Acier pour appareils à pression
Qu'est-ce qu'un acier pour appareil sous pression ?
Plaques d'acier pour récipients sous pression, souvent appelées « plaques chauffantes », sont spécialiséestôles d'acier laminées à chaud-au carbone et faiblement alliéesutilisé principalement pour fabriquercoques de récipients sous pression, fûts de chaudière et autres composants sous pression. Ces matériaux fonctionnent généralement dans une plage de températures de-20 degrés à 500 degrés, avec des niveaux de-performances spécifiques, tels que le standard16MnR,P265GH, P295GH, P355GH,A387,A537,A612acier-capable d'atteindre jusqu'à560 degrés.
Étant donné que ces navires fonctionnent dans des conditions extrêmes, notamment des pressions élevées, des cycles thermiques intenses et des milieux corrosifs, ils doivent respecter six critères de performance critiques :
1. Haute résistance :Capacité à résister à une immense pression interne de la vapeur, des gaz ou des liquides, empêchant ainsi la déformation plastique ou l'éclatement catastrophique.
2.Excellente ténacité et plasticité :Résistance à la rupture fragile lors de fluctuations de pression ou de chocs thermiques, garantissant une résistance élevée à la croissance des fissures.
3. Soudabilité supérieure :Les navires sont généralement fabriqués par soudage ; l'acier doit être facile à souder tout en garantissant que le joint conserve des propriétés mécaniques similaires à celles du métal de base.
4. Performances à haute-température :
- Résistance au fluage :Maintien de la stabilité sans déformation lente (fluage) ni rupture sous des contraintes et une chaleur élevées et continues.
- Résistance à l'oxydation :Résiste aux tartres corrosifs de la vapeur ou de l'air-à haute température.
5. Résistance aux basses températures :Pour les applications cryogéniques (par exemple, GNL, ammoniac liquide), l'acier doit rester ductile pour éviter une « fracture fragile à basse température ».
6. Résistance à la corrosion :Capacité à résister aux attaques chimiques et électrochimiques provenant de milieux tels que le sulfure d'hydrogène (H2S), l'ammoniac, les acides et les alcalis.
Classification des aciers pour appareils sous pression
1. Classification par composition chimique
La composition chimique détermine les limites physiques et mécaniques fondamentales de l'acier.
Acier au carbone :
- Composition:Principalement du fer et du carbone avec de petites quantités de manganèse (Mn) et de silicium (Si).
- Caractéristiques:Un excellent équilibre entre solidité et-rentabilité. Cependant, il manque de résistance significative à la corrosion, ce qui limite son utilisation dans des environnements très agressifs.
- Notes typiques :
ASME/ASTM :SA-516 (grades 55, 60, 65, 70); SA-515 (années 60, 65, 70); ASTM A285 (grades A, B, C).
Européen (EN 10028-2) :P265GH, P295GH, P355GH.
Chinois (GB 713) : Q245R, Q345R.
Acier faiblement allié :
- Composition:Contient 1 % à 5 % d’éléments d’alliage pour améliorer les performances.
- Éléments clés :
Chrome (Cr) :Améliore la résistance, la dureté et la résistance à l'oxydation.
Molybdène (Mo) :Améliore la résistance aux températures élevées (résistance au fluage) et à la corrosion.
Nickel (Ni) :Ajoute de la ténacité et une résistance essentielle aux basses températures.
- Notes typiques :
ASME SA-387 :Grade 11, Grade 22 (aciers Cr-Mo).
ASTM A204 :Grades A, B, C (alliage de molybdène).
ASTM A533 :Classe 1, Classe 2 (alliage Mn-Mo-Ni pour réacteurs nucléaires).
EN 10028-2 :16Mo3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10.
GB 713 :12Cr1MoV, 15CrMoR.
2. Classification par environnement de service
Haute-température et haute-pression :Utilisé dans les réacteurs et les fûts de coke.
