En raison de leur géométrie unique,Tubes en acier inoxydable-en forme de U(généralement les nuances austénitiques telles que 304, 316, 321, 347H, 310S, etc.) sont confrontées à des défis plus complexes lors du traitement thermique que les tubes droits-tels qu'une répartition inégale des contraintes et une propension à la croissance des grains dans les sections courbées. Un traitement thermique approprié est crucial pour garantir leur stabilité dimensionnelle, leur résistance à la corrosion et leurs propriétés mécaniques. Les processus de traitement thermique standard pour les aciers inoxydables austénitiques comprennent le traitement en solution, le recuit de détente, le traitement de stabilisation et les traitements thermiques conçus pour éliminer la phase sigma (σ).
Processus de traitement thermique des tuyaux droits en acier inoxydable
1. Quelles sont les méthodes de traitement thermique de l’acier inoxydable austénitique ?
I. Traitement en solution
Le traitement en solution est un processus de traitement thermique dans lequel les composants en acier inoxydable sont chauffés à une température de solution (1 050 à 1 100 degrés). Cela permet à tous les carbures-ainsi qu'à toute martensite formée lors du travail à froid-de se dissoudre complètement et de se transformer en austénite. Le matériau est ensuite rapidement refroidi pour conserver cette microstructure monophasée-à haute-température à température ambiante. Ce traitement thermique donne l'état le plus doux avec la ductilité la plus élevée.
II. Traitement anti-stress
Les contraintes internes générées par le travail à froid peuvent être éliminées grâce à un recuit à basse température (275 à 450 degrés pendant 0,5 à 2 heures). Suite à ce traitement, les propriétés mécaniques sont améliorées ; cependant, l'allongement reste inchangé.
III. Traitement de stabilisation
Pour éviter la corrosion intergranulaire, de petites quantités de titane ou de niobium sont ajoutées aux aciers austénitiques, suivies d'un processus appelé traitement de stabilisation. Ce traitement consiste à chauffer le matériau à 900 degrés, provoquant la dissolution de la plupart des carbures de chrome. Le carbone dissous se combine ensuite avec le titane ou le niobium pour former des composés TiC ou NbC plus stables que les carbures de chrome-empêchant ainsi les carbures de chrome de précipiter aux joints de grains. Ce traitement n'a pas d'impact significatif sur les propriétés mécaniques.
IV. Traitement thermique pour éliminer la phase σ
Dans les aciers austénitiques à haute teneur en chrome-et à teneur insuffisante en nickel, le traitement thermique peut conduire à la formation de la phase σ, entraînant une diminution de la résistance aux chocs de l'acier (valeur ak). Pour cette classe d'aciers, la plage de température pour la formation de la phase σ- est d'environ 500 à 970 degrés. En évitant cette plage de températures de formation et en chauffant le matériau à une température encore plus élevée, la phase σ peut être transformée en une phase de ferrite à haute température -, rétablissant ainsi la ténacité du matériau.
2. Quels sont les traitements thermiques recommandés pour les tubes en acier-formés à froid en forme de U- ?
Pour les tubes en acier inoxydable austénitique en forme de U-, le traitement thermique répond principalement aux objectifs suivants :
Soulagement du stress : Pour éliminer les contraintes internes résiduelles générées lors des processus de travail à froid et à chaud-tels que le pliage, le soudage et le redressage-empêchant ainsi la fissuration par corrosion sous contrainte et améliorant la stabilité dimensionnelle.
Optimisation de la résistance à la corrosion: Par mise en solution, dissoudre les carbures ayant pu précipiter aux joints de grains, rétablissant ainsi la résistance optimale du matériau à la corrosion, notamment sa résistance à la corrosion intergranulaire.
Adoucissement et amélioration de la plasticité : Pour restaurer la microstructure-qui a pu durcir suite à un écrouissage-à un état ramolli ; il en résulte une structure austénitique monophasée uniforme, améliore la plasticité et la ténacité du matériau et facilite le traitement ou l'application ultérieurs.
En fonction des objectifs spécifiques du traitement thermique, les tubes en U-subissent principalement les deux processus suivants :
I. Traitement en solution (recuit complet)
Il s'agit de la forme de traitement thermique la plus complète et est appliquée dans des situations nécessitant une résistance maximale à la corrosion et une ductilité optimale.
A. Objectif : Pour dissoudre complètement les phases précipitées-telles que les carbures et les phases sigma (σ)-dans la matrice austénitique, obtenant ainsi une microstructure monophasée uniforme-et éliminant complètement toutes les contraintes induites par le traitement-.
