Différence de performance entre les tubes en acier inoxydable duplex et les tubes en acier inoxydable austénitique

La différence de performance entre les tubes en acier inoxydable duplex et les tubes en acier inoxydable austénitique est due à leurs microstructures et compositions d'alliage différents. La comparaison suivante est faite à partir de dimensions clés telles que les propriétés mécaniques, la résistance à la corrosion et la transformabilité, et combinée avec des scénarios d'application typiques pour illustrer :

1、 Comparaison de la microstructure et de la composition d'alliage

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2、 Analyse des différences de performance clés

1. Propriétés mécaniques : différence d'équilibre entre la résistance et la ténacité

Acier inoxydable duplex

Haute résistance : La limite d'élasticité (σ ₀) ₂) peut atteindre 450-650MPa, ce qui est environ le double de celle de l'acier austénitique 304 (limite d'élasticité du 304 ≈ 210MPa), en raison de l'effet de "renforcement des frontières de phase" de la structure biphasée ; L'effet de renforcement en solution solide de l'azote (N) (teneur en N de 0.15%~0.3%).

Ténacité modérée : La ténacité au choc à température ambiante (AKV) est d'environ 80-120J, inférieure à celle de l'acier austénitique (par exemple, AKV ≈ 200J pour le 316), mais meilleure que celle de l'acier ferritique.

Acier inoxydable austénitique 

Faible résistance : La limite d'élasticité est généralement ≤ 300 MPa, mais l'allongement (δ) peut atteindre 40 % à 60 %. Il a une excellente plasticité et est adapté pour le formage par emboutissage profond (par exemple, les ustensiles de cuisine en acier inoxydable).

Super ténacité : La ténacité au choc ne diminue pas ou même augmente à basse température (par exemple, -196 °C), ce qui le rend adapté pour les équipements de gaz naturel liquéfié (LNG).

2. Résistance à la corrosion : Différences de performance dans différents environnements

Acier inoxydable duplex

Résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion interstitielle : En raison de l'effet synergique de la teneur élevée en Cr (22 % à 26 %), Mo (2,5 % à 5 %) et N, l'indice de corrosion par piqûres PREN (=Cr + 3,3Mo + 16N) peut atteindre 40 - 50, nettement meilleur que celui de l'acier 304 (PREN ≈ 22) et de l'acier 316 (PREN ≈ 29), adapté pour les environnements contenant des ions Cl ⁻ (par exemple, l'eau de mer et l'eau salée chimique).

Résistance à la corrosion sous contrainte (SCC) : La structure biphasée réduit la tendance à la corrosion intergranulaire, et la phase ferritique peut bloquer la propagation des fissures dans l'austénite. Dans les milieux contenant des ions Cl ⁻, la résistance à la SCC est beaucoup meilleure que celle de l'acier austénitique (par exemple, l'acier 304, qui est sujet à la SCC dans un environnement d'eau de mer).

Acier inoxydable austénitique 

Résistance à la corrosion : Le film passivant Cr Ni est stable et présente d'excellentes performances dans des environnements tels que l'acide nitrique et l'atmosphère, mais a une faible résistance à la corrosion par piqûres dans les milieux contenant Cl ⁻.

Risque de corrosion intergranulaire : Si la teneur en carbone (C>0,03 %) ou le traitement thermique est inapproprié, le Cr ₂ ∝ C ₆ peut facilement précipiter, entraînant une déplétion en chrome. Cela peut être amélioré en ajoutant Ti, Nb (comme le 321) ou en réduisant le C (comme le 304L).

3. Performances de traitement et de soudage : Adaptabilité à différents procédés

Acier inoxydable duplex

Durement au travail rapide : Lors du formage à froid, la résistance augmente rapidement tandis que la plasticité diminue. Il est nécessaire de recuire par étapes (comme le traitement de solution à 1050 °C), sinon il est sujet à la fissuration.

La soudure nécessite un contrôle de température : La zone affectée thermiquement (HAZ) est sujette à une croissance excessive de la ferrite ou à une réduction de l'austénite, entraînant une diminution de la ténacité. Un courant faible et une soudure rapide sont nécessaires, et aucun traitement thermique n'est nécessaire après soudage (sauf si l'épaisseur est>30 mm).

Acier inoxydable austénitique 

Excellente formabilité à froid : faible taux d'écrouissage, peut être plié à plusieurs reprises (comme les tuyaux ondulés en acier inoxydable) et ne nécessite pas de recuit intermédiaire.

Excellente soudabilité : La structure monophasée n'est pas sujette aux contraintes de transition de phase, et le soudage à l'arc conventionnel peut être utilisé. En général, aucun traitement thermique n'est nécessaire après le soudage (mais les nuances à bas carbone telles que 316L doivent éviter les zones de température de sensibilisation de 400-800 °C).

4. Performance de résistance à haute et basse température

Acier inoxydable duplex

Bonne résistance à haute température : La résistance de la phase ferritique décroît lentement à 500-600 °C, ce qui le rend adapté pour les conduites sous haute pression (comme le raffinage du pétrole), mais une utilisation prolongée à des températures ≤ 300 °C (pour éviter la fragilisation causée par la précipitation de la phase σ).

La ténacité à basse température est limitée : la ténacité aux chocs commence à diminuer en dessous de -50 °C, ce qui le rend inapproprié pour les scénarios de très basse température.

Acier inoxydable austénitique 

Résistance à l'oxydation à haute température : Le 310S (Cr25Ni20) peut résister à des températures élevées de 1 200 °C et est couramment utilisé pour les tubes de four ;

Avantage à ultra-basse température : Le 304L conserve sa ténacité à -196 °C et est utilisé pour les réservoirs de stockage d'oxygène liquide.

5. Magnétisme et coût

Acier inoxydable duplex

Faible magnétisme : La teneur en phase ferritique détermine la force du magnétisme. En raison de l'équilibre des deux phases, le 2205 a un magnétisme plus faible que l'acier ferritique pur mais plus fort que l'acier austénitique.

Coût élevé : La teneur en Mo et N est élevée, et le processus de fusion est complexe (nécessitant le contrôle du rapport des deux phases), avec un prix environ 2 à 3 fois celui du 304.

Acier inoxydable austénitique 

Non magnétique : Structure austénitique unique, adaptée aux équipements sensibles au magnétisme (tels que les appareils médicaux).

Différenciation des coûts : Le 304 est abordable, le 316 est légèrement plus cher en raison de sa teneur en Mo, et l'acier austénitique super (tel que le 904L) a des coûts extrêmement élevés en raison de sa haute teneur en Ni et Mo.

3、 Comparaison des scénarios d'application typiques

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4、 Résumé : Comment choisir ?

Donnez la priorité à l'acier inoxydable duplex : Si la demande est « haute résistance + résistance à la corrosion par Cl ⁻ + résistance à la fissuration sous contrainte », comme dans les ingénieries marines et les pipelines chimiques haute pression, le 2205/2507 est le choix préféré.

Donnez la priorité à l'acier inoxydable austénitique : Si les exigences sont « haute plasticité + ténacité à basse température + non aimanté + faible coût », comme dans les équipements alimentaires, les conteneurs à basse température et les pipelines conventionnels résistants à la corrosion, le 304/316 est plus approprié.

La différence de performance entre les deux est essentiellement un compromis entre « résistance à la corrosion en termes de force » et « ténacité et aptitude à la transformation », ce qui nécessite une prise de décision globale basée sur les conditions de travail, les coûts et les exigences de procédé.

Mots-clés: Propriétés mécaniques , Résistance à la corrosion , Adaptabilité à différents procédés