Notes :15CrMoR, 12Cr2Mo1R (SA387 Gr22), 10CrMo9-10.
Service basse-température/cryogénique :Utilisé pour le stockage de gaz liquéfié.
Notes :ASTM A612, A662, A735, A203, A645.
Chinois:09MnNiDR, 16MnDR, 15MnNiDR ("DR" indique un récipient à basse température-).
Japonais (JIS) :SL1N, SL2N, JIS G3126.
Trempe et revenu à haute-résistance (Q&T) :
Notes :ASTM A517, A537, A724, JIS G3115.
Chinois:18MnMoNbR, 13MnNiMoR (utilisés pour les équipements haute pression à paroi lourde-haute-).
3. Classification par niveau de résistance (résistance à la traction N/mm2)
Basé sur le tableau 6-7-3 « Indicateurs de qualité pour les plaques pour récipients sous pression » :
310-350 N/mm2:ASTM A285, BS1501, DIN 17175, GOST 5520.
360-380 N/mm2:ASTM A285, A515, A516, A442, GOST 5520.
390-410 N/mm2:ASTM A515/516, A442, JIS G3116/G3103/G3118/G3115.
430-450 N/mm2:ASTM A515/516, JIS G3116/G3103/G3118.
480–490 N/mm2:ASTM A515/516, A537, A737, JIS G3116/G3113/G3118/G3115, GB 713.
510–530 N/mm2:ASTM A455, A299, DIN 17155, JIS G3115.
Dimensions, spécifications et normes de qualité
- Plage d'épaisseur :Généralement de5mm à 200mm, avec des intervalles d'épaisseur spécifiques définis par les normes internationales.
- Contrôle géométrique :Tolérances strictes pour la forme, la planéité et l’équerrage.
- Qualité des surfaces :Les défauts de surface tels que les fissures, les croûtes, les bulles roulantes, les impuretés et les-calcaires pressés sont strictement interdits. L'élimination des défauts n'est autorisée que si l'épaisseur restante reste dans les tolérances admissibles.
- Intégrité interne :Le laminage (couches internes) n'est généralement pas autorisé et est vérifié par ultrasons.
Indicateurs de composition chimique (Focus sur l'acier au carbone)
La résistance de l’acier au carbone augmente principalement avec la teneur en carbone.
- Carbone (C) :Généralement entre0,16% et 0,33%. C’est le principal facteur déterminant la résistance de la plaque.
- Silicium (Si) et Manganèse (Mn) :Le Si (0,10 % à 0,55 %) et le Mn (0,4 % à 1,6 %) sont utilisés pour améliorer la qualité et la ténacité des matériaux.
- Contrôle des impuretés :Les qualités de qualité supérieure limitent strictement le cuivre (Cu < 0,30 %), le chrome (Cr < 0,25 %), le nickel (Ni < 0,30 %), le molybdène (Mo < 0,10 %) et le vanadium (V < 0,03 %).
Processus de fabrication et technologies avancées
Pour garantir la sécurité dans des conditions extrêmes, la fabrication est nettement plus rigoureuse que pour l’acier de construction standard :
- Fonte:Utilise un convertisseur ou des fours électriques suivi d'un raffinage secondaire (LF, RH ou VD) et d'un dégazage sous vide pour minimiser les gaz nocifs (O, H, N) et les impuretés (P, S).
- Fonderie:Coulée continue avec agitation électromagnétique pour garantir une qualité interne uniforme et réduire la ségrégation.
- Traitement thermique :
Normalisation (N) :Affine la structure du grain, améliorant la ténacité et la résistance.
Normalisation + Trempe (N+T) :Soulage les contraintes internes et stabilise la microstructure.
Trempe + Revenu (Q+T) :Fournit l’équilibre optimal entre haute résistance et ductilité pour les qualités spécialisées.
Roulement contrôlé :Gestion précise de la température et de la déformation pour affiner la granulométrie.