B. Flux de processus:
- Chauffage : chauffez rapidement le tube en U-à une plage de température de 1 050 degrés à 1 150 degrés. La sélection spécifique de la température doit prendre en compte la qualité de l'acier (par exemple, les aciers à roulements au molybdène- nécessitent des températures plus élevées) et la nécessité d'éviter un grossissement excessif des grains.
- Trempage : Le temps de trempage est calculé en fonction de l'épaisseur de la paroi, généralement compris entre 1 et 1,5 minutes par millimètre. Par exemple, un tube en U-avec une épaisseur de paroi de 4,5 mm nécessiterait un temps de trempage d'environ 5 à 7 minutes. Il est essentiel de s'assurer que toutes les sections du tube en U--en particulier les sections courbées-atteignent uniformément la température cible.
- Refroidissement : un refroidissement rapide est l’étape critique. Les tubes doivent être trempés rapidement dans l'eau (ou refroidis par pulvérisation-dans le cas de tubes-à paroi mince) pour supprimer la reprécipitation des carbures dans la plage de température de sensibilisation (850 degrés à 400 degrés). Pour les tubes en U-, des accessoires spécialisés ou des modèles d'écoulement d'eau spécifiques doivent être conçus pour garantir que les rayons intérieur et extérieur du coude refroidissent uniformément et rapidement, empêchant ainsi un refroidissement inégal de générer de nouvelles contraintes résiduelles.
II. Recuit de soulagement-de contrainte (recuit à basse-température)
Ce procédé est utilisé lorsque l'objectif premier est l'élimination des contraintes résiduelles et lorsque les exigences en matière de résistance à la corrosion intergranulaire ne sont pas particulièrement strictes.
A. Objectif: Pour soulager partiellement les contraintes résiduelles, améliorant ainsi la stabilité dimensionnelle et la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte, tout en évitant simultanément un ramollissement excessif du matériau ou l'induction de déformations importantes.
B. Flux de processus:
- Chauffage : chauffez les tubes à une plage de température relativement basse de 275 degrés à 450 degrés.
- Trempage : Maintenir la température (trempage) pendant une durée de 0,5 à 2 heures.
- Refroidissement : Refroidir lentement, généralement par refroidissement par four ou par air. Ce processus a un impact minimal sur l'intégrité dimensionnelle (déformation) des tubes en U-.
3. Quelles sont les principales précautions lors du traitement thermique des tubes en U - ?
Pour les tubes en acier inoxydable austénitique en forme de U, le traitement en solution est le processus privilégié pour garantir des performances complètes, en particulier la résistance à la corrosion ; cependant, l'élément critique réside dans la réalisation d'un refroidissement rapide et uniforme pour empêcher la précipitation du carbure. À l'inverse, le -recuit de détente sert de solution de compromis-utilisée sous des exigences spécifiques-qui entraîne moins de déformation et une consommation d'énergie plus faible. Dans la pratique de fabrication, le processus de traitement thermique doit être scientifiquement formulé et strictement contrôlé en fonction de la qualité spécifique du matériau, des dimensions, de l'historique de traitement et de l'environnement de service prévu des tubes en forme de U-.
I. Chauffage uniforme : La section courbée d'un tube en forme de U- peut subir un chauffage inégal à l'intérieur du four ; par conséquent, un placement approprié ou l'utilisation de ventilateurs de circulation sont nécessaires pour assurer un champ de température uniforme.
II. Prévention de la déformation: À des températures élevées, les tubes en forme de U- sont susceptibles de se déformer sous leur propre poids. Des supports ou accessoires spécialisés doivent être utilisés pour les maintenir dans la position appropriée.
III. Refroidissement rapide et uniforme: Cela constitue le plus grand défi dans le traitement en solution des tubes en forme de U-. La méthode de refroidissement idéale consiste à permettre au fluide de refroidissement (eau) de s'écouler rapidement et uniformément sur les surfaces intérieure et extérieure du tube. En pratique, cela peut être réalisé en injectant de l’eau sous pression par une extrémité tout en la laissant sortir par l’autre ; cette technique garantit qu'aucune « zone stagnante » ou film de vapeur ne se forme à l'intérieur de la section courbée, facilitant ainsi un refroidissement rapide dans tout le tube.
IV. Enregistrement des paramètres de processus : Les données concernant chaque cycle de traitement thermique-y compris la vitesse de chauffage, la température maximale, le temps de maintien et la méthode de refroidissement-doivent être strictement enregistrées pour faciliter la traçabilité et le contrôle qualité.