Description des qualités et normes des tubes de chaudière

ACIER AU CARBONE

SA178

Les aciers au carbone présentent une résistance modérée à la corrosion et une résistance acceptable jusqu'à 538 °C (1000 °F). Cependant, leur utilisation au-delà de 427 °C (800 °F) doit tenir compte de leur sensibilité à la graphitisation. La graphitisation ne constitue pas un problème majeur pour les épaisseurs rencontrées dans les tubes de chaudières. L'utilisation de tubes de forte section au-delà de 427 °C (800 °F) est toutefois déconseillée. L'utilisation de tubes en acier au carbone sans soudure et soudés dans les chaudières est limitée à une température maximale de 427 °C (800 °F) pour l'acier à bordure et de 538 °C (1000 °F) pour l'acier calmé, conformément au code ASME relatif aux chaudières et appareils à pression, « Section I, Chaudières de puissance ». Ce code ne précise pas les contraintes maximales admissibles au-delà de 538 °C (1000 °F) pour les aciers au carbone.

ACIERS AU CARBONE-MOLYBDÈNE

SA209

Les aciers au carbone-molybdène présentent une résistance au fluage supérieure à celle des aciers au carbone ordinaires et sont largement utilisés dans les chaudières à haute température. Ces aciers contiennent généralement 0,5 % de molybdène. Exposés à des températures supérieures à 450-480 °C (850-900 °F) pendant une période prolongée, les aciers au carbone-molybdène sont sujets à la graphitisation. Ce phénomène dépend de la section des tubes, et l'utilisation de tubes de cette nuance à des températures supérieures à 450 °C (850 °F) est déconseillée. La phase carbure est instable et se retransforme en graphite. Le code ASME relatif aux chaudières et appareils à pression, section I, indique les contraintes admissibles pour les aciers au carbone-molybdène jusqu'à 538 °C (1000 °F).

ALLIAGES DE CHROME INTERMÉDIAIRES

SA213-T2
Cet acier faiblement allié présente une résistance à la graphitisation et une résistance au fluage supérieures à celles des aciers au carbone-molybdène. Sa résistance à la corrosion est comparable à celle de ces derniers. Le code ASME relatif aux chaudières indique des contraintes admissibles jusqu'à 1000 °F (538 °C).
Le chrome contenu dans tous les Croloys stabilise le carbone sous forme de carbures de chrome, les rendant ainsi insensibles à la graphitisation.
SA213-T12
Il s'agit d'un alliage 1-chrome, 1/2-molybdène dont la température maximale est limitée à 1200 °F par le code ASME des chaudières et appareils à pression, « Section I, Contraintes admissibles ». Le T12 est parfois utilisé à la place du tube T2 en raison de sa plus grande résistance.
SA213-T11
Cet acier possède les mêmes propriétés de résistance au fluage que le T12. Il est plus résistant à la corrosion que les aciers sans chrome et présente une résistance relativement bonne à l'oxydation à haute température grâce à ses teneurs plus élevées en silicium et en chrome.
La résistance à l'oxydation est importante car les métaux exposés à des températures élevées pendant une période prolongée accumulent une couche protectrice de calamine. À une certaine température minimale, cette calamine devient non adhérente, s'écaille progressivement et provoque l'érosion des turbines par des particules solides. Cependant, l'exfoliation entraîne rarement des défaillances avant le fluage ou la déformation plastique à haute température.
Les contraintes admissibles sont répertoriées par le code ASME des chaudières et des appareils à pression jusqu'à 1200 °F.
SA213-T22
Cet alliage de 2,25 % de chrome et 1 % de molybdène présente une résistance au fluage exceptionnelle, mais son utilisation est limitée à des températures inférieures à 600 °C (1125 °F) en raison d'un risque d'exfoliation de la calamine à haute température. Il est répertorié dans le code ASME des chaudières pour des températures allant jusqu'à 650 °C (1200 °F).
SA213-T9
L'alliage T9, composé de 9 % de chrome et de 1 % de molybdène, offre une excellente résistance à la corrosion et une bonne tenue aux hautes températures. Il présente également une bonne résistance à l'oxydation et peut être utilisé jusqu'à 650 °C (1200 °F). Dans certains cas, le T9 constitue une alternative adéquate aux aciers inoxydables plus onéreux. La réglementation relative aux chaudières limite la température du T9 à 650 °C (1200 °F).

ACIERS INOXYDABLES – Aciers inoxydables austénitiques

Le code ASME relatif aux chaudières et appareils à pression présente deux séries de contraintes admissibles pour les aciers inoxydables austénitiques. Ceci s'explique par leur limite d'élasticité relativement faible. Les valeurs de contrainte admissible les plus élevées ont été déterminées pour des températures où l'utilisation serait limitée par les propriétés de traction à court terme.
Les contraintes élevées dépassent 62,5 % sans toutefois excéder 90 % de la limite d'élasticité. À ces contraintes, une légère déformation plastique est à prévoir. Ces valeurs de contrainte élevées sont généralement utilisées pour les tubes de surchauffeurs et de réchauffeurs.
Le code des chaudières répertorie les contraintes maximales admissibles pour différentes températures en fonction de la nuance d'acier inoxydable austénitique.
SA213-T304
Ce type d'acier inoxydable à 18 % de chrome et 8 % de nickel se décline en plusieurs variantes, notamment les appellations 304L, 304LN, 304H et 304N. Chacune d'elles offre une excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation, ainsi qu'une grande robustesse.
On maintient une résistance élevée dans les grades à faible teneur en carbone en contrôlant la teneur en azote.
L'acier inoxydable T304 présente une teneur en carbone plus élevée et une température minimale de recuit de mise en solution afin de garantir une bonne résistance mécanique à haute température sur le long terme. Les aciers T304 sont limités à 900 °C (1650 °F) en milieu oxydant. La section I du code ASME relatif aux chaudières indique les contraintes admissibles jusqu'à 815 °C (1500 °F).
SA213-T316
L'acier inoxydable T316 est similaire au T304, mais offre une meilleure résistance à la corrosion et au fluage. L'ajout de molybdène au T316 accroît sa résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse.
Les variantes de cette nuance comprennent 316L, 316LN, 316H et 316N.
SA213-T321 et T347
Les aciers T321 et 347 sont des variantes de l'acier T304 et présentent des propriétés de traction minimales comparables. Ces deux nuances sont stabilisées respectivement par l'ajout de titane et de colombien, ainsi que par un traitement thermique approprié.
Pour assurer une bonne résistance à long terme à des températures élevées, les aciers T321H et 347H, similaires au 304H, ont été développés avec des teneurs en carbone plus élevées et des températures minimales de recuit de mise en solution spécifiées.
Parmi tous les aciers inoxydables, les T309 (25 % de chrome, 13 % de nickel) et T310 (25 % de chrome, 20 % de nickel) offrent la meilleure résistance à l'oxydation et à la corrosion. Ils présentent également de bonnes propriétés à haute température. Cependant, la présence de ferrite dans ces aciers les rend plus sensibles à la formation de la phase sigma.