Critères de test et de sélection
1. Inspections obligatoires
- Tests par ultrasons (UT) : Contrôle 100 % UTest une exigence obligatoire pour détecter le délaminage interne ou les inclusions.
- Tests mécaniques :Chaque plaque doit subir des tests de traction, d'impact (encoche en V- à température ambiante et basse température) et de flexion.
- Tests de traction à haute-température :Obligatoire pour les aciers destinés à un service à haute-chaleur.
2. Logique de sélection
- Pression et température de conception :Le principal facteur de choix du matériau (par exemple, Cr-Mo pour la chaleur, Ni-alliage pour le froid).
- Propriétés du média :La présence d'agents corrosifs comme le H2S nécessite des aciers résistants au HIC-ou au Cr-Mo.
- Épaisseur de paroi :Les récipients à parois lourdes-exigent des aciers à haute trempabilité pour garantir des performances uniformes.
- Soudabilité :Mesuré par équivalent carbone (CEV ou CET) ; des valeurs inférieures indiquent une meilleure facilité de soudage.
- Conformité réglementaire :Le strict respect des codes commeASME VIII Div.1ouGo 150.
Applications industrielles
Production d'énergie :Fûts de chaudière, collecteurs et murs d’eau.
Pétrochimie :Réacteurs, échangeurs de chaleur, colonnes de distillation et réservoirs sphériques (GPL, Oxygène, Azote).
Charbon et produits chimiques fins :Gazogènes, épurateurs et bouilloires de réaction sous pression.
Énergie nucléaire:Réservoirs de confinement, pressuriseurs et supports de générateurs de vapeur.
Transport:Wagons-citernes spécialisés pour le rail et la route (GPL/Ammoniac Liquide).
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Comparaison internationale des qualités d'acier pour chaudières et appareils sous pression
Partie 1 : Norme GB 713—2008 (plaques d'acier pour chaudières et appareils à pression)
| Chine (GB/YB) | États-Unis (ASTM) | Japon (JIS) | Europe (DIN/BS/NF EN) | Russie (GOST) | OIN |
| Q245R(Précédent. 20g, 20R) | A414/A414M Gr. D | (JIS G3124) SEV25 | S235JR (1,0038), S235J0 (1,0114), S235J2 (1,0117) | Ст3кп | P235GH |
| Q345R(Préc. 16Mng, 19Mng, 16MnR) | A737/A737M Gr. B | (JIS G3124) SEV 345 | S355JR (1,0045), S355J0 (1,0553), S355J2 (1,0577), S355K2 (1,0596) | 17°C, 15XCH° | P355GH |
| Q370R(Précédent. 15MnNbR) | A572/A572M Gr. 50 (345) | (JIS G3115) SPV 355 | S355JR (1,0045), S355J0 (1,0553), S355J2 (1,0577), S355K2 (1,0596) | 10Г2Б | P355GH |
| 18MnMoNbR | A735/A735M Gr. 1 | (JIS G3115)SPV410 | — | — | — |
