni-Cr contenant du chrome 16% ~ 21% est étudié. L'acier inoxydable austénitique riche en nickel (NiASS) peut être considéré comme une classe distincte d'acier inoxydable. En effet, la résistance à la corrosion sous contrainte des aciers inoxydables biphasiques et ferrites est comparable à celle des aciers inoxydables biphasiques et ferrites lorsque la teneur en nickel dépasse 30%. Plusieurs qualités limitées d'austénitique riche en nickel aciers inoxydables sont répertoriés dans le tableau ci-dessous. Les aciers inoxydables super austénitiques 254SMO et 654SMO sont spécialement conçus pour l'industrie pétrolière et gazière. Les applications typiques sont le refroidissement à l'eau de mer, le blanchiment de la pâte à papier et les équipements de tuyauterie hydraulique et d'instruments.

 

Nuances d'aciers inoxydables ni-austénitiques

Alliage C Si Mn Cr Ni Mo W Co Cu Nb N
254SMo 0.01 0.8 1.0 20 18 6.1 0.7 0.2
654SMo 0.01 3.5 24 22 7.3 0.5 0.5
Sanicro 25 0.1 0.2 0.5 22.5 25 3.6 3.5 3.0 0.5 0.23
Sanicro 28 0.02 0.6 2.0 27 31 3.5 1.0
Alliage 800 0.07 0.6 0.6 20.5 30.5
353MA 0.05 1.6 1.5 25 35 0.16
Alliage 825 0.03 0.5 0.8 20 38.5 2.6
Alliage 625 0.03 0.5 0.5 21 Bal 8.5
Alliage 690 0.02 0.5 0.5 30 60
Alliage 600 0.05 0.4 0.8 16.5 Bal 0.5

SANICRO 25, un alliage 22Cr-25Ni, est conçu pour être utilisé dans des chaudières jusqu'à 700 °C. C'est un matériau adapté aux surchauffeurs et aux réchauffeurs en raison de sa bonne résistance à la rupture par fluage et de sa résistance à la corrosion à haute température. En fait, la résistance à la rupture par fluage du SANICRO 25 est supérieure à celle de la plupart des aciers inoxydables austénitiques dans la plage de 600 à 750 ℃. Dans un environnement acide très corrosif, le Sanicro 28 est généralement le meilleur choix. Il est utilisé dans les puits de forage à haute intensité avec des tubes, des tubages et des revêtements de gaz acide, et d'autres applications incluent les réchauffeurs, les systèmes de pompe, ainsi que les pompes et les conteneurs dans les usines d'acide phosphorique humide et les usines d'acide super phosphorique.

L'alliage 800 est souvent utilisé dans la plage environnementale de 550 à 1 100 ℃, ce qui nécessite une excellente résistance au fluage, une bonne résistance à la corrosion à haute température et une résistance des matériaux à haute température. Ces alliages sont également utilisés dans les ports d'entrée et de sortie de la production d'ammoniac, de méthanol et de gaz civil, ainsi que dans les tubes de four utilisés dans la production de chlorure de vinyle et d'éthylène. D'autres applications incluent les tubes d'échange thermique et les tubes de rayonnement pour les lits de combustion fluidisés et les pièces de fours de traitement thermique, telles que les tubes de silencieux et les manchons de protection pour les thermocouples.

L'alliage 25Cr-35Ni 353Ma est conçu pour être utilisé dans les fours de craquage et les tubes de reformage où les gaz synthétiques sont traités dans des environnements où la cémentation et l'absorption de l'azote sont potentiellement problématiques. Bien qu’il existe d’autres alternatives contenant plus de chrome, le 353 MA est le meilleur choix. L’une des raisons est qu’il contient l’élément Ce, qui contribue à former une couche d’oxyde superficielle très stable.

L'alliage 690 contient 60 pour cent de nickel et est principalement utilisé dans la tuyauterie des générateurs de vapeur des centrales nucléaires. La température de fonctionnement est de 365 ℃, à laquelle la fissure par corrosion sous contrainte entre les grains constitue un problème potentiel. Dans des conditions de service données, l'alliage 690 est presque exempt de corrosion, ce qui en fait l'alliage préféré.

Il est intéressant de noter que l’acier inoxydable austénitique 254SMO, riche en nickel, est également utilisé pour l’art. La sculpture « Dieu, au-dessus de l'arc-en-ciel » de Carl Milles a été installée en 1995 sur la côte sud du Nak Strand à Stockholm. La sculpture mesure environ 23 m de haut et constitue un site pittoresque célèbre où passent chaque jour un grand nombre de marins. L'eau de mer environnante contient du sel, le chlorure provoque très facilement une corrosion de surface, l'acier inoxydable super austénitique à haute résistance 254SMO est très adapté à cet environnement.

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.

 

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.