Qu'est-ce qui différencie l'acier inoxydable 304L et 304H ? Imaginez que vous travaillez sur un projet crucial et que vous devez choisir entre ces deux matériaux. Cet article explore leurs différences et leurs similitudes, de la composition chimique aux performances dans les environnements à haute température. Les lecteurs comprendront les facteurs clés qui permettent de sélectionner le bon matériau pour des applications spécifiques, afin de garantir l'efficacité et la durabilité de leurs projets. Plongez dans cet article pour découvrir comment ces alliages peuvent influencer vos décisions d'ingénierie.
Au cours de la construction d'un projet particulier en 2014, nous avons rencontré des problèmes de construction de soudure impliquant à la fois des matériaux de tuyaux 304 et 304H.
Grâce à une série d'activités liées à la gestion des matériaux, à la gestion de la construction, aux techniques de soudage et aux inspections, nous avons observé que les matériaux de la série 304 présentent des caractéristiques communes dans une certaine fourchette, mais aussi des distinctions claires et des séparations rigoureuses.
Par conséquent, la synthèse de ces similitudes et de ces différences contribue à la systématisation des connaissances et à l'accumulation de l'expérience future en matière de construction.
L'acier inoxydable austénitique entre généralement dans la catégorie des aciers résistants à la corrosion et est le plus largement utilisé. type d'acier.
L'acier inoxydable de type 18-8 est le plus représentatif. Il présente des propriétés mécaniques favorables et se prête bien au traitement mécanique, à l'emboutissage et au soudage.
Il offre une excellente résistance à la corrosion dans les environnements oxydatifs et une bonne résistance à la chaleur. Toutefois, il est particulièrement sensible aux milieux contenant des ions chlorure (Cl-), ce qui peut entraîner une corrosion sous contrainte. L'acier inoxydable 18-8, principalement 304, 304L, 304H, est disponible sous différentes formes, notamment en feuilles, en barres et en plaques.
L'alliage 304H (UNS S30409) est une version modifiée de l'alliage austénitique 304 de 18% de chrome et 8% de nickel. L'alliage teneur en carbone dans ce produit est contrôlé entre 0,04 et 0,10, ce qui améliore la résistance à haute température des composants du produit dans des environnements supérieurs à 800°F.
Cette section traite principalement des nuances d'acier, de la composition chimique et des performances des aciers austénitiques 304. matériaux en acier inoxydable, comparant principalement les plaques d'acier et les tuyaux d'acier.
Tableau d'équivalence approximative des nuances d'acier pour les tôles en acier inoxydable austénitique de nuance 304
Non | GB 24511-2009 | GB/T 4237-1992 | ASME(2007) SA240 | FR 10028-7:2007 | |||
Système de numérotation unifié | Nouvelle classe | Ancienne classe | Code UNS | Modèle | Code numérique | Grade | |
1 | S30408 | 06Cr19Ni10 | 0Cr18Ni9 | S30400 | 304 | 1.4301 | X5CrNi18-10 |
2 | S30403 | 022Cr19Ni10 | 00Cr19Ni10 | S30403 | 304L | 1.4306 | X2CrNi19-11 |
3 | S30409 | 07Cr19Ni10 | -- | S30409 | 304H | 1.4948 | X6CrNi18-10 |
Tableau d'équivalence approximative des nuances d'acier pour les tubes soudés en acier inoxydable austénitique de nuance 304