| 13MnNiMoR(Précédent. 13MnNiCrMoNbg, 13MnNiMoNbR) | A738/A738M Gr. B | — | — | — | 15NiCuMoNb 5-6-4 |
| 15CrMoR(Précédent. 15CrMog) | A387/A387M Gr. 12 (K11757) | (JIS G4109) SCMV2 | 18CrMo4 | 15XM | 13CrMo4-5 (ASME : 14CrMo4-5) |
| 14Cr1MoR | A387/A387M Gr. 11 (K11789) | (JIS G4109)SCMV3 | 18CrMo4 | 15XM | 13CrMoSi5-5 (ASME : 14CrMoSi5-6) |
| 12Cr2Mo1R | A387/A387M Gr. 22 (K21590) | (JIS G4109) SCMV4 | — | — | 10CrMo9-10 (ASME : 13CrMo9-10 / 14CrMo9-10) |
| 12Cr1MoVR(Précédent. 12Cr1MoVg) | — | — | — | — | — |
Partie 2 : Norme GB 5310—1995 (Tubes en acier sans soudure pour chaudières à haute -pression)
| Chine (GB/YB) | États-Unis (ASTM) | Japon (JIS) | Allemagne (DIN EN) | Russie (GOST) | OIN |
| 20G | 1020 | (JIS G3461)STB340 | C22 (1.0402), C20C (1.0411) | 20 | — |
| 20MnG | 1022 | STB410 | C22 (1.0402) | 20Г | — |
| 25MnG | 1026 | STB510 | C26D (1.0415) | 25Г | — |
| 15MoG | ASTM A692 (qualité définie, pas de code) | (JIS G3462) STBA12 | — | — | 16Mo3 |
| 20MoG | ASTM A209/A209M T1a | (JIS G3462)STBA13 | — | — | — |
| 12CrMoG | ASTM A250 T2 | STBA20 | — | — | 13CrMo4-5 |
| 15CrMoG | ASTM A250 T12 | STBA22 | — | — | 13CrMoSi5-5 |
| 12Cr2MoG | ASTM A250 T22 | STBA24 | — | — | 10CrMo9-10 |
| 12Cr1MoVG | — | — | — | — | — |
| 12Cr2MoWVTiB | — | — | — | — | — |
| 12Cr3MoVSiTiB | — | — | — | — | 12CrMoV12-10 |
| 10Cr9Mo1VNb | ASTM A199/A199M T91 | STBA26 | — | — | X10CrMoVNb9-1 |
| 07Cr18Ni11Nb(Précédent. 1Cr19Ni11Nb) | 347H | SUS347H | X7CrNiNb18-10 (1.4912) | — | X7CrNiNb18-10 |
Partie 3 : Norme GB 13396—2007 (Aciers inoxydables pour équipements sous pression)
| Chine (GB/YB) | États-Unis (ASTM) | Japon (JIS) | Europe (DIN/BS/NF EN) | Russie (GOST) | OIN |
| 06Cr19Ni10(Précédent. 0Cr18Ni9) | A213 TP304 | SUS304 | X5CrNi18-10 (1.4301) | — | X5CrNi18-10 |
| 12Cr18Ni9(Précédent. 1Cr18Ni9) | — | — | X10CrNi18-8 (1.4310) | 12X18H9 | X10CrNi18-8 |
| 1Cr19Ni9 | TP304H | SUS304HTB | X6CrNi18-10 (1.4948) | — | X7CrNi18-9 |
| 022Cr19Ni10(Précédent. 00Cr19Ni10) | TP304L | SUS304LTB | X2CrNi19-11 (1.4306) | 03X18H11 | X2CrNi19-11 |
| 06Cr18Ni11Ti(Précédent. 0Cr18Ni10Ti) | TP321 | SUS321TB | X6CrNiTi18-10 (1.4541) | 08X18H10T | X6CrNiTi18-10 |
| 07Cr19Ni11Ti(Précédent. 1Cr18Ni11Ti) | TP321H | SUS321HTB | X6CrNiTi18-10 (1.4541) | 12X18H11T | X7CrNiTi18-10 |
| 06Cr18Ni11Nb(Précédent. 0Cr18Ni11Nb) | TP347 | SUS347TB | X6CrNiNb18-10 (1,4550) | 08X18H12Б | X6CrNiNb18-10 |
