Connaissances générales sur les tubes en acier allié

Connaissances générales sur les tubes en acier allié : brève introduction, compositions chimiques, performances du traitement thermique et équipements de fusion.

1. Brève introduction aux tubes en acier allié
Les tubes en acier allié sont creux. Ils sont largement utilisés pour le transport de fluides, tels que le pétrole, le gaz naturel, l'eau et certains matériaux solides. Comparés aux tubes en acier plein, comme les tubes ronds, les tubes en acier allié présentent une résistance à la flexion et à la torsion équivalente, tout en étant plus légers.

Les tubes en acier allié présentent d'excellentes propriétés mécaniques. Ils sont principalement utilisés dans les centrales électriques, les centrales nucléaires, les chaudières haute pression, les surchauffeurs et les réchauffeurs de canalisations et d'équipements haute pression et haute température. Fabriqués à partir d'acier au carbone de haute qualité, d'acier de construction allié et d'acier inoxydable réfractaire, ils sont obtenus par laminage à chaud (expansion) ou à froid (étirage). Leur principal avantage réside dans leur recyclabilité à 100 %. De plus, leur utilisation est conforme à la stratégie nationale de protection de l'environnement, d'économie d'énergie et de préservation des ressources. La politique nationale encourage l'élargissement du champ d'application des tubes en alliage haute pression. Actuellement, la part des tubes en alliage dans la consommation totale d'acier en Chine ne représente que la moitié de celle des pays développés. L'expansion de leur utilisation offrira de nouvelles perspectives de développement à l'industrie.

D'après une étude du groupe d'experts de la branche tubes en alliage de l'Association chinoise des aciers spéciaux, la demande de tubes en alliage haute pression en Chine devrait croître de 10 à 12 % par an. Un tube en alliage, comme son nom l'indique, est un tube en acier fabriqué à partir d'un alliage. Un tube sans soudure, quant à lui, est fabriqué selon son procédé de fabrication (avec ou sans soudure).

2. Compositions chimiques
C : 0,08 ~ 0,15
Si : 0,17 ~ 0,37
Mn : 0,40 ~ 0,70
Cr : 0,90 ~ 1,20
Mo : 0,25 ~ 0,35
V : 0,15 ~ 0,30

3. Influence des éléments d'alliage
Carbone (C) : Le carbone est l’élément principal de l’acier. Plus la teneur en carbone augmente, plus la résistance et la dureté de l’acier à température ambiante sont élevées. En revanche, sa plasticité, sa ténacité et son énergie de soudage diminuent. C’est pourquoi la teneur en carbone de l’acier utilisé pour les composants sous pression des chaudières est généralement comprise entre 0,1 % et 0,25 %.
Le manganèse (Mn) améliore la résistance, la dureté et la résistance à l'usure de l'acier à température ambiante. À forte teneur, il augmente les contraintes de soudage. Le Mn accroît la résistance à court terme de l'acier à haute température, mais n'a pas d'effet notable sur sa résistance à la traction ni sur sa limite de fluage.

Molybdène (Mo) et Cr (Cr) : Ces deux éléments améliorent la résistance de l’acier. Le chrome contribue significativement à la stabilité de la microstructure de l’acier à haute température, notamment en le protégeant de la nodulisation, de la graphitisation et de l’oxydation à haute température. Il améliore également sa résistance à la corrosion. Cependant, les aciers à forte teneur en chrome présentent une sensibilité accrue à la fissuration lors du soudage et une forte contrainte différentielle de température. Le molybdène augmente significativement la résistance à la traction de l’acier. Il a tendance à se graduer et l’ajout de chrome permet de prévenir les défauts d’empilement. La présence simultanée de ces deux éléments améliore les propriétés globales de l’acier.

Vanadium (V) : Le V dans l'acier peut améliorer la stabilité de la microstructure à haute température et peut compenser l'effet négatif du chrome sur les propriétés de soudage.
Titane (Ti) : Le titane peut améliorer la résistance à la traction de l’acier. Il peut également améliorer la soudabilité de l’acier, notamment dans le cas des aciers anti-alliés.
Tungstène (W) : Le W peut améliorer la résistance à la traction et la dureté à haute température de l'acier.
Silicium (Si) : Le silicium améliore la résistance mécanique, la résistance à l’usure et la résistance à l’oxydation de l’acier. Associé au chrome, il améliore la résistance à l’oxydation à haute température et la résistance à la corrosion par les gaz de combustion.
Niobium (Nb) : Le Nb a le même effet que le titane et peut améliorer la résistance thermique de l'acier.
Bore (B) : Le bore joue un rôle prépondérant dans l’amélioration de la trempabilité de l’acier. La résistance thermique et la ductilité durable de l’acier peuvent être améliorées dans les aciers réfractaires.

4. Performances du traitement thermique
Le traitement thermique des aciers alliés se divise en trois catégories : aciers à faible teneur en carbone, aciers à teneur moyenne en carbone et aciers à haute teneur en carbone. Les aciers à faible teneur en carbone nécessitent généralement une cémentation, une trempe et un revenu. Les aciers à teneur moyenne en carbone nécessitent généralement une trempe et un revenu. Certains requièrent également une trempe superficielle. Les aciers à haute teneur en carbone nécessitent généralement une trempe et un revenu.

Par exemple:
Acier allié à faible teneur en carbone 18CrMnTi : cémenté à 920-950 °C, trempé à l’huile à 850-870 °C, revenu à 180-200 °C, dureté superficielle HRC 58-67, dureté à cœur HRC 30-45
Acier allié à carbone moyen 40CrMnMo : trempé à l’huile à 840~850 °C, à l’eau ou à l’huile à 630~650 °C, dureté HB 302~341
Acier allié à haute teneur en carbone Cr12MoV : trempe à l’huile à 950-1000 °C, revenu à 150-180 °C, dureté Rockwell C 60-64

5. Le processus de fusion
Équipements de fusion : fours à résistance à creuset et fours de fusion continue au gaz
Spécifications du procédé : la matière première utilisée pour la fusion doit être stockée dans un endroit sec et exempt de pollution. Elle doit être traitée en conséquence avant utilisation. Les contaminants de surface des fours de fusion doivent être éliminés et séchés avant utilisation.
Traitement de raffinage : élimination des gaz, des inclusions non métalliques et autres éléments nocifs de l’alliage.