Non | GB/T 12771-2008 | GB/T 12771-2000 | ASME(2007) SA312 | FR 10028-7:2007 | |||
Système de numérotation unifié | Nouvelle classe | Ancienne classe | Code UNS | Modèle | Code numérique | Grade | |
1 | S30408 | 06Cr19Ni10 | 0Cr18Ni9 | S30400 | TP304 | 1.4301 | X5CrNi18-10 |
2 | S30403 | 022Cr19Ni10 | 00Cr19Ni10 | S30403 | TP304L | 1.4306 | X2CrNi19-11 |
3 |
Tableau de composition chimique de l'acier austénitique Acier inoxydable 304 et acier résistant à la chaleur
Non | Système de numérotation unifié | Composition chimique (fraction de masse) % [Composition conforme à la norme GB/T 20878-2007]. | |||||||||
C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | N | |||
1 | S30408 | 0.08 | 1.00 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 8.00~11.00 | 18.00~20.00 | |||
2 | S30403 | 0.03 | 1.00 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 8.00~12.00 | 18.00~20.00 | |||
3 | S30409 | 0.04~0.10 | 1.00 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 8.00~11.00 | 18.00~20.00 | |||
4 | S30458 | 0.08 | 1.00 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 8.00~11.00 | 18.00~20.00 | 0.10~0.16 |
Tableau des contraintes admissibles pour l'acier inoxydable austénitique Tôle d'acier Grade 304
Grade | Normes relatives aux tôles d'acier | Épaisseur mm | Contrainte admissible/MPa aux températures suivantes (°C) | |||||||||||||||||
≤20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 525 | 550 | 575 | 600 | 625 | 650 | 675 | 700 | |||
S30408 | GB24511 | 1.5~80 | 137 | 137 | 137 | 130 | 122 | 114 | 111 | 107 | 103 | 100 | 98 | 91 | 79 | 64 | 52 | 42 | 32 | 27 |
137 | 114 | 103 | 96 | 90 | 85 | 82 | 79 | 76 | 74 | 73 | 71 | 67 | 62 | 52 | 42 | 32 | 27 | |||
S30403 | GB24511 | 1.5~80 | 120 | 120 | 118 | 110 | 103 | 98 | 94 | 91 | 88 | |||||||||
120 | 98 | 87 | 81 | 76 | 72 | 69 | 67 | 65 | ||||||||||||
S30409 | GB24511 | 1.5~80 | 137 | 137 | 137 | 130 | 122 | 114 | 111 | 107 | 103 | 100 | 98 | 91 | 79 | 64 | 52 | 42 | 32 | 27 |
137 | 114 | 103 | 96 | 90 | 85 | 82 | 79 | 76 | 74 | 73 | 71 | 67 | 62 | 52 | 42 | 32 | 27 | |||
Note : La contrainte admissible dans la première ligne ne s'applique qu'aux composants qui permettent une légère déformation permanente. |
Tableau des contraintes admissibles pour les tubes en acier inoxydable austénitique Grade 304
Grade | Normes relatives aux tôles d'acier | Épaisseur mm | Contrainte admissible/MPa aux températures suivantes (°C) | |||||||||||||||||
≤20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 525 | 550 | 575 | 600 | 625 | 650 | 675 | 700 | |||
S30408 | GB13296 | ≤14 | 137 | 137 | 137 | 130 | 122 | 114 | 111 | 107 | 103 | 100 | 98 | 91 | 79 | 64 | 52 | 42 | 32 | 27 |
137 | 114 | 103 | 96 | 90 | 85 | 82 | 79 | 76 | 74 | 73 | 71 | 67 | 62 | 52 | 42 | 32 | 27 | |||
S30403 | GB13296 | ≤14 | 117 | 117 | 117 | 110 | 103 | 98 | 94 | 91 | 88 | |||||||||
117 | 97 | 87 | 81 | 76 | 73 | 69 | 67 | 65 | ||||||||||||
S30408 | GB/T14976 | ≤28 | 137 | 137 | 137 | 130 | 122 | 114 | 111 | 107 | 103 | 100 | 98 | 91 | 79 | 64 | 52 | 42 | 32 | 27 |
137 | 114 | 103 | 96 | 90 | 85 | 82 | 79 | 76 | 74 | 73 | 71 | 67 | 62 | 52 | 42 | 32 | 27 | |||
S30403 | GB/T14976 | ≤28 | 117 | 117 | 117 | 110 | 103 | 98 | 94 | 91 | 88 | |||||||||