| 07Cr18Ni11Nb(Précédent. 1Cr19Ni11Nb) | TP347H | SUS347HTB | X7CrNiNb18-10 (1.4912) | — | X7CrNiNb18-10 |
| 06Cr17Ni12Mo2(Précédent. 0Cr17Ni12Mo2) | TP316 | SUS316TB | X5CrNiMo17-12-2 (1.4401) | — | X5CrNiMo17-12-2 |
| 07Cr17Ni12Mo2(Précédent. 1Cr17Ni12Mo2) | TP316H | SUS316HTB | X3CrNiMo17-13-3 (1.4436) | — | — |
| 0Cr18Ni12Mo2Ti | TP316Ti | SUS316TiTB | X6CrNiMoTi17-12-2 (1.4571) | — | X6CrNiMoTi17-12-2 |
| 1Cr18Ni12Mo2Ti | TP316Ti | SUS316TiTB | X6CrNiMoTi17-12-2 (1.4571) | — | X6CrNiMoTi17-12-2 |
| 06Cr17Ni12Mo3Ti(Précédent. 0Cr18Ni12Mo3Ti) | TP316Ti | SUS316TiTB | X6CrNiMoTi17-12-2 (1.4571) | 08X17H13M3T | X6CrNiMoTi17-12-2 |
| 1Cr18Ni12Mo3Ti | TP316Ti | SUS316TiTB | X6CrNiMoTi17-12-2 (1.4571) | 08X17H13M3T | X6CrNiMoTi17-12-2 |
| 1Cr18Ni9Ti | TP321 | SUS321TB | X6CrNiTi18-10 (1.4541) | 12X18H10T | X7CrNiTi18-10 |
| 06Cr19Ni13Mo3(Précédent. 0Cr19Ni13Mo3) | TP317 | SUS317TB | — | — | — |
| 022Cr19Ni13Mo3(Précédent. 00Cr19Ni13Mo3) | TP317L | SUS317LTB | X2CrNiMo18-15-4 (1.4438) | 03X16H15M3 | X2CrNiMo18-15-4 (1.4438) |
| 022Cr19Ni10N(Précédent. 00Cr18Ni10N) | TP304LN | SUS304LN | X2CrNiN18-10 (1.4311) | — | X2CrNiN18-9 |
| 06Cr19Ni10N(Précédent. 0Cr19Ni9N) | TP304N | — | X5CrNiN19-9 (1.4315) | — | X5CrNiN19-9 |
| 06Cr23Ni13(Précédent. 0Cr23Ni13) | TP309S | SUS309STB | X12CrNi23-13 (1.4833) | 10X23H13 | X12CrNi23-13 |
| 16Cr23Ni13(Précédent. 2Cr23Ni13) | — | SUS309TB | X15CrNiSi20-12 (1,4828) | 20X23H12 | — |
Partie 4 : Normes GB 3531—1996 et GB/T 18984—2003 (aciers à basse -température)
| Chine (GB/YB) | États-Unis (ASTM) | Japon (JIS) | Europe (DIN/BS/NF EN) | Russie (GOST) | OIN |
| 16MnDR | A572/A572M Gr. 50 [345] | (JIS G3460) STPL380, (JIS G3464) STBL380 | E335 (1.0060) | 15XCHД | E355 |
| 15MnNiDR | Gr. 50 [345] | STPL380, STBL380 | E335 (1.0060) | 15XCHД | E355 |
| 09Mn2VDR | A572/A572M Gr. 42 [290] | STPL450, STBL450 | E295 (1.0050) | 09Г2, 09Г2Д | E275 |
| 09MnNiDR | Gr. 42 [290] | STPL450, STBL450 | E295 (1.0050) | 09Г2, 09Г2Д | E275 |
| 16MnDG | Gr. 50 [345] | STPL380, STBL380 | E335 (1.0060) | 15XCHД | E355 |
| 10MndG | A283/A283M Gr. D | (JIS G3101) SS400 | S235JR (1.0038) | Ст3кп | E235A |
| 09DG | Gr. C | SS330 | — | Ст2кп | — |
| 09Mn2VDG | A572/A572M Gr. 42 [290] | (JIS G3460) STPL 450, (JIS G3464) STBL 450 | E295 (1.0050) | 09Г2, 09Г2Д | E275 |
| 06Ni3MoDG | Gr. 42 [290] | STPL450, STBL450 | E295 (1.0050) | 09Г2, 09Г2Д | E275 |
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