Tuyaux en acier super duplex ASTM A789 : UNS S32205, S31803, S32750 et S32760 pour échangeurs de chaleur

Qu'est-ce que la norme ASTM A789 ?

ASTM A789 est la spécification pour les tubes en acier inoxydable ferritique/austénitique (duplex) sans soudure et soudés pour un service corrosif général. Elle couvre à la fois les qualités duplex standard et les qualités super duplex, et c'est la spécification la plus souvent demandée pour les faisceaux de chauffage, les tubes de refroidisseur d'air, les tubes de condenseur, les serpentins de réservoir et les composants similaires de transfert de chaleur-dans les secteurs de la chimie, de la pétrochimie, du dessalement et des services offshore. Contrairement aux nuances austénitiques de la série 300-, les aciers duplex combinent une microstructure biphasée en ferrite-austénite, ce qui leur confère environ deux fois la limite d'élasticité du 316L ainsi qu'une bien meilleure résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure.

Catégories couvertes et composition chimique

Quatre qualités sont communément spécifiées : les qualités duplex UNS S31803 et UNS S32205, et les qualités super duplex UNS S32750 et UNS S32760. Les limites de composition (pourcentage en poids) sont indiquées ci-dessous.

Élément	S31803	S32205	S32750	S32760
Carbone (C)	Inférieur ou égal à 0,030	Inférieur ou égal à 0,030	Inférieur ou égal à 0,030	Inférieur ou égal à 0,030
Manganèse (Mn)	Inférieur ou égal à 2,00	Inférieur ou égal à 2,00	Inférieur ou égal à 1,20	Inférieur ou égal à 1,00
Phosphore (P)	Inférieur ou égal à 0,030	Inférieur ou égal à 0,030	Inférieur ou égal à 0,035	Inférieur ou égal à 0,030
Soufre (S)	Inférieur ou égal à 0,020	Inférieur ou égal à 0,020	Inférieur ou égal à 0,020	Inférieur ou égal à 0,010
Silicium (Si)	Inférieur ou égal à 1,00	Inférieur ou égal à 1,00	Inférieur ou égal à 0,80	Inférieur ou égal à 1,00
Chrome (Cr)	21.0 - 23.0	22.0 - 23.0	24.0 - 26.0	24.0 - 26.0
Nickel (Ni)	4.5 - 6.5	4.5 - 6.5	6.0 - 8.0	6.0 - 8.0
Molybdène (Mo)	2.5 - 3.5	3.0 - 3.5	3.0 - 5.0	3.0 - 4.0
Azote (N)	0.08 - 0.20	0.14 - 0.20	0.24 - 0.32	0.20 - 0.30
Cuivre (Cu)	-	-	Inférieur ou égal à 0,50	0.50 - 1.00
Tungstène (W)	-	-	-	0.50 - 1.00

Propriétés mécaniques selon ASTM A789

Propriété	S31803 / S32205	S32750	S32760
Résistance à la traction, min (MPa)	620	800	750
Limite d'élasticité 0,2 %, min (MPa)	450	550	550
Allongement, min (%)	25	15	25

Ces valeurs minimales représentent environ le double de la limite d'élasticité du 316L recuit (170 MPa minimum), ce qui permet des parois de tube plus fines pour la même pression de conception -, une économie importante dans la construction de faisceaux et de bobines.

Résistance à la corrosion et PREN

La résistance aux piqûres des qualités duplex est généralement exprimée par le nombre équivalent de résistance aux piqûres, PREN=Cr + 3.3 × Mo + 16 × N. Calculés à partir des compositions nominales, S31803 et S32205 se situent dans la plage d'environ 34-36, tandis que S32750 et S32760 atteignent des valeurs d'environ 40 ou plus. À titre de comparaison, le 316L équivaut à environ 26. C'est pourquoi les qualités duplex et super duplex sont spécifiées pour les échangeurs de chaleur refroidis à l'eau de mer-, les flux de traitement chargés de chlorure et la saumure, où les qualités austénitiques piquent ou souffrent de fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure. Les qualités super duplex ajoutent du cuivre et du tungstène (S32760) pour améliorer encore la résistance dans les milieux chlorures acides.

Considérations sur la fabrication et le service

Les tubes duplex sont normalement fournis à l'état de solution-recuit. Le soudage nécessite un apport de chaleur contrôlé et, dans la plupart des cas, une charge suralliée du type S32205 ou S32750 pour maintenir l'équilibre austénite-ferrite dans le métal fondu ; le préchauffage n’est généralement pas nécessaire. Étant donné que les aciers duplex sont sujets à des phénomènes de fragilisation dans la plage de 280-500 degrés, les températures de service à long terme supérieures à environ 300 degrés sont évitées et les tubes sont conçus dans les limites de température du code de pression en vigueur. Après le formage à chaud, un recuit de mise en solution suivi d'un refroidissement rapide est une pratique courante.

FAQ

Quelle est la différence entre S31803 et S32205 ?

Le S32205 a une gamme de chrome plus étroite (22,0-23,0 %), un minimum de molybdène plus élevé (3,0-3,5 %) et un minimum d'azote plus élevé (0,14-0,20 %) que le S31803, ce qui améliore la résistance aux piqûres et est la raison pour laquelle le S32205 est désormais la qualité duplex la plus largement spécifiée.

Que signifie PREN et pourquoi est-ce important ?

PREN (numéro équivalent de résistance aux piqûres) est un indice calculé de résistance aux piqûres : PREN=Cr + 3.3 × Mo + 16 × N. Une valeur plus élevée indique une meilleure résistance aux piqûres de chlorure ; les qualités super duplex atteignent environ 40, contre environ 26 pour le 316L.

Le tuyau A789 est-il sans soudure ou soudé ?

ASTM A789 couvre les tubes duplex sans soudure et soudés pour un service corrosif général. Pour les produits de tuyauterie, ASTM A790 couvre la même famille de qualités.

A quoi servent les tubes super duplex ?

Les tâches typiques incluent les échangeurs de chaleur et les condenseurs à eau de mer, les refroidisseurs d'air, les faisceaux de chauffage, les serpentins de chauffage de réservoir, les lignes de traitement chimique et d'autres services riches en chlorures où une résistance élevée et une résistance aux piqûres sont toutes deux requises.

Les tubes duplex peuvent-ils être soudés sans-traitement thermique après soudage ?

Oui, dans la plupart des cas. Des procédures de soudage correctes avec un apport de chaleur contrôlé et une charge adaptée ou suralliée-sont nécessaires ; le recuit de solution de soudage après-est normalement réservé à un service sévère ou après un formage à chaud.

Quelle est la différence entre l'A789 et l'A790 ?

L'A789 couvre les tubes duplex sans soudure et soudés pour un service corrosif général, tandis que l'A790 couvre les tubes duplex sans soudure et soudés. Les exigences chimiques et mécaniques de qualité sont similaires.