117 | 97 | 87 | 81 | 76 | 73 | 69 | 67 | 65 | ||||||||||||
S30408 | GB/T12771 | ≤28 | 116 | 116 | 116 | 111 | 104 | 97 | 94 | 91 | 88 | 85 | 83 | 77 | 67 | 54 | 44 | 36 | 27 | 23 |
116 | 97 | 88 | 82 | 77 | 72 | 70 | 67 | 65 | 63 | 62 | 60 | 57 | 53 | 44 | 36 | 27 | 23 | |||
S30403 | GB/T12771 | ≤28 | 99 | 99 | 99 | 94 | 88 | 83 | 80 | 77 | 75 | |||||||||
99 | 82 | 74 | 69 | 65 | 62 | 59 | 57 | 55 | ||||||||||||
S30408 | GB/T24593 | ≤4 | 116 | 116 | 116 | 111 | 104 | 97 | 94 | 91 | 88 | 85 | 83 | 77 | 67 | 54 | 44 | 36 | 27 | 23 |
116 | 97 | 88 | 82 | 77 | 72 | 70 | 67 | 65 | 63 | 62 | 60 | 57 | 53 | 44 | 36 | 27 | 23 | |||
S30403 | GB/T24593 | ≤4 | 99 | 99 | 99 | 94 | 88 | 83 | 80 | 77 | 75 | |||||||||
99 | 82 | 74 | 69 | 65 | 62 | 59 | 57 | 55 | ||||||||||||
Note : La contrainte admissible de la première ligne ne s'applique qu'aux composants qui permettent une légère déformation permanente. Les données correspondant aux normes GB/T 12771 et GB/T 24593 ont été multipliées par le facteur de correction. joint de soudure de 0,85. |
Lors de l'utilisation de matériaux en acier inoxydable austénitique pour les conduites sous pression, il est essentiel de noter que l'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel peut subir une fragilisation en phase sigma lorsqu'il est utilisé pendant une période prolongée à des températures comprises entre 540°C et 900°C.
Il est conseillé de contrôler la teneur en ferrite et le degré de déformation à froid de l'acier austénitique. Dans des conditions de température élevée (température de fonctionnement supérieure à 540°C), l'acier inoxydable austénitique à faible teneur en carbone (C ≤ 0,08%) doit également répondre à des exigences supplémentaires :
1) La teneur en carbone du matériau de base doit être ≥ 0,04 ;
2) Traitement thermique : Refroidissement rapide >1040°C ;
3) La taille moyenne des grains doit être de grade 7 ou plus grossière. Si ces exigences supplémentaires ne peuvent être satisfaites, la contrainte admissible doit être choisie conformément à l'acier inoxydable à très faible teneur en carbone.
Propriétés mécaniques
Haute température Limite d'élasticité Tableau pour les tôles d'acier inoxydable austénitique Grade 304
Grade | Épaisseur mm | Rp0.2/MPa aux températures suivantes (°C) | ||||||||||
20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | ||
S30408 | ≤80 | 205 | 171 | 155 | 144 | 135 | 127 | 123 | 119 | 114 | 111 | 106 |
S30403 | ≤80 | 180 | 147 | 131 | 122 | 114 | 109 | 104 | 101 | 98 | ||
S30409 | ≤80 | 205 | 171 | 155 | 144 | 135 | 127 | 123 | 119 | 114 | 111 | 106 |
Tableau de la limite d'élasticité à haute température pour les tubes en acier inoxydable austénitique de qualité 304
Grade | Rp0.2/MPa aux températures suivantes (°C) | ||||||||||
20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | |
S30408 | 210 | 174 | 156 | 144 | 135 | 127 | 123 | 119 | 114 | 111 | 106 |
S30403 | 180 | 147 | 131 | 122 | 114 | 109 | 104 | 101 | 98 | ||
S30409 |
Dans la norme GB/T20878-2007 "Stainless Steel and Heat Resistant Steel Grades and Chemical Composition", un nouvel acier austénitique à haute température a été ajouté. Qualité de l'acier inoxydable S30409 (07Cr19Ni10) avec une teneur en carbone de 0,04%~0,10% a été ajouté.
Cependant, il existe un problème de double qualité avec la qualité 304, c'est-à-dire qu'il y a un chevauchement de la teneur en carbone entre S30409 (07Cr19Ni10) et S30408 (06Cr19Ni10). Le même problème de double qualité se pose également avec le S31609 (07Cr17Ni12Mo2), qui a une teneur en carbone de 0,04%~0,10%, et il y a également un chevauchement de la teneur en carbone avec le S31608 (06Cr17Ni12Mo2).
Étiquetage des matériaux et documents d'assurance qualité
Les matériaux fournis et reçus pour les conduites sous pression doivent être étiquetés conformément aux normes correspondantes et aux stipulations du contrat. Chaque pièce de matériau doit porter un marquage clair et ferme. Pour les matériaux dont le diamètre nominal est inférieur ou égal à DN40, l'étiquetage peut être effectué à l'aide d'étiquettes ou d'autres méthodes de substitution.
Le contenu de l'étiquetage doit, au minimum, inclure les marques du fabricant et le nom du matériau (code). Pour les éléments de tuyauterie en acier inoxydable austénitique (type H) utilisés dans des conditions de haute température, les numéros de lot ou les codes des matériaux doivent également être indiqués.
Les documents d'assurance qualité correspondants comprennent les résultats des contrôles et des essais spécifiés dans les normes et les contrats, et doivent être traçables.
Le matériau de base pour le soudage des équipements sous pression est classé et regroupé en fonction de la composition chimique, des propriétés mécaniques et de la soudabilité du matériau de base. matériau métallique.
Selon NB/T47014-2011, les catégories de matériaux de base pour S30403, S30408 et S30409 sont Fe-8, avec un groupe de Fe-8-1. Procédé de soudage peut se référer à notre rapport d'évaluation du procédé de soudage HN2006-02-2012.
Le principe de sélection des matériaux de soudage est indiqué dans la norme NB/T47015-2011 : pour le soudage d'un acier fortement allié de la même nuance, les matériaux de soudage doivent garantir que les propriétés mécaniques du métal soudé sont égales ou supérieures aux valeurs limites spécifiées pour le matériau de base.
Le cas échéant, sa résistance à la corrosion ne doit pas être inférieure aux exigences correspondantes du matériau de base, ou les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion doivent satisfaire aux conditions techniques stipulées dans les documents de conception.
Les matériaux de soudage recommandés sont indiqués dans le tableau suivant :
Système de numérotation unifié (UNS) | Grade | Métal blindé Soudage à l'arc (SMAW) Électrodes | Soudage à l'arc submergé (SAW) | Gaz Soudage à l'arc en tungstène (GTAW) | ||
Modèles d'électrodes | Exemples de qualités d'électrodes | Types de flux | Exemples de qualités de flux et de fils de soudure | Grades de fils de soudure | ||
S30408 | 06Cr19Ni10 | E308-16 E308-15 | A102A107 | F308-H08Cr21Ni10 | SJ601-H08Cr21Ni10 HJ260-H08Cr21Ni10 | H08Cr21Ni10 |
S30403 | 022Cr19Ni10 | ER308L-16 | A002 | F308L-H03Cr21Ni10 | SJ601-H03Cr21Ni10 HJ260-H03Cr21Ni10 | H03Cr21N i10 |
Par rapport à l'acier au carbone, la résistance de l'acier inoxydable austénitique est 5 fois supérieure à celle de l'acier au carbone, ce qui se traduit par un apport de chaleur plus important dans les mêmes conditions de courant de soudage et de tension d'arc.
La conductivité thermique est faible, environ 1/3 de celle de l'acier au carbone, ce qui se traduit par un transfert de chaleur lent et une déformation thermique accrue.
Le coefficient de dilatation linéaire est environ 40% plus élevé que celui de l'acier au carbone, ce qui peut facilement entraîner une augmentation de la dilatation thermique pendant le chauffage et un retrait pendant le refroidissement, rendant la déformation après le soudage plus prononcée.
Points clés pour le soudage de l'acier inoxydable austénitique :
1) Pour éviter les déformations et les contraintes importantes pendant le soudage, il convient de choisir une méthode de soudage avec une énergie de soudage concentrée.
2) Contrôle strict des chaleur de soudage doit être maintenue afin d'éviter que le grain de la soudure ne se développe fortement et que des fissures à chaud ne se produisent.
3) Pour améliorer la résistance à la fissuration par la chaleur et la résistance à la corrosion de la soudure, la zone de soudage doit être maintenue propre afin d'éviter l'infiltration d'éléments nocifs dans la soudure.
4) L'acier inoxydable austénitique ne nécessite pas de préchauffage pendant le soudage. Pour éviter la croissance du grain dans la soudure et la zone affectée thermiquement et la précipitation de carbures, et pour garantir la plasticité, la ténacité et la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable austénitique, il est nécessaire de le préchauffer. joint soudéLa température d'interpassage doit être maintenue à un niveau bas, ne dépassant généralement pas 100°C.
Austenite Le grain d'austénite est le grain obtenu lorsque l'acier est austénitisé, et la taille du grain est appelée taille du grain d'austénite. La taille de grain standard est divisée en 8 niveaux : les niveaux 1 à 4 sont des grains grossiers, les niveaux 5 à 8 sont des grains fins et les niveaux 10 à 13 au-dessus du niveau 8 sont des grains ultrafins.
Les observations sont faites au microscope 100x. Dans la production actuelle, l'affinage des grains est devenu l'une des méthodes importantes pour renforcer les matériaux métalliques, ce qui peut améliorer la résistance et la ténacité de l'acier en même temps. Nous espérons également obtenir des grains plus fins lors du soudage technique.
Nous devons prêter attention à l'influence de la vitesse de chauffe pendant le processus de soudage. La vitesse de chauffe est essentiellement une question de surchauffe. Plus le degré de surchauffe est élevé, plus le rapport entre la vitesse de nucléation et la vitesse de croissance est important, et plus la taille initiale des grains est faible.
Malgré cela, austénite Les grains ont tendance à se développer à des températures élevées, de sorte qu'il ne peut y avoir un long temps de maintien à des températures élevées. C'est pourquoi nous mettons l'accent sur un chauffage et un refroidissement rapides pendant le soudage.
La teneur en carbone de l'acier affecte également le grain d'austénite. Lorsque la teneur en carbone de l'acier n'est pas suffisante pour former des grains d'austénite, le grain d'austénite se forme. non dissous Avec l'augmentation de la teneur en carbone, les grains d'austénite ont tendance à croître et à devenir plus grossiers.
Par conséquent, parmi les trois, le S30408 est plus susceptible de devenir grossier, et il convient de prêter attention au contrôle et à la prévention du grossissement des grains sous d'autres aspects.
Contrôle du rapport chrome-nickel dans le métal soudé, pour l'acier inoxydable 304, lorsque le rapport chrome-nickel du métal soudé est supérieur à celui du métal soudé, le rapport chrome-nickel du métal soudé est inférieur à celui du métal soudé. matériel de soudage est inférieur à 1,61, des fissures à chaud sont susceptibles de se produire ; lorsque le rapport chrome-nickel atteint 2,3-3,2, les fissures à chaud peuvent être évitées.
La limitation stricte de la teneur en éléments nocifs tels que le bore, le soufre, le phosphore et le sélénium dans le métal de soudure peut également prévenir l'apparition de fissures chaudes.
La conception des équipements pétrochimiques pour les hautes températures, les hautes pressions et la forte corrosion est exigeante, et le choix des matériaux et la construction des soudures doivent être soigneusement étudiés pour assurer la stabilité à long terme de l'équipement.
Il est particulièrement important de comprendre les caractéristiques des matériaux, de distinguer leurs différences et leurs similitudes et de maîtriser les techniques de construction par soudage.
Avec le développement de la technologie des matériaux, ceux-ci sont de plus en plus optimisés pour des performances spécifiques, et la "sélection et l'utilisation des matériaux" deviennent de plus en plus spécialisées, tout comme les connaissances. Nous espérons que cet article jouera un rôle positif à cet égard.